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諧波危害

一、諧波污染對電網有哪些具體影響?
  諧波污染對電網的影響主要表現在:
1、造成電網的功率損耗增加、設備壽命縮短、接地保護功能失常、遙控功能失常、線路和設備過熱燈,特別是三次諧波會產生非常打的中性線電流,使得配電變壓器的零線電流甚至超過相線電流值,造成設備的不安全運行。諧波對電網的安全性、穩定性、可靠性的影響還表現在可能引起電網發生諧振、使正常的供電中斷、事故擴大、電網解裂燈。當諧波問題造成電網諧振時,其影響程度更大,會導致大面積停電。由于諧波問題導致并聯無功補償裝置誤動、不能正常投運的事故更是不勝枚舉。

2、引起變電站局部的并聯或串聯諧振,造成電壓互感器燈設備損壞;造成變電站系統中的設備和元件產生附加的諧波損耗,引起電力變壓器、電力電纜、電動機等設備發熱,電容器損壞,并加速絕緣材料的老化;造成斷路器電弧熄滅時間的延長,影響斷路器的開斷容量;造成電子元器件的繼電保護或自動裝置誤動作;影響電子儀表和通信系統的正常工作,降低通信質量;增大附加磁場的干擾等。


二、諧波對電力電容器有哪些影響?
  當配電系統非線性用電負荷比重較大,并聯電容器組投入時,一方面由于電容器組的諧波阻抗小,注入電容器組的諧波電流大,使電容器過負荷而嚴重影響其使用壽命,另一方面當電容器組的諧波容抗與系統等效諧波感相等而發生諧振時,引起電容器諧波電流嚴重放大使電容器過熱而導致損壞。因此,電壓諧波和電流諧波超標,都會使電容器的工作電流增大和出現異常,例如,對于常用自愈式并聯電容器,其允許過電流倍數是1.3倍額定電流,當電容器的電流超過這一限值時,將會造成電容器的損耗增加、發熱異常、絕緣加速老化而導致使用壽命降低,甚至造成損壞事故。同時,諧波使工頻正弦波形發生畸變,產生鋸齒狀尖頂波,易在絕緣介質中引發局部放電,長時間的局部放電也會加速絕緣介質的老化、自愈性能下降,而容易導致電容器損壞。
三、諧波對電力變壓器有哪些影響?
  1、諧波電流使變壓器的銅耗增加,引起局部過熱,振動,噪聲增大,繞組附加發熱等。
2、諧波電壓引起的附加損耗使變壓器的磁滯及渦流損耗增加,當系統運行電壓偏高或三相不對稱時,勵磁電流中的諧波分量增加,絕緣材料承受的電氣應力增大,影響絕緣的局部放電和介質增大。對三角形連接的繞組,零序性諧波在繞組內形成換流,使繞組溫度升高。
3、變壓器勵磁電流中含諧波電流,引起合閘涌流中諧波電流過大,這種諧波電流在發生諧振時的條件下對變壓器的安全運行將造成威脅。
四、諧波對電力避雷器有哪些影響?
  變電站大容量、高電壓的變壓器由于合閘涌流的過程時間比較長,能夠延續數秒或更長的時間,有時還會引起諧振過電壓,并使相關避雷器的放電時間過長而受到損壞。這一問題對選擇保護高壓濾波器中電感或電容元件用的避雷器參數帶來較大的困難。
五、諧波對輸電線路有哪些影響?
  1、諧波污染增加了輸電線路的損耗。輸電線路中的諧波電流加上集膚效應的影響,將產生附加損耗,使得輸電線路損耗增加。特別是在電力系統三相不對稱運行時,對中性點直接接地的供電系統線損的增加尤為顯著。
2、諧波污染增大了中性線電流,引起中性點漂移。在低壓配電網絡中,零序電流和零序性的諧波電流(3次,6次、9次……)不僅會引起中性線電流大大增加,造成過負荷發熱,使損耗增加,而且產生壓降,引起零電位漂移,降低了供電的電能質量。
六、諧波對電力電纜有哪些影響?
  諧波污染將會使電纜的介質損耗、輸電損耗增大,泄漏電流上升,溫升增大及干式電纜的局部放電增加,引發單相接地故障的可能性增加。
由于電力電纜的分布電容對諧波電流有放大作用,在系統負荷低谷時,系統電壓上升,諧波電壓也相應升高。電纜的額定電壓等級越高,諧波引起電纜介質不穩定的危險性越大,更容易發生故障。
七、諧波對電力系統其他運行設備有哪些影響?
  1、對同步發電機的影響。用戶的負序電流和諧波電流注入系統內的同步發動機,將產生附加損耗,引起發電機局部發熱,降低絕緣強度。同時,由于輸出的電壓波形中產生附加諧波分量,使負載的同步發電機轉子發生扭振,降低其工作壽命。
2、對斷路器的影響。諧波會使某些斷路器的磁吹線圈不能正常工作,斷路器的遮斷能力降低,不能遮斷波形畸變率超過一定限值的故障電流,對中壓斷路器截斷電感電流時可能發生諧頻涌波電壓和重燃現象,導致斷路器觸頭燒損。
3、對消弧線圈的影響。當電網諧波成分較大時,發生單相接地故障,消弧線圈對諧波電流將可能不起作用,在接地點得不到的補償,從而引發系統的故障擴大。
4、對載波通信的影響。高諧波含量對電力載波通信的干擾主要表現在語音通信過程中產生噪聲,數據傳輸失真,降低EMS、DAS實時數據的真實可靠性,造成集中抄表系統中數據出錯等故障。
八、諧波對繼電保護及自動裝置有哪些影響?
  1.對繼電保護及自動裝置運行環境的影響
(1)在諧波嚴重超標的電弧爐負荷、電氣化鐵路等諧波含量大的局部電網中會受到影響。
(2)頻繁出現變壓器嚴重涌流且涌流衰減緩慢的變電站受到涌流產生諧波的干擾。
(3)在系統因短路容量太小而可能出現較大諧波電壓影響的場所會受到影響。
(4)在易發生諧波諧振的配電系統、輸電系統、變電站網架近會受到影響。
(5)在諧波受到電容器組或其他原因而被放大嚴重的網絡附近會受到影響。
2.繼電保護及自動裝置利用的啟動量小
利用負序電流或電壓、零序電流或電壓、差動電流或電壓啟動會受到諧波的影響。其中利用負序量啟動的對諧波的敏感性最大。
3.繼電器或啟動元件本身對諧波敏感
(1)晶體管或集成電路保護裝置的動作量非常小和動作時間非常少,因此它的啟動判據容易受到諧波影響而出現較大的誤差。
(2)利用信號過零取樣的控制系統及利用數據過零點的數字式繼電器或微機保護,都會受到諧波的影響和干擾。
九、諧波對繼電保護整定有哪些影響?
  繼電保護正常運行中,當電源諧波分量較高時,可能會引起過電壓保護、過電流保護的誤動作。當三相嚴重不對稱時,在正序性諧波或負序性諧波含量較高的情況下,可能對以負序濾過器為啟動元件的保護裝置產生干擾,而引起誤動。如某地電氣化鐵路通車后,曾發生過由于牽引變電所注入系統大量的諧波和負序電流,引起供電系統電能質量指標嚴重惡化,多次造成發電機的負序電流保護誤動,主變壓器的過電流保護裝置誤動,線路的距離保護振蕩閉鎖裝置誤動,高頻保護收發訊機誤動,母線差動保護誤動和故障錄波器誤動的事故。
近年來,微機保護裝置的大規模使用,使信號中的諧波干擾既可能引起測量誤差,又可能對裝置關鍵處理模塊的正常工作產生干擾,從而引起保護裝置的誤動或拒動。如上海寶鋼就發生過因電弧爐產生諧波的影響,造成諧波電流對數字型差動保護產生干擾,使差動保護動作跳閘的事故。
十、諧波電流對數字型差動保護有哪些影響?
  數字型差動保護裝置整定簡單、動作時間快、功能強,因此目前得到了普遍的推廣、應用,但在電能質量較差的條件下,會發生由于電流波形畸變而出現誤動作的可能。如某地在同步電動機降壓啟動時連續發生過3次變壓器差動保護誤動作跳閘的事故。
十一、諧波對電能計量有哪些的影響?
  通過對感應型電能表和電子型電能表計量準確度的頻率響應進行測試和分析,諧波對電能計量的準確度存在著一定的影響。
1.對感應型電能表計量準確度的影響
感應型電能表對2次以上的諧波有逐漸增大的衰減特性,達到9次時已衰減掉80%以上。因此,諧波的影響具有下降頻率特性,即對于同樣大小的功率,電能表反應諧波功率的轉速隨諧波次數的增大而減小。主要原因時感應式電能表的圓盤渦流路徑的等效圓盤阻抗角隨頻率的增高而增大,如當基波功率P1和諧波功率Pn通過感應型電能表時,電能表的轉速為:
wn=K1P1+KnPn
式中 wn——電能表轉速;
P1——基波功率;
Pn——諧波功率;
K1——基波系數;
Kn——諧波系數。
當諧波電壓和電流達到基波量的20%時,K1基本不變,Kn的實測結果見表
表2-7 諧波系數Kn在不同諧波次數下的實測值
 

諧波次數n

3次

5次

7次

諧波系數Kn

0。6

0。4

0.28

  表中,Kn為電能表反映諧波功率的轉速與反映基波功率的轉速之比。諧波次數越高,Kn越小,而且Kn總小于1,這是因為諧波功率產生的轉矩比等量基波功率產生的轉矩要小。
2. 對電子型電能表計量準確度的影響
對電子型電能表呈寬帶響應的特性,電子表帶寬主要受其互感器頻帶和乘法器時鐘頻率的限制。電子式電能表的誤差主要源自其輸入模塊。在結構設計上,由于電能表輸入模塊的信號變送僅考慮基波,當電壓、電流波形發生畸變時,磁通不能相應地發生線性變化而產生誤差,影響了電能表地整體計量精度。
如下式所示地系統供電電壓,其3次諧波電壓含有率為3%(基波有效值已作歸一化處理)
u(t)=√2 sin100πt+3%×√2sin(300πt+θ3)
某用戶接在此供電系統上,其負載電流如下式所示:
i(t)=√2 sin(100πt-π/6)+20%×√2 sin(300πt+θ3-θ)
負載諧波功率隨著諧波電壓、電流相位差變化的關系及對負載電能計量的影響見表(基波有功為0.866;基波無功為0.5)。
負載諧波功率隨諧波電壓電流相位差變化的關系及對負載電能計量的影響
相位差 諧波功率 負載電能計量影響(與基波電度比較)
 

相位差

諧波功率

負載電能計量影響(與基波電度比較)

θ(rad)

P

Q

0
π/4
3π/4
-3π/4
-π/4

0.006
0.00424
-0.00424
-0.00424
0.00424

0
0.00424
0.00424
-0.00424
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+0.69%
+0.49%
-0.49%
-0.49%
+0.49%

  從電能計量的角度來看,正弦波電源供非線性負荷,負荷污染電網、向系統注入諧波功率,少交電費,電力系統不公平;諧波電源供線性負荷,用戶設備性能變壞,吸收諧波功率,多交電費、對電力用戶不公平。而對于諧波電源供非線性負荷,則應根據諧波電壓電流的相位差具體分析,以判斷用戶是吸收諧波功率還是污染電網而向系統注入諧波功率。
十二、負荷側的諧波污染對電網有哪些影響?
  近年來,用戶端大量非線性負荷的應用正成為電能質量污染甚至惡化的重要因素。從低壓小容量家用電器的集群應用,到高壓大容量的工業交直流變換裝置中存在的各種靜止變流器等,都是電質量的污染源。各種靜止變流器是以開關方式工作的,會引起電網電流、電壓波形的畸變。大型電弧設備,如電弧熔爐,弧焊設備等,也成為重要的沖擊源和諧波源。一個值得注意的問題是,為了減少重要設備對電能質量問題的敏感度,設備制造商努力進行設備的升級和改進,用戶則采用各種保護性裝置,而這些改進措施和保護裝置常常顧此失彼,對公用供電的電能質量造成更大的危害。
十三、諧波對電力用戶有哪些影響?
  用電設備對系統電源的污染會影響用電設備自身的可靠性。使用電能質量污染的電源,用電設備又可能成為新的污染源,而危害電力系統和其他用戶設備。可能產生的影響包括:對用戶電動機產生影響;對用戶補償電容器產生影響;對用戶自動控制裝置產生影響;對居民生活用電產生影響;對用電安全造成威脅。另外,還包括對電信通信造成影響,對廣播、電視及精密制造工業造成干擾和影響,這類干擾和影響有些表現在差模干擾和共模干擾,差模干擾是工頻及長線傳輸分布電容的相互干擾,共模干擾是引起回路對地電位發生變化的干擾,是造成微機控制單元工作不正常的主要原因。
十四、諧波對用戶電動機運行有哪些影響?
  諧波電流通過交流電動機,使諧波附加損耗明顯增加,引起電動機過熱,機械振動和噪聲增大。當三相電壓不對稱時,定子繞組上產生負序電流,并勵磁產生負序旋轉磁場,該制動磁場降低了電機的最大轉矩和過載能力,增加銅損,并且負序過電流可以將電機定子繞組燒毀。負序性的諧波分量(5此、11此等)對電機的影響與負序電壓的效果一樣。當產生電壓波動的主要低頻分量與電機機械振動的固有頻率一致時,誘發諧振,會使電動機造成損壞。
十五、諧波對用戶補償電容器有哪些影響?
  電網無功配置容量中電容器所占比例最大,其中用戶電容器約占全部電容器的2/3。這部分電容器的設計大多只考慮無功補償量,不考慮裝設點電能質量的實際污染情況,因此,運行點電能質量指標低時,常造成一些事故,如補償裝置投不上、電容器使用壽命降低、電容器保護熔絲熔斷,甚至發生串并聯諧振,引發電容器的諧波過電壓與過電流,導致電容器爆炸等。另外,用戶電容器的管理目前仍按平均功率因數進行考核,電容器很少按電網實際運行情況投切,甚至只投不切,無形中使電網電壓失去了應有的調節裕度,使電壓偏差等電能質量指標難以控制。
十六、諧波對用戶自動控制裝置有哪些影響?
  隨著數字控制技術的大規模使用,很多精密負載對受電電能質量指標提出了更高的要求。電能質量污染對這類設備的危害主要有三個方面,即在設備的檢測模塊中引入畸變量、干擾正常的分析計算、導致錯誤的輸出結果。另外還會對設備的硬件,如精密電機、開關電源等造成不可逆轉的損壞。干擾負載的保護回路,造成誤動作等。
十七、諧波對居民生活用電有哪些影響?
  諧波引起電壓波動和閃變產生脈沖磁場,使用電設備受到高能量沖擊。
(1)、最直觀的感覺就是引起照明燈光和電視畫面忽明忽暗的閃爍,造成視覺疲勞。
(2)、引起冰箱、空調的壓縮機承受沖擊力,產生振動,降低使用壽命。
(3)、影響有線電視、廣播的信號正常傳輸,可能通過電磁感應和輻射造成干擾影響。
(4)、引起電能計量誤差,造成不必要的電費損失等。
十八、諧波對用電安全有哪些影響和干擾?
  1.火災影響
一些建筑物突發性火災已被證明與電力諧波有關。目前,節能燈、調光器和電器設備中開關電源應用得很普遍,本意是節能,但這些終端設備作為諧波源,對電網得危害很大。經有關部門測定,應用電器設備較多得酒店、商廈、網吧、計算機房、居民小區等,在沒有采取濾波等措施前,中性線電流都很大,有些甚至超過相電流,導致過熱成為形成火災事故得重大隱患。
2.設備影響
電能質量得污染對繼電保護、計算機系統和精密制造業的精密機械或儀器等,都可能影響正常的運行、操作,降低設備使用壽命,甚至引起繼電保護誤動作而形成不必要的事故,造成不同程度的影響和損害。
3.通信影響
諧波是電網干擾通信的重要因素,主要通過靜電感應(電容耦合,電壓作用)和電磁感應(電流作用),在通信線路上產生聲頻干擾。諧波頻率高時,會發生雜音,在通信線路上引起音頻干擾,嚴重時還可能觸發電話鈴響。采用屏蔽電纜通信,雖可消除靜電感應的影響,但不能消除電磁感應的干擾。同時,對于存在多個中性點接地的配電網絡,當三相負載不對稱時,零序電流將對利用大地作參考電位的通信系統,造成參考電位漂移而產生干擾。
十九、電能質量對計算機系統有哪些影響?
  計算機系統的用電負荷一般只占整個建筑物用電負荷的一小部分。在大多情況下,民用建筑物內動力和照明負荷都是共用同一變壓器低壓電源或同一段低壓配電線路,因此,計算機系統會受到電能質量的影響和干擾。計算機系統受電源影響的因素包括:
(1)電壓波動的影響。大容量設備啟動或停止會引起母線電源電壓的波動,產生瞬態的低電壓或高電壓。
(2)非線性負荷的影響。非線性的大功率晶閘管整流裝置,調壓、調速裝置,各種氣體放電光源,電子鎮流器等都會產生諧波,使計算機系統的電源電壓波形產生畸變,影響計算機系統的正常工作。
(3)操作過電壓和暫態過電壓的影響。同一配電網絡中的感性負荷,補償電容的投入和切除,斷路器的分合等會產生操作過電壓;雷擊時產生的暫態過電壓,會引起瞬變脈沖。這些都可能損害計算機設備,影響計算機系統安全運行。據統計,內部過電壓約占80%,雷擊過電壓約占15%左右。
(4)瞬時失電的影響。低壓電網瞬間失電,將直接影響計算機的正常運行。對于大多數計算機來說,中斷供電超過10ms就有可能引起計算機內部5VP-G信號消失,從而可能導致正在運行的程序遭到破壞和數據丟失。
二十、電源線干擾電路有哪兩種型式?
  電源線是電磁干擾傳入和傳出設備的主要途徑。為了防止電磁干擾傳入設備而影響設備的正常工作,或傳到電網,對電網上的其他設備造成干擾。必須在設備的電源入口處裝設低通濾波器(這里也稱為電源線濾波器),只容許設備的工作頻率(59Hz,60Hz,400Hz)通過,以抑制較高頻率的干擾和影響。電源線上的干擾電路一般以差模干擾和共模干擾兩種形式出現。
(1)、差模干擾。這是在電源相線與零線回路中產生的干擾。通常頻率在200Hz以下時差模干擾成分占主要部分。
(2)、共模干擾。這是在相線、零線與地線和大地的回路中產生的干擾。通常頻率在1MHz以上時共模干擾成分占主要部分。
電源濾波器對差模干擾和共模干擾都有抑制功能,但由于實際電路結構的差異,對差模干擾和共模干擾的抑制效果并不一樣,所以電源濾波器的技術指標中有差模插入損耗和共模插入損耗的區別,這些都是應該在現場實際應用中充分注意和考慮的問題。

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