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电网谐波及其抑制
㈠电网谐波的有关概念
⒈电网谐波的含义及其计算
谐波(harmonic),是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数(Fourierseries)分析所得到的大于基波频率整数倍的各次分量,通常称为高次谐波。而基波是指其频率与工频(50Hz)相同的分量。
向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备,称为谐波源(harmonicsource)。
就电力系统中的三相交流发电机发出的电压来说,可认为其波形基本上是正弦量,即电压波形中基本上无直流和谐波分量。但是由于电力系统中存在着各种各样的“谐波源”,特别是随着大型变流设备和电弧炉等的广泛应用,使得高次谐波的干扰成了当前电力系统中影响电能质量的一大“公害”,亟待采取对策。
按GB/T14549-93《电能质量·公用电网谐波》规定,第h次谐波电压含有率(HRUh)按下公式计算:
HRUh=Uh/U1×100%
式中,Uh为第h次谐波电压(方均根值);U1为基波电压(方均根值)。
第h次谐波电流含有率(HRIh)按下式计算:
HRIh=Ih/I1×100%
式中,Ih为第h次谐波电流(方均根值);I1为基波电流(方均根值)。
谐波电压总含量(UH)按下式计算:
谐波电流总含量(IH)按下式计算:
电压总谐波畸变率(THDu)按下式计算:
THDu=UH/U1×100%
电流总谐波畸变率(THDi)按下式计算:
THDi=IH/I1×100%
⒉谐波的产生与危害
电网谐波的产生,主要在于电力系统中存在的各种非线性元件。因此,即使电力系统中电源的电压为正弦波,但由于非线性元件的存在,结果在电网中总有谐波电流或电压存在。产生谐波的元件很多。例如荧光灯和高压汞灯等气体放电灯、感应电动机、电焊机、变压器和感应电炉等,都要产生谐波电流或电压。最为严重的是大型的晶闸管变流设备和大型电弧炉,他们产生的谐波电流最为突出,是造成电网谐波的主要因素。
谐波对电气设备的危害很大。谐波电流通过变压器,可使变压器的铁心损耗明显增加,从而使变压器出现过热,缩短使用寿命。谐波电流通过交流电动机,不仅会使电动机的铁心损耗明显增加,而且还要使电动机转子发生振动现象,严重影响机械加工的产品质量。谐波对电容器的影响更为突出,谐波电压加在电容器两端时,由于电容器对谐波的阻抗很小,因此电容器很容易发生过负荷甚至造成烧毁。此外,谐波电流可使电力线路的电能损耗和电压损耗增加;使计量电能的感应式电度表计量不准确;可使电力系统发生电压谐振,从而在线路上引起过电压,有可能击穿线路设备的绝缘;还可能造成系统的继电保护和自动装置发生误动作;并可对附近的通信设备和通信线路产生信号干扰。
㈡谐波电压限值和谐波电流允许值
⒈谐波电压限值
公用电网谐波电压(相电压)限值,按GB/T14549-93规定,如下表1所示。
表1公用电网谐波电压(相电压)限值(据GB/T14549-93)
电网额定电压
(kV)
电压总谐波畸变率
(%)
各次谐波电压含有率(%)
奇次
偶次
0.38
5.0
4.0
2.0
6
4.0
3.2
1.6
10
35
3.0
2.4
1.2
66
110
2.0
1.6
0.8
⒉谐波电流允许值
公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量(方均根值)不应超过表2规定的允许值。当公共连接点处的最小短路容量不同于表中基准短路容量时,应按下式修正表中的谐波电流允许值:
Ih=(Sk1/Sk2)×Ihp
式中,Sk1为公共连接点的最小短路容量(MV·A);Sk2为基准短路容量(MV·A);Ihp为表2中的第h次谐波电流允许值(A);Ih为短路容量为Sk1时的第h次谐波电流允许值(A)。
电网的结线上分开,都能有助于谐波的抑制或消除。
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