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抑制諧波節(jié)約能源提高電能質(zhì)量
（作者未知） 2009/4/27
當(dāng)今社會(huì), 由于各種半導(dǎo)體器件和大規(guī)模集成電路等的廣泛應(yīng)用, 以及電子信息系統(tǒng)的廣泛普及, 科技水平得到了迅猛發(fā)展, 人們的生活質(zhì)量也得到了很大的提高。但是, 隨之而來的是大量的諧波電流涌入交流電網(wǎng)之中。例如: 晶閘管或二極管整流設(shè)備; 冶金工業(yè)中煉鋼電弧爐; 商業(yè)建筑及高層住宅中的電梯,空調(diào)和電風(fēng)扇; 為計(jì)算機(jī)和其它重要設(shè)備供電的不間斷電源(UPS); 氣體放電燈以及家用電器中的電視機(jī)等等。這些電氣設(shè)備的電壓, 電流的波形實(shí)際上不是完全的正弦波形, 而是不同程度畸變的非正弦波。這些非正弦波根據(jù)傅里葉級(jí)數(shù)分析, 可分解成基波(50/60Hz)分量和具有基波頻率整數(shù)倍的諧波分量。這些諧波分量額外地增加了大量的有功和無功能耗, 甚至嚴(yán)重影響電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
1 由于這些諧波分量的存在, 對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生了極大的危害
(1)使旋轉(zhuǎn)電機(jī), 變壓器等電氣設(shè)備由于過大的諧波電流而產(chǎn)生附加損耗, 從而引起過熱, 使絕緣介質(zhì)老化加速, 導(dǎo)致絕緣損壞。另外, 并聯(lián)電容器的容抗隨諧波次數(shù)的增大而減小, 因而使電容器過電流發(fā)熱導(dǎo)致絕緣擊穿的故障增多。
(2)使變壓器產(chǎn)生磁滯伸縮和噪聲, 電抗器產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲, 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)引起固定數(shù)的振動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)速的周期變動(dòng)。
(3)使相位控制設(shè)備的正常工作因控制信號(hào)紊亂而受到干擾, 如電子計(jì)算機(jī)誤動(dòng)作, 電子設(shè)備誤觸發(fā), 電子元件測(cè)試無法進(jìn)行等。
(4)使某些類型的繼電保護(hù), 如晶體管整流型距離保護(hù), 變壓器及母線復(fù)合電壓保護(hù)由于相位變化而誤動(dòng)或拒動(dòng)。
(5)使通信回路, 弱電回路產(chǎn)生雜音, 甚至造成故障�；谥C波的種種危害, 抑制諧波已成為節(jié)約能源提高電能質(zhì)量的一個(gè)重要內(nèi)容。下面是一個(gè)在某辦公大樓內(nèi)供電給計(jì)算機(jī)不間斷電源設(shè)備(UPS)引起的諧波損壞以及如何抑制諧波的例子。由測(cè)量結(jié)果可看出, 當(dāng)兩段50kvar 的電容器投入后出現(xiàn)了嚴(yán)重的并聯(lián)諧振, 將30A 的11 次諧波電流放大到283A, 同時(shí)電壓的THD 值也增加到19.6%。而電容器組裝上7%電抗器后, 無論投入幾段電容器組, 諧波電流都沒有被放大, 避免了諧振。所以為避免電容器組與系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)或串聯(lián)諧振, 應(yīng)采用濾波或調(diào)諧式電容器組。在沒有諧波量限制的地方, 可以使用調(diào)諧式電容器組。
那么調(diào)諧式電容器組的頻率如何確定呢?
對(duì)于抑制5 次諧波XL =6%Xc
諧振放大幾率: f0 =!Xc /XL =!1/0.06 =4.0850HZ, 4.08×50=204HZ; 60HZ, 4.08×60=245HZ, 頻率范圍為: 204HZ~245HZ,
對(duì)于抑制4 次諧波XL =7%Xc
諧振放大幾率: f0 = Xc /X! L =!1/0.07 =3.7850HZ, 3.78×50=189HZ; 60HZ, 3.78×60=227HZ 頻率范圍為: 189HZ~227HZ,
對(duì)于抑制3 次諧波XL =14.8%Xc
諧振放大幾率: f0 = Xc /X! L =!1/0.148 =2.650HZ, 2.6×50=130HZ; 60HZ, 2.6×60=156HZ, 頻率范圍為: 130HZ~156HZ
2 對(duì)于抑制諧波, 以上所采取的只是其中的一種措施, 除此之外我們還可以采取以下措施來抑制諧波
(1)大功率非線性用電設(shè)備的變壓器宜由短路容量大的電網(wǎng)供電, 一般指由電壓等級(jí)高, 短路容量大的電網(wǎng)供電。
(2)對(duì)大功率靜止換流器采取下列措施:
①為減少諧波電流的發(fā)生量, 宜提高整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)和增加整流器的整流脈動(dòng)數(shù)。后者可采取合適的整流變壓器二次側(cè)接線方式來增加整流脈動(dòng)數(shù), 例如一臺(tái)Ydy 繞組接線整流變壓器二次側(cè)有星形和三角形繞組各一組, 各接三相橋式整流器, 將兩個(gè)直流輸出串聯(lián)或并聯(lián)(加平衡電抗器)接到直流負(fù)荷, 即可得到十二脈沖整流電路;
②對(duì)于多臺(tái)相數(shù)相同的整流器, 宜使整流變壓器的二次側(cè)有適當(dāng)?shù)南嘟遣? 可得相數(shù)較多的整流器。例如采用“ Ydy 移相15°+Ydy 接線方法使兩臺(tái)變壓器的一次繞組有15°相角差, 使兩組諧波電流可互相抵消(由于元件參數(shù)不完全相同等原因,總電流中仍有殘余諧波電流), 從而使兩臺(tái)12 相整流器組成24 相。
(3)加裝交流濾波裝置。在諧波源附近安裝若干單調(diào)諧或高通濾波支路, 以吸收諧波電流, 可有效地減少諧波含量。
(4)改變諧波源的配置或工作方式。具有諧波互補(bǔ)性的設(shè)備應(yīng)集中布置, （未完，下一頁）
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