电网谐波的危害及抑制技术.docx
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1、电网谐波的危害及抑制技术 随着电网容量迅速增长,电网运行电压也不断提高,国外输电设备电压已达我国从世纪年代开始进入大电网时期,输变设备电压已达。最近开始西北地区黄河上游水电深度开发,国家电力公司已批准建设第一条输电线路。 随着工业、农业和人民生活水平的不断提高,除了需要电能成倍增长,对供电质量及供电可靠性的要求也越来越多,电力质量( )受到人们的日益重视。例如,工业生产中的大型生产线、飞机场、大型金融商厦、大型医院等重要场合的计算机系统一旦失电,或因受电力网上瞬态电磁干扰影响,致使计算机系统无法正常运行,将会带来巨大的经济损失。电梯、空调等变频设备、电视机、计算机、复印机、电子式镇流器荧光灯等
2、已成为人民日常生活的一部分,如果这些装置不能正常运行,必定扰乱人们的正常生活。但是,电视机、计算机、复印机、电子式照明设备、变频调速装置、开关电源、电弧炉等用电负载大都是非线性负载,都是谐波源,如将这些谐波电流注入公用电网,必然污染公用电网,使公用电网电源的波形畸变,增加谐波成份。 近几年,传感技术、光纤、微电子技术、计算机技术及信息技术日臻成熟。集成度愈来愈高的微电子技术使计算器的功能更加完美,体积愈来愈小,从而促使各种电器设备的控制向智能型控制器方向发展。随着微电子技术集成度的提高,微电子器件工作电压变得更低,耐压水平也相对更低,更易受外界电磁场干扰而导致控制单元损坏或失灵。例如,世纪年代
3、计算机迅速普遍推广,电磁干扰及抑制问题更是十分突出,一些功能正常的计算机常出现误动作,而无法找出原因。年日本三基电子工业公司率先开发了“模拟脉冲的高频噪音模拟器”,将它产生的脉冲注入被试计算机的电源部分,结果发现计算机在注入脉冲时就误动作,难怪计算机在现场无法正常工作,其原因之一是计算机的电源受到了污染。因此,受谐波电流污染的公用电源,轻者干扰设备正常运行,影响人们的正常生活,重者致使工业上的大型生产线、系统运行瘫痪,会造成严重经济损失。 国际电工委员会()已于年开始对谐波限定提出了明确的要求。美国“电子电气工程师协会”于年制定了谐波限定标准。在标准中明确规定了计算机或类似设备的谐波电压畸变因
4、数()应在以下,而对于医院、飞机场等关键场所则要求应低于。 电网谐波的产生 电源本身谐波 由于发电机制造工艺的问题,致使电枢表面的磁感应强度分布稍稍偏离正弦波,因此,产生的感应电动势也会稍稍偏离正弦电动势,即所产生的电流稍偏离正弦电流。当然,几个这样的电源并网时,总电源的电流也将偏离正弦波。 由非线性负载所致 1.2.1 非线性负载 谐波产生的另一个原因是由于非线性负载。当电流流经线性负载时,负载上电流与施加电压呈线性关系;而电流流经非线性负载时,则负载上电流为非正弦电波,即产生了谐波。 1.2.2 主要非线性负载装置 ()开关电源的高次谐波:开关电源的示意图见图。它由五部分组成:一次整流、开
5、关振荡回路、二次整流、负载和控制,这几个部分产生的噪声不完全一样; 一次整流回路噪声:这是电容输入型线路,整流脉动电压要超过上的充电电压,电流才从电源输入,电流波形呈脉冲形(图),对这种脉冲状电流波进行“傅立叶展开”后,可以看到:除了基波分量外,还有、等高次谐波,这些高次谐波电流全部返回到公用电网中,造成公用电网的波形偏离; 开关振荡回路:开关三极管一般以 以上频率频繁通断,使电路产生高次谐波。其次、线圈间有漏感,在工作时也会形成噪声; 二次整流回路噪声:首先,高次谐波流过产生噪声。电流突变过程中在、上的反电动势也会形成噪声; 控制回路噪声:在完成控制过程也会产生噪声。 这几种干扰可以通过电源
6、线等产生辐射干扰,也可以通过电源产生传导干扰。 ()变压器空载合闸涌流产生谐波 变压器空载合闸时,可以列出下列方程: #8226;#8226;() 求解后得到: () () ()磁通的稳态分量; 磁通的暂态分量。 如果合闸时,(既在的瞬间合闸)得到: () 在合闸后半周期()时,磁通达到最大值,如图。 铁心中磁通波形对时间轴不对称,考虑剩磁,则磁通波形再向上移,从而使对应磁化曲线工作点移向饱和区,因此在磁通变化时,会产生倍额定电流的涌流,由于线圈电阻的存在,变压器空载合闸涌流一般经过几个周波即可达到稳定。所产生的励磁涌流所含的谐波成份以次谐波为主。 ()单相电容器组开断时的瞬态过电压干扰:如果
7、时,触头刚分开,弧电压很低略去,因此电源电压与电容电压相等,即。 时,电流为零,电弧熄灭,而电源电压仍然按正弦变化,经过半周到达正向最大。但是,电容电压不再变化。断路器触头间电压。 当时,如果此时弧隙介质击穿,这一过程可以看为直流电源经电感突然加到电压为的电容上,因分布参数产生高频振荡,形成高频电流: #8226;#8226;#8226;#8226;,() 电容器上电压为: () 因此,高频电流经时间第一次过零时,高频电流被切断,电容器上电压最大值,如果此时电弧被熄灭,则将保持不变。 时,此时弧隙又出现击穿,则电容器电压可达到值。 实际上,由于触头间距在开断过程中不断增加,因此介质强度不断增大
8、,当介质恢复强度超过电压增加速度,重击穿现象中止,完成开断,所以电容上过电压倍数不会达到倍(上面的讨论是假设弧隙重击穿发生在电流过零后,因此恢复电压达到最大值)。 如图,用普通断路器投切电容器时(处于线路),产生()过电压,导致谐振,谐振却又在处(处于线路)产生高于()的过电压。 电力电子调速系统普遍应用于工业中改进电机效率及灵活性设备,调速装置内电力电子器件对过电压特别敏感,因此线路中瞬态过电压会造成调速系统的过电压保护误跳闸。由于与中压母线相连的电容器要经常操作,这意味着调速系统误跳闸事故会经常发生; ()电压互感器铁磁谐振过电压:在我国、等级的中性点不接地配电网中,为了监视对地绝缘,一般
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