畢業(yè)論文----電網(wǎng)諧波的危害及抑制技術(shù)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p>　　1電網(wǎng)諧波的產(chǎn)生及危害2</p><p>　　1.1諧波的產(chǎn)生2</p><p>　　1

2、.2諧波的危害4</p><p><b>　　2諧波抑制技術(shù)9</b></p><p>　　2.1抑制諧波電流9</p><p>　　2.2受端治理措施10</p><p>　　2.3主動(dòng)諧波治理的措施11</p><p>　　2.4被動(dòng)治理諧波的措施12</p><

3、;p>　　2.5 其余抑制高次諧波的技術(shù)12</p><p>　　2.6 一種新的諧波抑制方案16</p><p>　　3電力濾波器介紹18</p><p>　　3.1無源電力濾波器18</p><p>　　3.2有源電力濾波器21</p><p>　　4諧波綜合治理的展望26</p>

4、<p><b>　　致謝27</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p>　　電網(wǎng)諧波的危害及抑制技術(shù)</p><p>　　摘要：隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展以及電力市場(chǎng)的開放，電能質(zhì)量問題越來越引起廣泛關(guān)注。由于各種非線性負(fù)載(諧波源)應(yīng)用普及，產(chǎn)生的諧波對(duì)電網(wǎng)的污染日益嚴(yán)重。因此，諧波

5、及其抑制技術(shù)己成為國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注的課題。在電力電網(wǎng)中，存在大量非線性負(fù)載,引起電網(wǎng)電流波形不再是正弦波。這一非正弦波可用傅里葉級(jí)數(shù)分解成為一個(gè)直流量，基波正弦量和一系列頻率為基波頻率整數(shù)倍的高次諧波正弦分量之和。各國(guó)對(duì)電力電網(wǎng)電壓正弦波形畸變的極限值都有明確的規(guī)定，要求用戶對(duì)接入電網(wǎng)的設(shè)備產(chǎn)生的諧波應(yīng)采取一定措施，進(jìn)行抑制。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電網(wǎng)； 諧波危害 ；非線性負(fù)載； 抑制技術(shù)</p>

6、;<p><b>　　前言</b></p><p>　　電力系統(tǒng)理想的電壓、電流波形是正弦波。但由于電力系統(tǒng)中存在各種非線性元件,使電壓和電流波形發(fā)生畸變產(chǎn)生諧波。諧波會(huì)造成電網(wǎng)的功率損耗增加、設(shè)備壽命縮短、保護(hù)功能失常,還會(huì)引起變電站局部并聯(lián)或串聯(lián)諧振,造成電壓互感器等設(shè)備損壞。</p><p>　　隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)和人民生活水平的不斷提高，除了需要電能

7、成倍增長(zhǎng)，對(duì)供電質(zhì)量及供電可靠性的要求也越來越多，電力質(zhì)量（Power Quality）受到人們的日益重視。例如，工業(yè)生產(chǎn)中的大型生產(chǎn)線、飛機(jī)場(chǎng)、大型金融商廈、大型醫(yī)院等重要場(chǎng)合的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一旦失電，或因受電力網(wǎng)上瞬態(tài)電磁干擾影響，致使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，將會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。電梯、空調(diào)等變頻設(shè)備、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)、電子式鎮(zhèn)流器熒光燈等已成為人民日常生活的一部分，如果這些裝置不能正常運(yùn)行，必定擾亂人們的正常生活。但是，電視機(jī)

8、、計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)、電子式照明設(shè)備、變頻調(diào)速裝置、開關(guān)電源、電弧爐等用電負(fù)載大都是非線性負(fù)載，都是諧波源，如將這些諧波電流注入公用電網(wǎng)，必然污染公用電網(wǎng)，使公用電網(wǎng)電源的波形畸變，增加諧波成份。</p><p>　　近幾年，傳感技術(shù)、光纖、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及信息技術(shù)日臻成熟。集成度愈來愈高的微電子技術(shù)使計(jì)算器的功能更加完美，體積愈來愈小，從而促使各種電器設(shè)備的控制向智能型控制器方向發(fā)展。隨著微電子技術(shù)集成度的

9、提高，微電子器件工作電壓變得更低，耐壓水平也相對(duì)更低，更易受外界電磁場(chǎng)干擾而導(dǎo)致控制單元損壞或失靈。例如，20世紀(jì)70年代計(jì)算機(jī)迅速普遍推廣，電磁干擾及抑制問題更是十分突出，一些功能正常的計(jì)算機(jī)常出現(xiàn)誤動(dòng)作，而無法找出原因。1966年日本三基電子工業(yè)公司率先開發(fā)了“模擬脈沖的高頻噪音模擬器”，將它產(chǎn)生的脈沖注入被試計(jì)算機(jī)的電源部分，結(jié)果發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)在注入100～200V脈沖時(shí)就誤動(dòng)作，難怪計(jì)算機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)無法正常工作，其原因之一是計(jì)算機(jī)的電源

10、受到了污染。因此，受諧波電流污染的公用電源，輕者干擾設(shè)備正常運(yùn)行，影響人們的正常生活，重者致使工業(yè)上的大型生產(chǎn)線、系統(tǒng)運(yùn)行癱瘓，會(huì)造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。</p><p>　　國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）已于1988年開始對(duì)諧波限定提出了明確的要求。美國(guó)“IEEE電子電氣工程師協(xié)會(huì)”于1992年制定了諧波限定標(biāo)準(zhǔn)IEEE—1000。在IEEEstd．519-1992標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定了計(jì)算機(jī)或類似設(shè)備的諧波電壓畸變因數(shù)（THD

11、）應(yīng)在5%以下，而對(duì)于醫(yī)院、飛機(jī)場(chǎng)等關(guān)鍵場(chǎng)所則要求THD應(yīng)低于3%。 </p><p>　　1電網(wǎng)諧波的產(chǎn)生及危害</p><p><b>　　1.1諧波的產(chǎn)生</b></p><p>　　1.1.1諧波的概念</p><p>　　國(guó)際上通行的諧波定義為：“諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整

12、數(shù)倍。"諧波次數(shù)必須為正整數(shù)。在某些暫態(tài)現(xiàn)象中，電力系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)一些非整數(shù)次的分?jǐn)?shù)次諧波，如：間諧波、次諧波和分?jǐn)?shù)次諧波等，這些概念與諧波概念完全不同。諧波的產(chǎn)生來自于3個(gè)方面：（1）發(fā)電源質(zhì)量不高；（2）輸配電系統(tǒng)；（3）用電設(shè)備。</p><p>　　1.1.2電源本身諧波</p><p>　　電源本身諧波即諧波電壓源。典型的諧波電壓源是發(fā)電機(jī)。由于發(fā)電機(jī)制造工藝的問題，致使電

13、樞表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布稍稍偏離正弦波，因此，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也會(huì)稍稍偏離正弦電動(dòng)勢(shì)，即所產(chǎn)生的電流稍偏離正弦電流。當(dāng)然，幾個(gè)這樣的電源并網(wǎng)時(shí)，總電源的電流也將偏離正弦波。</p><p>　　1.2.3 非線性負(fù)載</p><p>　　諧波產(chǎn)生的另一個(gè)原因是由于非線性負(fù)載。對(duì)于各種換流設(shè)備，電氣化鐵道，電弧爐及數(shù)量很大的電子節(jié)能設(shè)備、家用電器等典型非線型，即使供給理想的正弦波電壓，他們也將

14、產(chǎn)生非正弦波電流。當(dāng)電流流經(jīng)非線性負(fù)載時(shí)，負(fù)載上電流與施加電壓呈線性關(guān)系；而電流流經(jīng)非線性負(fù)載時(shí)，則負(fù)載上電流為非正弦電波，即產(chǎn)生了諧波。</p><p>　　電力系統(tǒng)理想的電壓、電流波形是正弦波。但由于電力系統(tǒng)中存在各種非線性元件,使電壓和電流波形發(fā)生畸變產(chǎn)生諧波。諧波會(huì)造成電網(wǎng)的功率損耗增加、設(shè)備壽命縮短、保護(hù)功能失常,還會(huì)引起變電站局部并聯(lián)或串聯(lián)諧振,造成電壓互感器等設(shè)備損壞。</p><

15、;p>　　隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)和人民生活水平的不斷提高，除了需要電能成倍增長(zhǎng)，對(duì)供電質(zhì)量及供電可靠性的要求也越來越多，電力質(zhì)量（Power Quality）受到人們的日益重視。例如，工業(yè)生產(chǎn)中的大型生產(chǎn)線、飛機(jī)場(chǎng)、大型金融商廈、大型醫(yī)院等重要場(chǎng)合的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一旦失電，或因受電力網(wǎng)上瞬態(tài)電磁干擾影響，致使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，將會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。電梯、空調(diào)等變頻設(shè)備、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)、電子式鎮(zhèn)流器熒光燈等已成為人民日常生活的一

16、部分，如果這些裝置不能正常運(yùn)行，必定擾亂人們的正常生活。但是，電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)、電子式照明設(shè)備、變頻調(diào)速裝置、開關(guān)電源、電弧爐等用電負(fù)載大都是非線性負(fù)載，都是諧波源，如將這些諧波電流注入公用電網(wǎng)，必然污染公用電網(wǎng)，使公用電網(wǎng)的波形畸變，增加諧波成份。</p><p>　　電網(wǎng)運(yùn)行中的主要非線性負(fù)載裝置有以下幾種：</p><p>　　（1）開關(guān)電源的高次諧波</p>&

17、lt;p>　　開關(guān)電源由五部分組成：一次整流、開關(guān)振蕩回路、二次整流、負(fù)載和控制，這幾個(gè)部分產(chǎn)生的噪聲不完全一樣。這幾種干擾可以通過電源線等產(chǎn)生輻射干擾，也可以通過電源產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾。</p><p>　　（2）變壓器空載合閘涌流產(chǎn)生諧波</p><p>　　鐵心中磁通變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生8～15倍額定電流的涌流，由于線圈電阻的存在，變壓器空載合閘涌流一般經(jīng)過幾個(gè)周波即可達(dá)到穩(wěn)定。所產(chǎn)生的勵(lì)

18、磁涌流所含的諧波成份以3次諧波為主。</p><p>　　（3）單相電容器組開斷時(shí)的瞬態(tài)過電壓干擾</p><p>　　電力電子調(diào)速系統(tǒng)普遍應(yīng)用于工業(yè)中改進(jìn)電機(jī)效率及靈活性設(shè)備，調(diào)速裝置內(nèi)電力電子器件對(duì)過電壓特別敏感，因此線路中瞬態(tài)過電壓會(huì)造成調(diào)速系統(tǒng)的過電壓保護(hù)誤跳閘。由于與中壓母線相連的電容器要經(jīng)常操作，這意味著調(diào)速系統(tǒng)誤跳閘事故會(huì)經(jīng)常發(fā)生；</p><p>　

19、　（4）電壓互感器鐵磁諧振過電壓</p><p>　　在我國(guó)10kV、35kV等級(jí)的中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)中，為了監(jiān)視對(duì)地絕緣，一般采用三相五柱式電壓互感器。在正常情況下，三相對(duì)地電壓是平衡的，但是由于發(fā)生單相接地故障等原因，會(huì)導(dǎo)致三相對(duì)地電壓平衡的破壞，還有可能使電壓互感器線圈電感L和系統(tǒng)對(duì)地電容C在參數(shù)上配合，而產(chǎn)生諧振過電壓。</p><p>　　（5）整流器和逆變器產(chǎn)生的諧波電壓、電流

20、</p><p>　　整流器的作用將交流電轉(zhuǎn)成直流電，而逆變器是將直流電轉(zhuǎn)變成交流電。其電路中的二極管視為理想二極管，即正向阻抗接近零，反向阻抗無窮大。因此，只允許電流單方向流動(dòng)，從整流器的輸出端看，每相電流波形為矩形波，不是正弦波，利用傅氏級(jí)數(shù)展開式展開周期的矩形波形，可以看到除了工頻正弦波（50Hz基波）外，還疊加了一系列高次波形——諧波。應(yīng)該說電動(dòng)機(jī)采用變頻器進(jìn)行調(diào)速，可以高水平完成調(diào)速外，也可以節(jié)省大量電

21、能（近30%），但如前面分析，變頻調(diào)速過程中要產(chǎn)生高次諧波，即形成高次諧波污染，造成廠區(qū)的電視、音響系統(tǒng)不能正常工作，還要干擾二次儀表——壓力、流量、可編程控制器及智能控制器正常工作，諧波還要使變壓器、電動(dòng)機(jī)、電容器及電抗器產(chǎn)生過熱。</p><p>　?。?）電弧爐運(yùn)行引起電壓波動(dòng)</p><p>　　隨著冶煉工業(yè)的發(fā)展，當(dāng)然會(huì)更多地使用電弧爐，這是一個(gè)重要負(fù)荷。運(yùn)行時(shí)，電極和金屬碎粒之

22、間會(huì)發(fā)生頻繁斷路，而在熔化期間，電源兩相短路，一旦熔化金屬從電極上落下，電弧熄滅，電源又開路，因此，可以說冶煉過程是頻繁的短路－開路－短路的過程，會(huì)引起用戶端電壓波動(dòng)及白熾燈閃爍，一般電壓波動(dòng)頻率0.1Hz～幾十Hz，這種諧波是以3次諧波為主。</p><p><b>　　1.2諧波的危害</b></p><p>　　諧波對(duì)電力系統(tǒng)的污染日益嚴(yán)重,諧波源的注入使電網(wǎng)諧

23、波電流！諧波電壓增加,其危害波及全網(wǎng),對(duì)各種電氣設(shè)備都有不同程度的影響和危害。諧波研究的意義，在于諧波的危害十分嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：</p><p><b>　　1、影響變壓器工作</b></p><p>　　諧波電流，特別是3次（及其倍數(shù)）諧波侵入三角形連接的變壓器，會(huì)在其繞組中形成環(huán)流，使繞組發(fā)熱。對(duì)Ｙ形連接中性線接地系統(tǒng)中，侵入變壓器的中性線的3次諧波

24、電流會(huì)使中性線發(fā)熱，增加變壓器損耗。諧波使變壓器銅耗增大，其中包括電阻損耗、導(dǎo)體中的渦流損耗和導(dǎo)體外部因漏通而引起的雜散損耗。同時(shí)也使鐵耗增加。另外，三的倍數(shù)次零序電流會(huì)在三角形接法的繞組內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流，這一額外的環(huán)流可能會(huì)使電流超過額定值。對(duì)于帶不對(duì)稱負(fù)載的變壓器來說，如果負(fù)載電流中含有直流分量，會(huì)引起變壓器磁路飽和，從而大大增加交流勵(lì)磁電流的諧波分量。</p><p>　　2、影響繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置</p&

25、gt;<p>　　以電壓或電流量的變化而動(dòng)作的裝置，在基波分量未達(dá)到整定動(dòng)作值時(shí)，會(huì)與較大的諧波分量疊加，其合成的綜合值超過整定值時(shí)會(huì)使裝置誤動(dòng)。這些裝置中，電磁型或感應(yīng)型的裝置對(duì)諧波作用較不敏感（鐵芯磁阻的影響），而整流型和晶體管型的裝置對(duì)諧波的作用非常敏感，即使對(duì)短時(shí)諧波的作用也很敏感。整流型繼電保護(hù)裝置對(duì)諧波電流的敏感性隨諧波頻率的升高而增加。此時(shí)，可以采用在整流回路中裝入適當(dāng)并聯(lián)電容器濾去諧波，降低諧波的影響。&l

26、t;/p><p>　?。?）接于差動(dòng)回路、零序回路或負(fù)序回路的繼電器或自動(dòng)裝置，對(duì)諧波的作用很敏感，因它所接受的動(dòng)作電流或電壓僅為相電流或電壓的一個(gè)很小的百分?jǐn)?shù)，即整定的動(dòng)作值都很小，而它的動(dòng)作電壓和動(dòng)作電流中的諧波含有率卻能達(dá)到很高值，故降低了裝置的靈敏性，同時(shí)還存在如下幾個(gè)問題： a．本身即為非線性負(fù)荷的變壓器所產(chǎn)生的諧波電流構(gòu)成高壓側(cè)和低壓側(cè)的差電流。變壓器合閘產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流和諧波電流含量能達(dá)到很大數(shù)值

27、，且在變壓器中性點(diǎn)接地時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生很大的零序諧波電流。 b．利用負(fù)序?yàn)V序器裝于負(fù)序電路中，其元件參數(shù)是按照工頻量來選擇的，對(duì)諧波根本無濾序作用。負(fù)序?yàn)V序器中的電抗互感器型比阻容型對(duì)諧波影響更敏感，因?yàn)榍罢咻敵鲭妷褐械闹C波含有率大于輸入端的諧波分量與基波負(fù)序分量的比例，而后者則不然。負(fù)序?yàn)V序器的輸出，一般經(jīng)整流回路再加到執(zhí)行元件上，故輸出諧波量在正半周有助增作用，在負(fù)半周時(shí)卻減少。如果諧波源是不平衡負(fù)荷，例如電氣化鐵道，它同時(shí)產(chǎn)生

28、較大諧波分量和基波負(fù)序分量，如利用負(fù)序量啟動(dòng)裝置所受到的干擾就更強(qiáng)了.</p><p>　　c．反應(yīng)“增量”的裝置，由于執(zhí)行元件前接入一個(gè)微分電路，它只反應(yīng)突變量而不反應(yīng)穩(wěn)態(tài)量，能有效地減小穩(wěn)態(tài)諧波量的影響，但仍會(huì)受到暫態(tài)和動(dòng)態(tài)諧波（如變壓器涌流）的干擾。</p><p>　　d．整流型方向阻抗繼電器的阻抗特性，理想狀態(tài)下其動(dòng)作特性曲線是一個(gè)圓，但輸入電流中諧波含量較大時(shí)，其動(dòng)作曲線將出現(xiàn)

29、凹凸，從而導(dǎo)致動(dòng)作阻抗值和最大靈敏角發(fā)生變化。</p><p>　　e．晶體管方向阻抗繼電器中采用了“絕對(duì)值比較式”的方向元件和具有“記憶”初始電壓的元件，諧波含量及諧波頻率仍能影響其動(dòng)作特性，諧波頻率愈高或諧波含量愈大，特性曲線在X軸方向縮短愈多。</p><p>　　f．相差高頻保護(hù)裝置中的比相器把線路兩側(cè)電流變換成正負(fù)各半周的方波，通過收發(fā)訊機(jī)產(chǎn)生的載波傳送而進(jìn)行比較，來達(dá)到判斷該線

30、路本身是否故障。但較大諧波電流含量可能使方波變形，從而導(dǎo)致比相判斷失誤而引起誤動(dòng)。</p><p>　　g．利用光纜通訊的線路縱差保護(hù)裝置，由于其比相回路是比較兩側(cè)電流通過模數(shù)轉(zhuǎn)換后的采樣點(diǎn)，并通過相鄰的幾個(gè)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算判斷，當(dāng)電流中諧波電流含量較高時(shí)，會(huì)引起波形畸變。且由于輸電線路本身如同一個(gè)隱形電容，故諧波在線路兩側(cè)所反應(yīng)的含量有較大差距，由于其不能真實(shí)反應(yīng)運(yùn)行狀況，比相回路不能正確判斷，引起不正確動(dòng)作。<

31、;/p><p>　　h．對(duì)于自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置，若諧波電壓含有率大幅度超標(biāo)，會(huì)引起裝置的合閘誤差角超過允許值，從而引起裝置亂發(fā)調(diào)頻脈沖或拒發(fā)合閘脈沖。</p><p>　　i．集成芯片型周波繼電器，由于所用元件抗干性差，雖采用電容等元件濾波，但只針對(duì)一部分諧波。當(dāng)諧波含有率較高，且成分較多時(shí)，由于波形的畸變，此時(shí)影響其采樣值，無法進(jìn)行正常的判斷。</p><p>　　（2）

32、諧波嚴(yán)重影響繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的幾個(gè)方面</p><p>　　電網(wǎng)中運(yùn)行的繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置在不同之處所受的影響是不同的，有以下幾個(gè)方面影響到裝置的正常運(yùn)行（特別是前2個(gè)方面的條件是必須具備的）：</p><p>　　a.在電氣距離上接近大的諧波源；</p><p>　　b.保護(hù)裝置安裝地點(diǎn)具備諧波嚴(yán)重放大或接近于諧波諧振條件。例如安裝地點(diǎn)具有并聯(lián)電容器等；<

33、/p><p>　　c．所接回路的裝置，其整定的動(dòng)作值很小。例如接在差流回路、零序電路或負(fù)序電路上的裝置；</p><p>　　d．裝置所選取的元件或動(dòng)作原理對(duì)諧波敏感，例如采用弱電繼電器、半波比相判斷的方式、過零點(diǎn)檢測(cè)等等；</p><p>　　e．安裝地點(diǎn)的短路容量太小，例如在海上油井平臺(tái)上，自備機(jī)組等；</p><p>　　f．有不平衡負(fù)荷或

34、涌流的基波負(fù)序電流，并且和諧波電流同時(shí)發(fā)生。如果繼電保護(hù)裝置是按基波負(fù)序量整定其整定值大小，此時(shí)，若諧波干擾疊加到極低的整定值上，則可能造成繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置工作紊亂。諧波改變繼電器的工作特性，這與繼電器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和原理有關(guān)。當(dāng)有諧波畸變時(shí)，依靠采樣數(shù)據(jù)或過零工作的數(shù)字繼電器容易產(chǎn)生誤差。諧波對(duì)過電流、欠電壓、距離、頻率繼電器等均會(huì)引起誤動(dòng)、拒動(dòng)、保護(hù)裝置失靈或動(dòng)作不穩(wěn)定。</p><p>　　3、增加電容器的損

35、耗</p><p>　　諧波對(duì)電容器的危害是通過電效應(yīng)、熱效應(yīng)和諧振引起諧波電流放大。國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：受諧波影響而導(dǎo)致的電氣設(shè)備損壞中電容器占有最大比例。諧波的存在往往使電壓呈現(xiàn)尖頂波形，最不情況是諧波和基波電壓峰值的疊加，峰值電壓上升使電容器介質(zhì)更容易發(fā)電。一般來說，電壓升高10％，電容器壽命縮短1／2。由于諧波使通過電的電流增加，使電容器損耗增加，從而引起電容器發(fā)熱和溫升，加速老化。器溫升每上升8℃，

36、壽命縮短1／2。由于電容器的容抗與頻率成反比，因諧波電壓作用下的容抗要比在基波電壓作用下的容抗小得多，從而使諧波電波形畸變比基波電壓的波形畸變大得多，即使電壓中諧波所占比例不大，也生顯著的諧波電流。特別是在發(fā)生諧振的情況下，很小的諧波電壓就會(huì)引起的諧波電流，導(dǎo)致電容器因過流而損害。</p><p>　　4、增加輸電線路功耗</p><p>　　如果電網(wǎng)中含有高次諧波電流，那么，高次諧波電流

37、會(huì)使輸電線路功耗增加。如果輸電線是電纜線路，與架空線路相比，電纜線路對(duì)地電容要大10～20倍，而感抗僅為其1/3～1/2，所以很容易形成諧波諧振，造成絕緣擊穿，增加輸電線路的損耗，縮短輸電線壽命。諧波電流一方面在輸電線路上產(chǎn)生諧波壓降，另一方面增加了輸電線路上的電流有效值，從而引起附加輸電損耗。對(duì)于架空線路而言，電暈的產(chǎn)生和電壓峰值有關(guān)，雖然電壓基波未超過規(guī)定值，但由于諧波的存在，當(dāng)諧波電壓與基波電壓峰值重合時(shí)，其電壓峰值可能超過允許值

38、而產(chǎn)生電暈，引起電暈，損耗增加。對(duì)于電纜輸電情況，諧波電壓正比于其幅值電壓形式增強(qiáng)了介質(zhì)的電場(chǎng)強(qiáng)度，這會(huì)影響電纜的使用壽命。據(jù)有關(guān)資料介紹，諧波的影響將使電纜的使用壽命平均下降約60％。</p><p>　　5、增加旋轉(zhuǎn)電機(jī)的損耗</p><p>　　諧波會(huì)在電機(jī)的定子繞組、轉(zhuǎn)子回路以及鐵芯中產(chǎn)生附加損耗這些附加損耗要比其本身的直流電阻所引起的損耗大電機(jī)會(huì)產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，并使電機(jī)效率降低。諧

39、波電流還會(huì)增加電機(jī)的噪聲產(chǎn)生脈沖轉(zhuǎn)矩引起諧波振動(dòng)。國(guó)際上一般認(rèn)為電動(dòng)機(jī)在正常持續(xù)運(yùn)行條件下，電網(wǎng)中負(fù)序電壓不超過額定電壓的2%，如果電網(wǎng)中諧波電壓折算成等值基波負(fù)序電壓大于這個(gè)數(shù)值，則附加功耗明顯增加。</p><p>　　6、影響通訊系統(tǒng)工作</p><p>　　諧波通過電容禍合、電磁感應(yīng)、電氣傳導(dǎo)對(duì)通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾， 如損害通話清晰度、引起危害過電壓等。例如，直流輸電中，直流換流站換相

40、時(shí)會(huì)產(chǎn)生3～10kHz高頻噪聲，會(huì)干擾電力載波通信的正常工作。 </p><p>　　從國(guó)外的電能質(zhì)量分析比如英國(guó)電源質(zhì)量問題出現(xiàn)的頻率統(tǒng)計(jì)：</p><p><b>　　表1.2-1 </b></p><p>　　高：一年造成的停機(jī)事故在12次以上；</p><p>　　中：一年造成的停機(jī)事故在2-12次之間

41、；</p><p>　　低：一年造成的停機(jī)事故在1次以下；</p><p>　　從表中可以看出諧波造成停機(jī)事故頻率很高，在所有三個(gè)方面每年事故的報(bào)告在12次以上的均在60%以上，而每年至少1次事故的報(bào)告為80%以上。</p><p>　　電源質(zhì)量問題主要原因統(tǒng)計(jì)報(bào)表：</p><p><b>　　表1.2-2</b>&l

42、t;/p><p>　　7、影響換流裝置正常工作</p><p>　　當(dāng)換流裝置的容量達(dá)到電網(wǎng)短路容量的1／3、1／2或以上時(shí)，或者雖未達(dá)到此值而電網(wǎng)參數(shù)易引起較低次諧波次數(shù)(第2次至第9次)的諧波諧振時(shí)，交流電網(wǎng)電壓畸變可能引起常規(guī)控制角的觸發(fā)脈沖間隔不等，并通過正反饋而放大系統(tǒng)的電壓畸變，使整流器工作不穩(wěn)定，對(duì)逆變器可能發(fā)生連續(xù)的換相失敗而無法工作。</p><p>

43、　　8、引起電力計(jì)量誤差</p><p>　　用戶為線性用戶時(shí)，諧波潮流主要由系統(tǒng)注入線性用戶，電能表計(jì)量的是該用戶吸收的基波電能和部分或全部諧波電能，計(jì)量值大于基波電能，線性用戶不但要多交電費(fèi)，還要受到諧波破壞。用戶為非線性用戶時(shí)，用戶除了自身消耗部分諧波，還向電網(wǎng)輸送諧波，電能表計(jì)量電能時(shí)基波電能和扣除這部分諧波電能的部分和或全部和，計(jì)量值小于基波電能。</p><p>　　9、影響其

44、它設(shè)備運(yùn)行</p><p>　　諧波還會(huì)對(duì)以下設(shè)備產(chǎn)生影響：使斷路器斷弧困難，斷路器開斷能力降低；引起避雷器諧波過電壓而損害；延遲或阻礙消弧線圈滅弧作用；電壓互感器由于諧振而損害；增大中性線電流；電視機(jī)圖像變壞、翻滾：收音機(jī)引起雜音；微機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、自動(dòng)錄波系統(tǒng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失、誤動(dòng)、誤顯示和波形異常等。</p><p><b>　　2諧波抑制技術(shù)</b><

45、/p><p><b>　　2.1抑制諧波電流</b></p><p>　　對(duì)電力諧波的抑制就是如何減少或消除注入系統(tǒng)的諧波電流，以便把諧波電壓控制在限定值之內(nèi)，抑制諧波電流主要有三方面的措施：</p><p>　　1、降低諧波源的諧波含量</p><p>　　也就是在諧波源上采取措施，最大限度地避免諧波的產(chǎn)生。這種方法比較積

46、極，能夠提高電網(wǎng)質(zhì)量，可大大節(jié)省因消除諧波影響而支出的費(fèi)用。具體方法有：</p><p>　?。?）增加整流器的脈動(dòng)數(shù)</p><p>　　整流器是電網(wǎng)中的主要諧波源，其特征頻譜為：n＝kp±1，則可知脈沖數(shù)p增加，n也相應(yīng)增大，而In≈I1／n，故諧波電流將減少。因此，增加整流脈動(dòng)數(shù)，可平滑波形，減少諧波。電力電子裝置常將6脈波的變流器設(shè)計(jì)成12脈波或24脈波變流器，以減少交流

47、側(cè)的諧波電流含量。理論上，脈波越多，對(duì)諧波的抑制效果越好，但是脈波數(shù)越多整流變壓器的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，體積越大，變流器的控制和保護(hù)變得困難，成本增加。</p><p><b>　　（2）脈寬調(diào)制法</b></p><p>　　脈寬調(diào)制技術(shù)的基本思想是控制PWM輸出波形的各個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)刻，保證四分之一波形的對(duì)稱性。根據(jù)輸出波形的傅立葉級(jí)數(shù)展開式，使需要消除的諧波幅值為零、基波幅值

48、為給定量，達(dá)到消除指定諧波和控制基波幅值的目的，目前采用的PWM技術(shù)有最優(yōu)脈寬調(diào)制、改進(jìn)正弦脈寬調(diào)制、Δ調(diào)制、跟蹤型PWM調(diào)制和自適應(yīng)PWM控制等。</p><p>　?。?）三相整流變壓器采用Y／Δ或Δ／Y的接線</p><p>　　三相整流變壓器采用Y／Δ或Δ／Y的接線形式，這樣可以消除3的整數(shù)倍次的電力諧波，從而使注入電網(wǎng)的諧波電流只有5、7、11……等次諧波。</p>

49、<p>　　2、在諧波源處吸收諧波電流</p><p>　　這類方法是對(duì)已有的諧波進(jìn)行有效抑制的方法，這是目前電力系統(tǒng)使用最廣泛的抑制諧波方法。主要方法有以下幾種：</p><p><b>　?。?）無源濾波器</b></p><p>　　無源濾波器安裝在電力電子設(shè)備的交流側(cè)，由L、R、C元件構(gòu)成諧振回路，當(dāng)LC回路的諧振頻率和某一

50、高次諧波電流頻率相同時(shí)，即可阻止該次諧波流入電網(wǎng)。無源濾波是目前采用的抑制諧波及無功補(bǔ)償?shù)闹饕侄?。但無源濾波器存在著如濾波易受系統(tǒng)參數(shù)的影響；對(duì)某些次諧波有放大的可能；耗費(fèi)多、體積大等。因而隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，人們將濾波研究方向逐步轉(zhuǎn)向有源濾波器。</p><p><b>　　（2）有源濾波器</b></p><p>　　早在70年代初期，日本學(xué)者就提出了有源濾

51、波器APF（Active Power Filter）的概念，即利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的。與無源濾波器相比，APF具有高度可控性和快速響應(yīng)性，能補(bǔ)償各次諧波，可抑制閃變、補(bǔ)償無功，有一機(jī)多能的特點(diǎn)；在性價(jià)比上較為合理；濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn)；具有自適應(yīng)功能，可自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償變化著的諧波。</p>

52、<p>　?。?）加裝靜止無功補(bǔ)償裝置</p><p>　　快速變化的諧波源，如：電弧爐、電力機(jī)車和卷揚(yáng)機(jī)等，除了產(chǎn)生諧波外，往往還會(huì)引起供電電壓的波動(dòng)和閃變，有的還會(huì)造成系統(tǒng)電壓三相不平衡，嚴(yán)重影響公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量。在諧波源處，并聯(lián)裝設(shè)靜止無功補(bǔ)償裝置，可有效減小波動(dòng)的諧波量，同時(shí)，可以抑制電壓波動(dòng)、電壓閃變、三相不平衡，還可補(bǔ)償功率因數(shù)。</p><p><b&g

53、t;　　2.2受端治理措施</b></p><p>　　1、改善供電環(huán)境，選擇合理的供電方式</p><p>　　一般當(dāng)電網(wǎng)短路容量大于諧波源供電變壓器容量20倍時(shí)，其產(chǎn)生的高次諧波對(duì)系統(tǒng)就不會(huì)有危險(xiǎn)的影響，產(chǎn)生的諧波電壓、諧波電流也在規(guī)定值以下I刪。高一級(jí)電網(wǎng)的短路容量均大于同系統(tǒng)低一級(jí)電網(wǎng)的短路容量，因此將諧波源由較大容量的供電點(diǎn)或高一級(jí)電壓的電網(wǎng)供電，可以減少諧波對(duì)系統(tǒng)或

54、其它設(shè)備的影響，這必須在電網(wǎng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段考慮。保持負(fù)荷的三相平衡，能有效減少三次諧波。對(duì)諧波源負(fù)荷由專門的線路供電，減少諧波對(duì)其它負(fù)荷的影響，有助于集中抑制和消除諧波。例如，將母線分為三段：把所有大、中型晶閘管整流裝置和中頻裝置集中在一段母線上，其它不產(chǎn)生諧波的負(fù)荷和照明由另兩段母線供電。選擇合理的供電電壓并盡可能保持三相電壓平衡，可以有效地減小諧波對(duì)電網(wǎng)的影響。諧波源由較大容量的供電點(diǎn)或高一級(jí)電壓的電網(wǎng)供電，承受諧波的能力將會(huì)增大。

55、對(duì)諧波源負(fù)荷由專門的線路供電，減少諧波對(duì)其它負(fù)荷的影響，也有助于集中抑制和消除高次諧波。</p><p>　　2、防止并聯(lián)電容器組對(duì)諧波的放大</p><p>　　在電網(wǎng)中并聯(lián)電容器組起改善功率因數(shù)和調(diào)節(jié)電壓的作用。當(dāng)諧波存在時(shí)，在一定的參數(shù)下電容器組會(huì)對(duì)諧波起放大作用，危及電容器本身和附近電氣設(shè)備的安全。可采取串聯(lián)電抗器，或?qū)㈦娙萜鹘M的某些支路改為濾波器，還可以采取限定電容器組的投入容量

56、，避免電容器對(duì)諧波的放大。抑制電容器對(duì)諧波電流放大方法有：</p><p>　　（1）改變電容器的安裝位置，安裝點(diǎn)與電源間的感抗就不同，所引發(fā)諧振的頻率也不同。選擇合式的安裝地點(diǎn)，可有效避免與電源電抗相互作用而發(fā)生并聯(lián)諧振。</p><p>　　（2）改變與電容器的串聯(lián)電抗器，也就相當(dāng)于改變了系統(tǒng)阻抗，可以避免諧波電流放大。</p><p>　?。?）限定電容器組的

57、投入容量，可以有效減少電容器對(duì)諧波的放大并保證電容器組的安全運(yùn)行。</p><p>　?。?）將電容器組的某些支路改為濾波器。</p><p>　　3、減少發(fā)電機(jī)諧波電動(dòng)勢(shì)畸變率</p><p>　　對(duì)于作為電力系統(tǒng)電源的同步發(fā)電機(jī)，提供符合標(biāo)準(zhǔn)的正弦波形電能質(zhì)量是對(duì)它的基本要求。然而由于氣隙磁場(chǎng)實(shí)際上不完全按正弦分布，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中必然存在各次諧波。然而，在發(fā)

58、電機(jī)制造上，可以采取一系列措施來消除或減少諧波電動(dòng)勢(shì)：</p><p>　?、傩切芜B接不會(huì)出現(xiàn)三次或三的倍數(shù)次的各奇次諧波，因此，現(xiàn)代同步電機(jī)多采用星形連接。</p><p>　　②凸極同步發(fā)電機(jī)采用適當(dāng)極靴寬度和不均勻氣隙長(zhǎng)度，可使氣隙磁場(chǎng)波形盡可能接近正弦分布，減少諧波電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。</p><p>　?、鄄捎枚叹嗬@組，增加每極每相槽數(shù)，可減少諧波電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。&l

59、t;/p><p>　　④水輪發(fā)電機(jī)等多極電機(jī)，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組常采用分?jǐn)?shù)槽繞組，實(shí)現(xiàn)了極對(duì)與極對(duì)之間的分布，減少了磁勢(shì)中的諧波分量。采取以上措施后，目前發(fā)電機(jī)的諧波電動(dòng)勢(shì)畸變率小于1％，一般可以忽略不計(jì)。</p><p>　　4、變壓器采取措施，抑制諧波產(chǎn)生</p><p>　　變壓器繞組如有一側(cè)接成三角形，可以有效消除三次及其倍數(shù)次諧波，及時(shí)停運(yùn)空載變壓器，選用有載調(diào)壓變

60、壓器，可以及時(shí)調(diào)整變壓器母線電壓，使變壓器不致于過激磁，從而減少諧波產(chǎn)生。</p><p>　　5、提高設(shè)備抗諧波干擾能力</p><p>　　提高設(shè)備抗諧波干擾能力，使其在諧波一定限度環(huán)境中能夠正常工作，研制新型</p><p><b>　　抗諧波設(shè)備。</b></p><p>　　6、改善諧波保護(hù)性能</p&g

61、t;<p>　　對(duì)諧波敏感設(shè)備采用靈敏的諧波保護(hù)裝置，這能夠保證在諧波超標(biāo)情況下，設(shè)備不致于損壞，但不能保障設(shè)備的正常工作。</p><p>　　2.3主動(dòng)治理諧波的措施</p><p>　　1、增加整流裝置的脈動(dòng)數(shù)。</p><p>　　整流裝置產(chǎn)生的特征諧波電流次數(shù)與脈動(dòng)次數(shù)P有關(guān)， h=kp±l(k=l，2，3.)。當(dāng)脈動(dòng)數(shù)增加時(shí)，整流

62、器產(chǎn)生的諧波次數(shù)也增高，而諧波電流近似與諧波次數(shù)成反比，因此一系列次數(shù)較低，幅值較大的諧波得到消除，諧波源產(chǎn)生的電流將減少。</p><p>　　2、改變諧波源的配置或工作方式</p><p>　　具有諧波互補(bǔ)性的裝置應(yīng)集中，否則適當(dāng)分散或交替使用，適當(dāng)限制會(huì)大量產(chǎn)生諧波的工作方式。</p><p>　　3、采用多重化技術(shù)。</p><p>

63、　　將多個(gè)變流器聯(lián)合起來使用，用多重化技術(shù)將多個(gè)方波疊加，以消除頻率較低的諧波，得到接近正弦波的階梯波，但裝置復(fù)雜，成本較高。</p><p><b>　　4、諧波疊加注入。</b></p><p>　　利用三次倍數(shù)的諧波和外部的三次倍數(shù)的諧波源，把諧波電流加到產(chǎn)生的矩形波形上，可以用于降低給定的運(yùn)行點(diǎn)處的某些諧波。缺點(diǎn)是必須保證使三次倍數(shù)的諧波源與系統(tǒng)的同步，且諧波

64、發(fā)生器的功率損耗常常高達(dá)直流功率的10％。</p><p><b>　　5、采用PWM技術(shù)</b></p><p>　　采用脈寬調(diào)制PWM(Pulse Width Modulation)技術(shù)，使變流器產(chǎn)生的諧波頻率較高、幅值較小。波形接近正弦波，但只適用于自關(guān)斷器件構(gòu)成的變流器。</p><p>　　6、設(shè)計(jì)或采用高功率因數(shù)變流器。</p

65、><p>　　比如采用矩陣式變頻器，四象限變流器等，可以使變流器產(chǎn)生的諧波非常少，但功率因數(shù)可控制為1。</p><p>　　2.4被動(dòng)治理諧波的措施</p><p>　　1、采用無源濾波器PPF（Passive Power Filter，PPF）或稱為L(zhǎng)C濾波器。</p><p>　　LC濾波器由電容元件、電感元件和電阻元件按照一定參數(shù)配置一定

66、的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接而成的濾波裝置。LC濾波器是出現(xiàn)最早，雖然存在一些較難克服的缺點(diǎn)，但因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備投資少、運(yùn)行可靠性較高、運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，因此至今仍是應(yīng)用最多的濾波方法。</p><p>　　2、采用有源電力濾波器APF(ActivePowerFilter)。</p><p>　　有源電力濾波器是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置，它以有對(duì)于大小和頻率都變化的諧波進(jìn)行補(bǔ)償，其應(yīng)用

67、可克服LC濾波器等傳統(tǒng)諧波抑制方法缺點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)水平的發(fā)展，有源濾波技術(shù)得到極大發(fā)展，在工業(yè)上己經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段。</p><p>　　2.5 其余抑制高次諧波的技術(shù)</p><p>　　2.5.1 開關(guān)電源干擾的抑制技術(shù)</p><p>　　一般采用的辦法是：電源濾波、屏蔽及減少開關(guān)電源本身干擾能量。采用電源濾波器，電源濾波器可以阻止電網(wǎng)中的干擾進(jìn)入開關(guān)電源

68、，也可以阻止開關(guān)電源的干擾進(jìn)入電網(wǎng)。屏蔽技術(shù)可減少開關(guān)電源本身干擾，利用改善線圈繞制工藝，確保繞組之間緊密耦合，以減少變壓器漏感。還可以在高頻整流二極管上串入可飽和磁芯線圈，利用流過反向電流時(shí)，因磁芯不飽和而產(chǎn)生以有效地防止向外輻射干擾。</p><p>　　2.5.2 變壓器空載合閘涌流</p><p>　　1、防止和應(yīng)涌流產(chǎn)生的措施</p><p>　　空載合閘

69、前，將合閘變壓器中性點(diǎn)不接地。使其合閘時(shí)只產(chǎn)生勵(lì)磁涌流而不產(chǎn)生和應(yīng)涌流。需要注意的是，如果將合閘變壓器中性點(diǎn)不接地，為防止變壓器空載合閘時(shí)的過電壓?jiǎn)栴}，應(yīng)在變壓器不接地中性點(diǎn)裝設(shè)間隙保護(hù)，如專門保護(hù)變壓器中性點(diǎn)的無間隙金屬氧化物避雷器或采用棒間隙并聯(lián)避雷器保護(hù)，防止沖擊過電壓損壞變壓器鐵芯或絕緣。 空載合閘前，將合閘變壓器中性點(diǎn)接地，聯(lián)系調(diào)度短時(shí)停運(yùn)運(yùn)行變壓器中性點(diǎn)，可短時(shí)停運(yùn)變壓器中性點(diǎn)，但應(yīng)考慮此種情況下合閘時(shí)局部系統(tǒng)可能失去接地中

70、性點(diǎn)引起的過電壓而損壞變壓器，也應(yīng)考慮安裝間隙保護(hù)。</p><p>　　2、防止運(yùn)行中變壓器保護(hù)誤動(dòng)的措施</p><p>　　充分利用繼電保護(hù)信息系統(tǒng)軟件，模擬計(jì)算系統(tǒng)在不同運(yùn)行方式下其它變壓器空載合閘時(shí)在變壓器中性點(diǎn)可能流過的最大零序電流值，合理的整定變壓器零序電流保護(hù)的定值，防止零序保護(hù)誤動(dòng)。</p><p>　　盡力使設(shè)備在正常接線運(yùn)行方式下運(yùn)行，減少或避

71、免在特殊運(yùn)行方式下運(yùn)行，以防止零序保護(hù)定值可能不滿足特殊運(yùn)行方式的要求，而造成零序保護(hù)誤動(dòng)作。</p><p>　　現(xiàn)有大型變壓器多采用比率制動(dòng)特性原理的差動(dòng)保護(hù)，比率差動(dòng)保護(hù)的最小動(dòng)作電流一般整定為變壓器二次額定電流0.5～1.0倍，最小制動(dòng)電流一般整定為變壓器二次額定電流1.0倍，定值整定過小，變壓器空載合閘時(shí)和應(yīng)涌流有可能超過變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作值，造成差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，為此在保證差動(dòng)保護(hù)靈敏度的前提下，適當(dāng)整定

72、變壓器差動(dòng)保護(hù)最小動(dòng)作值，抬高差動(dòng)保護(hù)定值門檻，就有可能避免差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。</p><p>　　2.5.3 抑制電壓互感器鐵磁涌流抑止方法</p><p>　　1、采用勵(lì)磁特性較好的電壓互感器。</p><p>　　當(dāng)今生產(chǎn)的抗諧振新型TV，伏安特性好，啟始飽和電壓達(dá)1.5Ue因而難以形成參數(shù)匹配發(fā)生諧振，降低了諧振發(fā)生的機(jī)率，可以說是消諧治本的措施。缺點(diǎn)是一旦發(fā)生

73、諧振，將出現(xiàn)更高的過電壓和過電流。該方案較適合于新廠站的產(chǎn)品選型，老廠站的技術(shù)改造工作量較大，經(jīng)濟(jì)性較差，本廠暫且不予考慮。</p><p>　　電壓互感器中性點(diǎn)經(jīng)消諧電阻R0接地。</p><p>　　Y0接線的PT高壓繞組是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中唯一的入地金屬通道，接地故障消失過程中，三相對(duì)地電容3C0通過TV三相高壓繞組電感L/3放電，極大的直流分量使鐵芯深度飽和，電抗減少，激發(fā)諧振的同

74、時(shí)，大電流往往引起TV過熱損壞。接入R0后，對(duì)TV高壓繞組進(jìn)行了分壓，限制了繞組中的電流，特別是限制了斷續(xù)弧光接地時(shí)的高幅值電流，既改善了TV的伏安特性，有效抑制諧振，又避免了繞組過熱損壞。R0的阻值選擇以發(fā)生單相接地故障時(shí)，TV開口繞組電壓不低于80V為標(biāo)準(zhǔn)，以保證接地保護(hù)動(dòng)作的靈Ω。國(guó)內(nèi)已有多家公司生產(chǎn)LXQ系列非線性消諧電阻器，低壓下呈幾百kΩ高電阻，有效抑制諧振起始發(fā)展；接地時(shí)高壓作用下非線性電阻下降，保證接地保護(hù)動(dòng)作的靈敏度，

75、6～10kV系統(tǒng)可取30～50k度。持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的弧光接地短路時(shí)，R0熱容量難以滿足散熱要求，可能過熱損壞是它的缺點(diǎn)。由于該方案對(duì)TV避免大電流損壞的有效性，考慮到本廠35kV系統(tǒng)TV多次在不良天氣接地后損壞，擬采用該方案。</p><p>　　現(xiàn)不少廠家對(duì)阻尼電阻進(jìn)行了改進(jìn)，利用晶閘管的可控通斷自動(dòng)調(diào)整阻值，制造了微電腦自動(dòng)消諧裝置。消諧裝置能在接地故障時(shí)斷開電阻，不開啟消諧回路，諧振時(shí)斷時(shí)續(xù)將開口三角繞組短接，

76、使飽和過電壓迅速消除，又避免TV過熱損壞。然而，由于戶外端子箱的高溫密閉環(huán)境，從用戶反饋的情況來看，微電腦消諧裝置運(yùn)行可靠性往往不高。</p><p>　　3、TV一次側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)零序電壓互感器接地，或經(jīng)消弧線圈接地</p><p>　　TV一次側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)零序電壓互感器接地，或經(jīng)消弧線圈接地，是一個(gè)原理上與該方案相似，但無保護(hù)靈敏度下降及電阻器過熱損壞缺點(diǎn)的更理想方案，但受現(xiàn)場(chǎng)施工安裝條件限

77、制，作為該方案的替代比較。</p><p>　　4、改進(jìn)送電倒閘操作方式。</p><p>　　對(duì)母線合閘充電操作時(shí)，事先投入某些線路或變壓器等設(shè)備，以破壞諧振匹配的條件。或合閘充電前先斷開母線TV，相當(dāng)于斷開了諧振電感L，待充電正常后再投入。但前者不符合送電倒閘操作中從電源到負(fù)荷逐級(jí)合閘的原則規(guī)定，后者又會(huì)短時(shí)間失去母線電壓監(jiān)視和接地告警監(jiān)視。第三種方式是母線充電后立即投入計(jì)劃送電的線路

78、或變壓器等設(shè)備，這是盡快消除操作諧振過電壓的直接有效的措施，但此時(shí)TV已遭受了諧振過電壓和過電流危害。上述操作方式實(shí)踐證明對(duì)消除諧振效果很好，但均存在一定局限性，建議在已出現(xiàn)諧振或無法避免諧振時(shí)靈活使用。操作中應(yīng)事先做好事故預(yù)想，如出現(xiàn)諧振過電壓現(xiàn)象，如TV及母線回路聲音異常、電壓表指示不正常升高、接地故障告警等應(yīng)立即采取相應(yīng)措施，消除諧振。</p><p>　　2.5.4 抑止整流和逆變產(chǎn)生的諧波 </p

79、><p>　　1、在變頻器前加裝電源濾波器。</p><p>　　一種成本比較低的方法是在電源側(cè)加裝三只680μf 250VAC的電容，（分別接在L-N上）這種方法可使電磁干擾電流降至原來的1/10，效果較明顯；</p><p>　　2、變頻器的電源電纜采用屏蔽電纜</p><p>　　屏蔽電纜穿鐵管并接地，輸出電纜也穿鐵管并接地，屏蔽層應(yīng)在接變

80、頻器處和電機(jī)處兩端都接地。</p><p>　　2.5.5 抑止電弧爐運(yùn)行時(shí)的干擾</p><p>　　抑制超高功率電弧率干擾途徑來講有二：一是提高供電電源的電壓等級(jí)，以提高與電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的短路容量，使其對(duì)電網(wǎng)和自身的影響在允許范圍內(nèi)：二是采用SVC裝置，使其多項(xiàng)指標(biāo)限制在允許范圍內(nèi)。兩種途徑相比，途徑一是治標(biāo)的方法，因?yàn)殡姞t對(duì)電網(wǎng)和自身影響的各種量值并未消除，而是送到更高電壓級(jí)的電網(wǎng)去

81、擴(kuò)散，隨著電爐不斷建設(shè)發(fā)展，這些量值在電網(wǎng)中增加積累，泛濫成災(zāi)，將會(huì)形成電網(wǎng)所不能接受的程度，二增加了對(duì)廣大用戶的影響。因此，使用范圍越來越小。途徑二是治本的辦法，它使電爐對(duì)電網(wǎng)和自身影響的各種量值大部分地消除了，故其使用范圍越來越大，前途廣闊。SVC裝置是一種快速調(diào)節(jié)無功功率的裝置，用于電力、冶金、采礦和電氣化鐵道等沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償上，它可使所需無功功率作隨機(jī)調(diào)整，從而保持電弧爐等沖擊性負(fù)荷連接點(diǎn)的系統(tǒng)水平的恒定。SVC由可控支路和固

82、定（或可變）電容器支路并聯(lián)而成，主要有四種型式：</p><p>　　可控硅閥控制空芯電抗器型(稱TCR型)它用可控硅閥控制線性電抗器實(shí)現(xiàn)快速連續(xù)的無功功率調(diào)節(jié)，它具有反應(yīng)時(shí)間快(5～20ms)、運(yùn)行可靠、無級(jí)補(bǔ)償、分相調(diào)節(jié)、能平衡有功、適用范圍廣、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。TCR裝置還能實(shí)現(xiàn)分相控制，有較好的抑制不對(duì)稱負(fù)荷的能力，因而在電弧爐系統(tǒng)中采用最廣泛，但這種裝置采用了先進(jìn)的電子和光導(dǎo)纖維技術(shù)，對(duì)維護(hù)人員要專門培訓(xùn)

83、提高維護(hù)水平。</p><p>　　(2)可控硅閥控制高阻抗變壓器型(TCT型)優(yōu)點(diǎn)與TCR型差不多，但高阻抗變壓器制造復(fù)雜，諧波分量也略大一些。由于有油，要求一級(jí)放火，只宜布置在一層平面或戶外，容量在30Mvar以上時(shí)價(jià)格較貴，而不能得到廣泛采用。</p><p>　　(3)可控硅開關(guān)控制電容器型(TSC型)分相調(diào)節(jié)，直接補(bǔ)償，裝置本身不產(chǎn)生諧波，損耗小，但是它是有級(jí)調(diào)節(jié)，綜合價(jià)格比較高

84、。</p><p>　　(4)自飽和電抗器型(SSR型)維護(hù)較簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，過載能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，降低閃變效果好，但其噪聲大，原材料消耗大，補(bǔ)償不對(duì)稱電爐負(fù)荷自身產(chǎn)生較大諧波電流，無平衡有功負(fù)荷能力。 </p><p>　　國(guó)際上用于大型煉鋼電弧爐的濾波器種類有：各階次單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器、二階寬頻帶與三階寬頻帶高通濾波器等。</p><p>　?。?）單

85、調(diào)諧濾波器。</p><p>　　一階單調(diào)諧濾波器的優(yōu)點(diǎn)是濾波效果好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是電能損耗比較大，但隨著品質(zhì)因數(shù)的提高而減少，同時(shí)又隨諧波次數(shù)的減少而增加，而電爐正好是低次諧波，主要是2～7次，因此，基波損耗較大。二階單調(diào)諧濾波器當(dāng)品質(zhì)因數(shù)在50以下時(shí)，基波損耗可減少20％～50％，屬節(jié)能型，濾波效果等效。三階單調(diào)諧濾波器是損耗最小的濾波器，但組成復(fù)雜些，投資也高些，用于電弧爐系統(tǒng)中，2次濾波器選用三階濾波器

86、為好，其他次選用二階單調(diào)諧濾波器。</p><p>　?。?）高通（寬頻帶）濾波器</p><p>　　電網(wǎng)中高次諧波含量較低，同時(shí)由于高次諧波遇到的諧波阻抗大(系統(tǒng)阻抗一般是感性的)，因此濾除高次諧波時(shí)不采用調(diào)諧濾波器，為了降低成本，通常采用高通濾波器濾除諧波，高通濾波器對(duì)所有的高次諧波阻抗均較小，可以將某一頻率以上的諧波濾除。高通濾波器又稱減幅濾波器可分為：一階高通濾波器、二階高通濾波

87、器、三階高通濾波器和C型高通濾波器。</p><p>　　用于大型電爐的濾波器組合最基本的有兩類：一是用3～5組單調(diào)諧濾波器組成，二是由2～4組單調(diào)諧濾波器和一組二階寬頻帶濾波器組成。第一類組合對(duì)高次諧波濾波效果要差一些，但電能損耗低些；第二類組合對(duì)高次數(shù)濾波效果好，分工也明確，設(shè)計(jì)也簡(jiǎn)單容易些。兩者組合各有優(yōu)缺點(diǎn)，總的發(fā)展趨勢(shì)是在濾波效果好的前提下減少組數(shù)，以節(jié)省占地和投資，又要盡可能優(yōu)化組合以節(jié)省電能損耗。&

88、lt;/p><p>　　2.6 一種新的諧波抑制方案 </p><p>　?。?）三相整流變壓器采用Y△或△Y，這樣聯(lián)接可以消除3的整數(shù)倍的高次諧波，電網(wǎng)中的諧波電流只有5、7、11、13等奇次諧波。</p><p>　?。?）增加整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)。整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)越多，整流波形的脈波數(shù)越多，奇數(shù)低的諧波被消去的也越多。</p><p&g

89、t;　?。?）裝設(shè)分流濾波器，分流濾波器是由R、C、L等元件組成的。串聯(lián)諧振電路一般采取三相星形聯(lián)接，它往往接在大型整流設(shè)備與電網(wǎng)的聯(lián)接處，見圖2.6-1。</p><p>　　圖2.6-1 分流濾波器接線圖</p><p>　?。?）裝靜止無功補(bǔ)償裝置 </p><p>　　上述四種抑制方式盡管對(duì)電網(wǎng)的凈化起了一定的作用，但它都有很大的局限性，不能對(duì)諧波全面管理

90、或僅僅局限在很小的范圍之內(nèi)。這些方式都是被動(dòng)的，不能隨諧波變化而變化。</p><p>　　隨著科技的發(fā)展對(duì)諧波的抑制提出了新的設(shè)想，它克服了以往濾波器僅固定在某些諧波頻段,它采用如圖3的拓?fù)漕愋?。它?duì)非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波進(jìn)行采樣、分析、建立頻譜圖，以此頻譜圖為依據(jù)向電網(wǎng)側(cè)送一個(gè)與非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波相反的諧波，從而達(dá)到諧波抑制的效果。 </p><p>　　圖2.6-2 有源諧波調(diào)節(jié)器的

91、基本工作原理</p><p>　　據(jù)此原理推出了有源諧波調(diào)節(jié)器（ACTIVE HARMONIC CONDITIONER）它能將2～25次諧波有效地抑制?？筛鶕?jù)電網(wǎng)的情況調(diào)整電壓與電流波形的相位角，修正電流波形，提高功率因數(shù)，有效地抑制諧波干擾。它的工作原理見圖4。</p><p>　　圖2.6-3有源諧波調(diào)節(jié)器工作原理框圖</p><p>　　有源諧波調(diào)節(jié)器具有友好

92、的用戶界面，通過對(duì)話窗進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置，真實(shí)地將用戶現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀態(tài)反饋至有源諧波調(diào)節(jié)器中，讓其通過采樣拾取器實(shí)時(shí)捕捉諧波，全面有效地抑制電網(wǎng)中的諧波。該調(diào)節(jié)器還具有標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口，可方便地將諧波信息與實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)通訊。 </p><p>　　（a）無有源諧波調(diào)節(jié)器</p><p>　?。╞）有有源諧波調(diào)節(jié)器</p><p>　　圖2.6-4 帶有非線性負(fù)載（計(jì)算機(jī)

93、等）的輸入電流波形</p><p>　　圖5為非線性負(fù)載經(jīng)有源諧波調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)前(a)與調(diào)節(jié)后(b)的輸入電流波形比較?？梢钥闯觯@種有源諧波調(diào)節(jié)器將大大抑制諧波，提高了功率因數(shù)，同時(shí)大大地減小損耗，大大地節(jié)約了能源，保障了電網(wǎng)線路的安全。利用該諧波調(diào)節(jié)器可全面解決電網(wǎng)造成的損失。</p><p><b>　　3電力濾波器介紹</b></p><p&

94、gt;　　3.1無源電力濾波器</p><p>　　3.1.1無源電力濾波器的介紹</p><p>　　無源電力濾波器(Passive Power Filter，PPF，PF)又稱為L(zhǎng)C濾波器，是由電容元件、電感元件和電阻元件按照一定的參數(shù)配置，一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接而成。以對(duì)某次諧波或以上次諧波形成低阻抗通路，以達(dá)到抑制高次諧波的作用。由于SVC的調(diào)節(jié)范圍要由感性區(qū)擴(kuò)大到容性區(qū)，所以濾波器與

95、動(dòng)態(tài)控制的電抗器一起并聯(lián)，這樣既滿足無功補(bǔ)償、改善功率因數(shù)，又能消除高次諧波的影響。無源電力濾波器是目前廣泛采用的諧波抑制手段。</p><p>　　3.1.2無源電力濾波器原理</p><p>　　濾除諧波原理實(shí)質(zhì)是為電路中的諧波提供一條釋放路徑，即保留基波而使諧波短路，使諧波可以通過濾波器直接流回諧波源而不注入系統(tǒng)。濾波器設(shè)置在需要濾除的諧波頻率上使感抗和容抗相等而抵消，通常稱為調(diào)諧。

96、而R為低值電阻，在調(diào)諧頻率上，濾波器表現(xiàn)出高阻抗特性，這樣該頻次諧波就可以順利通過濾波器而返回諧波源。對(duì)于非調(diào)諧的基波和其它次諧波，濾波器則表現(xiàn)為高祖抗，因而影響很小。</p><p>　　3.1.3無源濾波器的分類</p><p>　　無源濾波器分為單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器及高通濾波器。</p><p>　?。?）單調(diào)諧濾波器。</p><p

97、>　　一階單調(diào)諧濾波器的優(yōu)點(diǎn)是濾波效果好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是電能損耗比較大，但隨著品質(zhì)因數(shù)的提高而減少，同時(shí)又隨諧波次數(shù)的減少而增加，而電爐正好是低次諧波，主要是2～7次，因此，基波損耗較大。二階單調(diào)諧濾波器當(dāng)品質(zhì)因數(shù)在50以下時(shí)，基波損耗可減少20％～50％，屬節(jié)能型，濾波效果等效。三階單調(diào)諧濾波器是損耗最小的濾波器，但組成復(fù)雜些，投資也高些，用于電弧爐系統(tǒng)中，2次濾波器選用三階濾波器為好，其他次選用二階單調(diào)諧濾波器。</p

98、><p>　　注意事項(xiàng)：①濾波電抗器和電阻器均接在電容器的低壓側(cè)，以便使電容器的外殼承受較小的對(duì)地電壓。②在三相系統(tǒng)中，整個(gè)濾波器宜采用星形接線，其主要優(yōu)點(diǎn)：一是，一相中任何一個(gè)電容器故障擊穿時(shí)，短路電流較小，避免引起相間短路：二是，電抗器不承受短路電流沖擊，且需要采用“半絕緣”，因?yàn)樵谙到y(tǒng)單相接地時(shí)，電抗器對(duì)地電壓僅為相電壓；三是，便于分相調(diào)諧。</p><p>　?。?）雙調(diào)諧濾波器。&l

99、t;/p><p>　　它有兩個(gè)諧振頻率，能同時(shí)吸收兩個(gè)頻率的諧波，其作用等效于兩個(gè)并聯(lián)的單調(diào)諧濾波器。雙調(diào)諧濾波器的阻抗特性可以看作由上段L1、Cl、Rl組成串聯(lián)阻抗Zl和下段k、R2與C2、R3組成并聯(lián)阻抗z2，則濾波器阻抗為Z=Z1+z2。采用雙調(diào)諧濾波器代替兩個(gè)單調(diào)諧濾波器，可以減少基波損耗，降低k上的沖擊電壓。雙調(diào)諧濾波器正常運(yùn)行時(shí)，由于并聯(lián)支路的基波阻抗比串聯(lián)支路的基波阻抗小得多，因此并聯(lián)支路所承受的基波電

100、壓遠(yuǎn)小于串聯(lián)支路所承受的基波電壓。</p><p>　　由于雙調(diào)諧濾波器比兩個(gè)單調(diào)諧濾波器成本低，近年來在一些高壓直流輸電工程得到了應(yīng)用。目前已有國(guó)外公司開發(fā)出三調(diào)諧濾波器并在高壓直流輸電工程應(yīng)用。</p><p><b>　?。?）高通濾波器</b></p><p>　　電網(wǎng)中高次諧波含量較低，同時(shí)由于高次諧波遇到的諧波阻抗大(系統(tǒng)阻抗一般是

101、感性的)，因此濾除高次諧波時(shí)不采用調(diào)諧濾波器，為了降低成本，通常采用高通濾波器濾除諧波，高通濾波器對(duì)所有的高次諧波阻抗均較小，可以將某一頻率以上的諧波濾除。高通濾波器又稱減幅濾波器可分為：一階高通濾波器、二階高通濾波器、三階高通濾波器和C型高通濾波器。</p><p>　　一階高通濾波器需要電容較大、基波損耗太大，一般不采用；二階高通濾波器基波損耗小，濾波性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此工程上應(yīng)用最為廣泛三階高通濾波器基波

102、損耗最小，但特性不如二階高通濾波器，因此用的也不多；C型高通濾波器性能介于二階高通濾波器和三階高通濾波器中間，C2與L調(diào)諧在基波頻率上，使基波電流不通過電阻R，因此可以大大降低基波損耗，C型高通濾波器也較常用。其缺點(diǎn)是工作時(shí)間長(zhǎng)后，電容、電感參數(shù)變化導(dǎo)致調(diào)諧頻率偏移，基波損耗將明顯增大。一般用于某次及以上次的諧波抑制。當(dāng)在電弧爐系統(tǒng)中采用時(shí)，對(duì)5次以上起濾波作用時(shí)，通過參數(shù)調(diào)整，可形成該濾波器回路對(duì)5次及以上次諧波形成低阻抗通路。<

103、;/p><p>　　用于大型電爐的濾波器組合最基本的有兩類：一是用3～5組單調(diào)諧濾波器組成，二是由2～4組單調(diào)諧濾波器和一組二階寬頻帶濾波器組成。第一類組合對(duì)高次諧波濾波效果要差一些，但電能損耗低些；第二類組合對(duì)高次數(shù)濾波效果好，分工也明確，設(shè)計(jì)也簡(jiǎn)單容易些。兩者組合各有優(yōu)缺點(diǎn)，總的發(fā)展趨勢(shì)是在濾波效果好的前提下減少組數(shù)，以節(jié)省占地和投資，又要盡可能優(yōu)化組合以節(jié)省電能損耗。</p><p>　

104、　3.1.4無源濾波器的特點(diǎn)</p><p><b>　　1、無源濾波器優(yōu)點(diǎn)</b></p><p>　　(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，在吸收諧波基礎(chǔ)上還可以補(bǔ)償無功、改善功率因數(shù)。</p><p>　　(2)維護(hù)方便、技術(shù)設(shè)計(jì)、制造經(jīng)驗(yàn)成熟。因此，PPF是目前采用最為廣泛的諧波抑制手段。</p><p><b>　

105、　2、無源濾波器缺點(diǎn)</b></p><p>　　(D諧振頻率依賴于元件參數(shù)，因此只能對(duì)主要諧波進(jìn)行濾波，L、C參數(shù)的漂移將導(dǎo)致濾波性能改變，使濾波性能不穩(wěn)定。</p><p>　　(2)濾波特性依賴于電網(wǎng)參數(shù)，而電網(wǎng)的阻抗和諧振頻率隨著電力系統(tǒng)的運(yùn)行工況隨時(shí)改變，因而LC網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)較困難。</p><p>　　(3)在特定頻率下，電源阻抗和LC濾波器之間

106、可能會(huì)發(fā)生并聯(lián)諧振，使該頻率的諧波電流被放大，電網(wǎng)供電質(zhì)量下降。</p><p>　　(4)在特定頻率下，電源阻抗和LC濾波器之間可能會(huì)發(fā)生串聯(lián)諧振，使電源側(cè)某次諧波電壓向LC濾波器注入很大諧波電流。</p><p>　　(5)當(dāng)接在電網(wǎng)中的其它諧波源未采取濾波措施時(shí)，其諧波電流可能流入該濾波器，造成過載。 </p><p>　　(6)有色金屬消耗多，體積大。<

107、;/p><p>　　3.2有源電力濾波器</p><p>　　3.2.1有源電力濾波器的介紹</p><p>　　1．有源電力濾波器的發(fā)展最早可以追溯到20世紀(jì)60年代末(1969年)B．M．Rird和J．EMarsh的論文中。文中描述了通過向交流電網(wǎng)注入三次諧波電流來減少電源電流中的諧波成分，從而改善電源電流波形的新方法。該文雖未出現(xiàn)有源電力濾波器一詞，但其描述的方法