諧波電流對(duì)供電系統(tǒng)的污染

　　整流濾波電路把輸入電流變成脈沖狀態(tài)，當(dāng)諧波電流流入電網(wǎng)時(shí)，在其傳輸阻抗上轉(zhuǎn)化為諧波電壓。系統(tǒng)中的各種設(shè)備和傳輸線纜的阻抗包括電阻與感抗，僅就傳輸線纜而言，l0cm長(zhǎng)的導(dǎo)線，其電感是0.1μH，在1.5MHz時(shí)，其阻抗為1Ω，對(duì)脈沖電流可能產(chǎn)生的干擾電壓是不能忽視的，如圖1所示。

　　由諧波電流THDI產(chǎn)生的諧波電壓經(jīng)過各級(jí)設(shè)備和傳輸線纜的阻抗的疊加，產(chǎn)生總電壓失真度THDU;電壓失真度隨著非線性負(fù)載上線的阻抗累積而逐步增大。

　　諧波電壓不僅污染電網(wǎng)，而且影響由該電網(wǎng)供電的其他系統(tǒng)和設(shè)備的工作，而首先受影響的是系統(tǒng)本身。由于諧波干擾而出現(xiàn)異常的現(xiàn)象主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

　　(1)損壞電容

　　電容中的電流值表示為：I=UCω(4-20)

　　對(duì)第κ次諧波的角頻率為ω=2πkf，因此第κ次諧波電容電流為Ik=-=2πkfUC，其中f=基波頻率，k=諧波次數(shù)。

　　顯然，隨著電壓頻率的升高，電容阻抗(1/2πf)成比例地下降，電容中的電流/隨著諧波頻率的提高而增大，特別是大容量電解電容，在電壓富含諧波時(shí)，溫升會(huì)明顯增高，甚至爆炸損壞。在濾波電路中由于存在電感，當(dāng)電壓的諧波成分偏離濾波電路設(shè)計(jì)頻率時(shí)，很可能形成振蕩，使諧波進(jìn)一步放大，電容會(huì)同時(shí)受到發(fā)熱和過壓的威脅，所以配置電容時(shí)，需要附加如下限制：

　　●U最大=1.lUn;

　　●I最大=1.3In;

　　●THDU最大≤8。

　　(2)變壓器降容

　　諧波對(duì)變壓器的影響表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　●由于存在趨膚效應(yīng)(skin-effect)，變壓器繞組的阻抗隨諧波次數(shù)的增大而增大;

　　●磁滯損耗與諧波頻率成正比;

　　●渦流損耗與諧波頻率的平方成正比。

　　為了保證變壓器在富含諧波的環(huán)境中正常運(yùn)行，變壓器必須降容使用，折算系數(shù)k由下面經(jīng)驗(yàn)公式確定(法國標(biāo)準(zhǔn)NFC52-114)：

　　例如，用一臺(tái)1000kVA的變壓器為6脈沖整流電路供電，該整流器產(chǎn)生的諧波頻譜為：H5=25%，H7=14%，H11=9%，H13=8%，THDI=31%，代入上述公式得到功率折算系數(shù)為k=0.91。因此，變壓器的可用視在功率僅為9l0kVA。

　　一般來說，負(fù)載的諧波必然會(huì)造成電源系統(tǒng)的降容，負(fù)載的功率因數(shù)越低，電源的降容也就越多。

　　(3)異步電動(dòng)機(jī)損耗增大

　　諧波在異步電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生以下的影響：

　　●增大焦耳損耗和鐵損耗(定子損耗);

　　●產(chǎn)生脈動(dòng)力矩(轉(zhuǎn)子損耗，降低機(jī)械效率);

　　●諧波對(duì)電機(jī)的影響除引起附加損耗外，還會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和諧波過電壓。

　　因此異步電動(dòng)機(jī)上的THDU必須限定在10%以下，以避免上述現(xiàn)象的發(fā)生。

　　(4)其他影響

　　諧波對(duì)電網(wǎng)的污染，還表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

　?、僦C波使公用電網(wǎng)中的設(shè)備和元件產(chǎn)生附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率。實(shí)際上諧波電流在電網(wǎng)中的流動(dòng)會(huì)在線路上產(chǎn)生有功損耗，是電網(wǎng)線路損耗的一部分。再者，諧波還可能便電壓波形出現(xiàn)尖峰，加速電纜絕緣層的老化，縮短電纜使用壽命。

　　②諧波會(huì)干擾由同一電網(wǎng)供電的其他電氣設(shè)備的正常工作。曾經(jīng)有過這樣的例于，某工廠的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行一直正常，但一段時(shí)間以來卻陸續(xù)出現(xiàn)損壞。經(jīng)查，是因?yàn)榻佑谕浑娋W(wǎng)的鄰近單位新投入了一臺(tái)大型整流設(shè)備，因未采取抑制諧波的措施，其諧波電流的存在影響了該廠電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。

　?、壑C波會(huì)在公用電網(wǎng)中引起局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，這就便上述兩項(xiàng)危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重事故。為了補(bǔ)償負(fù)載的無功功率，提高功率因數(shù)，常在負(fù)載處裝置并聯(lián)電容器。此外，為了濾除諧波，也會(huì)裝設(shè)由電容器和電抗器組成的濾波器。在工頻頻率下，這些電容器的容抗比系統(tǒng)的感抗大得多，不會(huì)產(chǎn)生諧振，但對(duì)諧波頻率而言，系統(tǒng)感抗大大增加而容抗大大減小，就可能產(chǎn)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振。這種諧振會(huì)使諧波電流放大凡倍甚至數(shù)10倍，會(huì)對(duì)系統(tǒng)，特別對(duì)電容器和與之串聯(lián)的電抗器形成很大的威脅，常常使電容器和電抗器燒毀。在由諧波引起的事故中，這類事故占有很高的比例。

　?、苤C波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，并會(huì)便電氣測(cè)量?jī)x表計(jì)量不準(zhǔn)確。諸如對(duì)諧波比較敏感的繼電器、能反映瞬時(shí)值的電流繼電器、增量繼電器(有LC并聯(lián)諧振電路和電阻組成的四臂電橋)、應(yīng)用積分比相原理構(gòu)成的高頻差相保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)裝置等。

　?、葜C波會(huì)對(duì)鄰近的通信和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量;重者導(dǎo)致信息丟失，使通信和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無法正常工作。