抑制电网谐波提高电能质量

发布时间：2022-03-14 15:26:33 浏览数：次

(呼和浩特职业学院,内蒙古呼和浩特 010051)
摘要：文章介绍了电能质量指标，电网谐波产生的原因，谐波的危害及抑制谐波的措施方法。
关键词：电能；电网谐波；系统；抑制

中图分类号：TM727 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2009)05—0093—01

电能质量是指电压、频率、波形的质量。电能质量的主要指标有:频率偏差、电压偏差、电压波形和闪变，电压波形畸变引起的高次谐波以及三相电压的不平衡度等。只有当上述各项指标均符合国家规定标准，电能的质量才算是合格的。

工频正弦交流电压(或电流)，当其波形发生畸变后，就成了周期性的非正弦交流电压(或电流)。对该周期性非正弦交流电压(或电流)进行傅里叶级数分解，就可得到工频的基波正弦分量和频率为工频整数倍次的各次正弦分量。频率高于基波频率的各次正弦分量，通常成为“高次谐波”。

电力系统的三相交流电压，由三相交流发电机发出，基本上是工频的正弦交流电压。但由于系统中存在各种非线性元件，因而使系统中的电压和电流波形发生畸变，在系统中和用户处的线路内出现了谐波，电力系统中产生谐波的非线性元件很多，例如电焊机、感应电炉、各种气体放电灯、变频器、电动机、变压器等，都会产生谐波，特别是大型的变流设备、大型电弧炉等所产生的谐波最为突出，严重影响系统的电能质量。
谐波对电力系统和电气设备的危害很大。谐波可使电力系统发生电压谐振，从而在线路上产生谐振过电压，这就有可能使线路和设备的绝缘被击穿，造成短路事故。谐波还可造成系统的继电保护和自动装置误动作，影响系统的正常运行。谐波电流通过变压器，可使变压器的铁心损耗显著增加，导致变压器铁心过热，温度升高，缩短变压器的使用寿命，降低变压器的效率。谐波电流通过电动机，不仅会使电动机的损耗增加，还会使电动机转子发生振动，转速不稳，噪声增大，严重影响电动机的正常出力和使用寿命，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，电容器对谐波电流呈现较小的容抗，且谐波次数越高，容抗越小，因此电容器很容易发生过载甚至烧毁。谐波可使趋肤效应增强，从而使输电线路的电能损耗和电压损失增加。谐波可使感应式电能表计量不准确，谐波还干扰电力线路附近的通讯线路和通讯设备等。由上述可见，谐波的危害是十分严重的，严重影响电能质量，必须予以高度重视。

在《电能质量·公用电网谐波》中规定，公用电网谐波电压限值：电网额定电压为0.38kV时，电压总谐波畸变率小于等于5.0%，电网额定电压为10kV时，电压总谐波畸变率小于等于4.0%。抑制谐波电压和谐波电流，就是通过一定的措施方法，将谐波电压和谐波电流的实际值限制在国家规定的范围内。抑制谐波，可采取下列措施：
1 三相配电变压器选用Dyn11联结组别型

低压配电变压器的联结组别主要有Yyno型和Dynll型。我国过去大多采用Yyno型，但近年来，Dynll型配电变压器得到推广应用。一方面Dynll型变压器承受单相不平衡负荷能力比Yyno型大的多，更能适应单相负荷增长的需要，而且零序阻抗小，有利于低压侧短路保护的设置。另一方面，Dynll联结的变压器，其一次绕组为三角形接法，3次及3的整数倍次谐波电流在一次绕组内形成环流而不致注入高压电网中去，从而抑制了系统的高次谐波。又由于电力系统中的电压、电流波形畸变，一般正、负两半波对时间轴对称，不含直流分量和偶次谐波，只含奇次谐波，因此采用Dynll联结的配电变压器后，可注入电网的谐波也就只有5、7、11……等次谐波了。

整流设备用的三相整流变压器采用Dy或Yd接线，与Dynll联接的变压器一样，3次及3的整数倍次谐波电流在三角形联结绕组内形成环流而不致注入公用电网，可注入公用电网的也只有5、7、11……等次谐波。
2 增加整流变压器二次侧的相数

整流变压器要采用Dy或Yd接线，还要增加二次侧的相数。整流变压器二次侧相数越多，整流输出波形的脉动就越小，其低数次的谐波被消去的也就越多。例如整流变压器二次侧为6相时，出现的5次谐波电流为基波电流的18.5%，7次谐波电流为基波电流的12%，如果整流变压器二次侧相数增加到12相，则出现的5次谐波电流降为基波电流的4.5%，7次谐波电流降为基波电流的3%，都差不多是原来的1/4。由此可见，增加整流变压器二次侧的相数对高次谐波的抑制相当有效。

如果是多台整流装置并列运行，可使其整流变压器的二次侧互相有适当的相位差，这与增加整流变压器二次侧的相数有类似的效果，也能大大减少高次谐波。
3 装设分流滤波器

在大容量的“谐波源”（如大型整流设备）与电网连接处，装设分流滤波器。滤波器各组的R—L—C回路分别对要消除的5、7、11等次谐波进行调谐，使之发生串联谐振。R—L—C回路发生串联谐振时，对谐振频率电流呈现很小阻抗，从而使这些谐波电流被分流吸收而不致注入电网。R5—L5—C5回路用以吸收5次谐波，R7—L7—C7回路用以吸收7次谐波，R11—L11—C11回路用以吸收11次谐波，……

抑制谐波，除上述措施外，还要注意限制接入电网中的整流设备容量，或将“谐波源”与其他负荷分开接线，均能有助于谐波的抑制。
［参考文献］
［1］江文，许慧中.供配电技术［M］.北京:机械工业出版社，2005.
［2］刘介才.供配电技术［M］.北京:机械工业出版社，2000.
［3］苏文成.工厂供电［M］.北京:机械工业出版社，1981.
［4］戴绍基.建筑供配电技术［M］.北京:机械工业出版社，2003.

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