諧波源及常用設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流值

1、基本概念

交流電網(wǎng)中，由于許多非線(xiàn)性電氣設(shè)備的投入運(yùn)行，其電壓、電流波形實(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。對(duì)周期性交流量進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解，得到的頻率與工頻相同的分量稱(chēng)為基波(fundamental)，得到的頻率為基波頻率大于1整數(shù)倍的分量稱(chēng)為諧波(harmonic，HR)，得到的頻率不等于基波頻率整數(shù)倍的分量稱(chēng)為間歇波(interharmonic，IHR)。任何重復(fù)的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量。

基波頻率為電網(wǎng)頻率(工頻50Hz)，諧波次數(shù)(h)是諧波頻率與基波頻率的整數(shù)比，間歇波次數(shù)(ih)是間歇波頻率與基波頻率的比值。如基波為50Hz時(shí)，2次諧波為100Hz，3次諧波則是150Hz。

諧波按照相序，分為正序諧波(第4、7、10、...、3h+1次)，負(fù)序諧波(第2、5、8、...、3h-1次)、零序諧波(第3、6、9、...、3h次)。按照諧波次數(shù)，分為偶次諧波、奇次諧波、間歇波(非整數(shù)次諧波)。

一般來(lái)說(shuō)，奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。在平衡的三相系統(tǒng)中，由于對(duì)稱(chēng)關(guān)系，偶次諧波已經(jīng)被消除了，只有奇次諧波存在，對(duì)于三相整流負(fù)載，出現(xiàn)的諧波電流是6n±1次諧波，例如5、7、11、13等，變頻器主要產(chǎn)生5、7次諧波。

2、諧波源及常用設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流值

近30年來(lái)，電力電子裝置的應(yīng)用日益廣泛，也使得電力電子裝置成為最大的諧波源。

用戶(hù)向公用電網(wǎng)注入諧波電流的電氣設(shè)備或在公用電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波電壓的電氣設(shè)備，統(tǒng)稱(chēng)為諧波源。常見(jiàn)諧波源主要有換流設(shè)備、電弧爐、鐵芯設(shè)備、照明設(shè)備、某些生活日用電器等非線(xiàn)性電氣設(shè)備。

3、諧波的危害

理想的公網(wǎng)電網(wǎng)應(yīng)當(dāng)提供單一且穩(wěn)定的頻率以及規(guī)定的電壓幅值。然而，諧波對(duì)公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)造成的危害不容忽視，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

諧波電流流經(jīng)變壓器時(shí)，會(huì)顯著增加鐵芯損耗，導(dǎo)致變壓器過(guò)熱，進(jìn)而縮短其使用壽命。

當(dāng)諧波電流通過(guò)交流電動(dòng)機(jī)時(shí)，不僅使電動(dòng)機(jī)鐵芯損耗增大，還會(huì)引發(fā)轉(zhuǎn)子振動(dòng)，對(duì)機(jī)械加工產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

電容器對(duì)高次諧波的阻抗非常小，因此當(dāng)含有高次諧波的電壓施加在電容器兩端時(shí)，電容器很容易過(guò)負(fù)荷而損壞。

諧波電流會(huì)導(dǎo)致電力線(xiàn)路的電能損耗增加。

諧波可能引起電力系統(tǒng)的電壓諧振，產(chǎn)生過(guò)電壓，有可能擊穿線(xiàn)路設(shè)備的絕緣。當(dāng)大量的3次諧波流過(guò)中性線(xiàn)時(shí)，線(xiàn)路可能過(guò)熱，甚至引發(fā)火災(zāi)。

諧波會(huì)使系統(tǒng)的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置發(fā)生誤動(dòng)作，同時(shí)導(dǎo)致電氣測(cè)量?jī)x表的計(jì)量不準(zhǔn)確。

諧波產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)干擾會(huì)影響電子儀表和通訊系統(tǒng)的正常工作，從而降低通訊質(zhì)量。

4、諧波限值

(1)電壓諧波限值

判斷諧波是否正常需要根據(jù)電力系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行分析。一般來(lái)說(shuō)，諧波含量低于國(guó)標(biāo)的限額，同時(shí)能保證系統(tǒng)平安運(yùn)行，就可以認(rèn)為諧波是正常的。合格標(biāo)準(zhǔn)與電壓等級(jí)有關(guān)，如220則總電壓畸變率 5%以?xún)?nèi)合格，10kV就4%了。

電源諧波的定義

電源諧波是由于非線(xiàn)性負(fù)載造成電壓或電流波形偏離正弦而發(fā)生畸變。諧波的波形也是正弦波，只不過(guò)諧波頻率是基波頻率的整倍數(shù)。那么為什么會(huì)有諧波的產(chǎn)生呢?一方面是由于發(fā)電設(shè)備存在一些問(wèn)題，從而含有諧波;另一方面是因?yàn)橐恍┓蔷€(xiàn)性設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生了諧波，如變頻器、開(kāi)關(guān)電源、電焊機(jī)、LED燈、顯示器、變頻家電、電弧爐等。非線(xiàn)性設(shè)備目前是諧波產(chǎn)生的主要原因。

電源諧波的危害

電源諧波的存在會(huì)對(duì)設(shè)備、電力系統(tǒng)造成一定的影響，導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行、系統(tǒng)不穩(wěn)定。具體的危害主要有以下幾點(diǎn)：

1. 影響設(shè)備的正常工作運(yùn)行

電源諧波會(huì)造成設(shè)備附加損耗、機(jī)械振動(dòng)、過(guò)電壓、噪聲等，造成電容器、電纜、變壓器等設(shè)備過(guò)熱，、絕緣老化，縮短使用壽命，損壞設(shè)備。

2. 產(chǎn)生附加的諧波損耗

電源諧波會(huì)對(duì)設(shè)備造成附加損耗，降低設(shè)備的工作效率，諧波嚴(yán)重甚至?xí)咕€(xiàn)路過(guò)熱引發(fā)火災(zāi)等安全事故。

3. 串聯(lián)/并聯(lián)諧振

電源諧波會(huì)引發(fā)串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振，放大諧波，造成過(guò)電壓、過(guò)電流。

4. 諧波會(huì)影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、可靠性，可能造成供電中斷。

5. 諧波也會(huì)對(duì)通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，降低通信質(zhì)量。

電源諧波會(huì)影響設(shè)備的運(yùn)行與壽命、造成電力系統(tǒng)不穩(wěn)定、干擾通信系統(tǒng)，因此抑制和防范電源諧波很重要，可以通過(guò)裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置來(lái)補(bǔ)償諧波、改造電力電子裝置等措施來(lái)改善。除此之外，需要對(duì)電源諧波進(jìn)行測(cè)試，對(duì)諧波進(jìn)行評(píng)估。NSAT-8000電源測(cè)試系統(tǒng)為電源各項(xiàng)參數(shù)測(cè)試提供一體化測(cè)試方案，定制開(kāi)發(fā)，快速完成測(cè)試，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可靠測(cè)試。