諧波電流對供電系統的污染

　　由諧波電流THDI產(chǎn)生的諧波電壓經(jīng)過(guò)各級設備和傳輸線(xiàn)纜的阻抗的疊加，產(chǎn)生總電壓失真度THDU;電壓失真度隨著(zhù)非線(xiàn)性負載上線(xiàn)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)供電的其他系統和設備的工作，而首先受影響的是系統本身。由于諧波干擾而出現異常的現象主要表現在以下幾個(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。

　　顯然，隨著(zhù)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(zhù)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，當電壓的諧波成分偏離濾波電路設計頻率時(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(guò)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

　　諧波對變壓器的影響表現在以下幾個(gè)方面：

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

　　●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)境中正常運行，變壓器必須降容使用，折算系數k由下面經(jīng)驗公式確定(法國標準NFC52-114)：

　　例如，用一臺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為k=0.91。因此，變壓器的可用視在功率僅為9l0kVA。

　　一般來(lái)說(shuō)，負載的諧波必然會(huì )造成電源系統的降容，負載的功率因數越低，電源的降容也就越多。

　　(3)異步電動(dòng)機損耗增大

　　諧波在異步電動(dòng)機中產(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(轉子損耗，降低機械效率);

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

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

　　(4)其他影響

　　諧波對電網(wǎng)的污染，還表現在以下幾個(gè)方面。

　?、僦C波使公用電網(wǎng)中的設備和元件產(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(xiàn)路上產(chǎn)生有功損耗，是電網(wǎng)線(xiàn)路損耗的一部分。再者，諧波還可能便電壓波形出現尖峰，加速電纜絕緣層的老化，縮短電纜使用壽命。

　?、谥C波會(huì )干擾由同一電網(wǎng)供電的其他電氣設備的正常工作。曾經(jīng)有過(guò)這樣的例于，某工廠(chǎng)的電動(dòng)機運行一直正常，但一段時(shí)間以來(lái)卻陸續出現損壞。經(jīng)查，是因為接于同一電網(wǎng)的鄰近單位新投入了一臺大型整流設備，因未采取抑制諧波的措施，其諧波電流的存在影響了該廠(chǎng)電動(dòng)機的正常運行。

　?、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，這就便上述兩項危害大大增加，甚至引起嚴重事故。為了補償負載的無(wú)功功率，提高功率因數，常在負載處裝置并聯(lián)電容器。此外，為了濾除諧波，也會(huì )裝設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的感抗大得多，不會(huì )產(chǎn)生諧振，但對諧波頻率而言，系統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10倍，會(huì )對系統，特別對電容器和與之串聯(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(lèi)事故占有很高的比例。

　?、苤C波會(huì )導致繼電保護和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，并會(huì )便電氣測量?jì)x表計量不準確。諸如對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)、應用積分比相原理構成的高頻差相保護和差動(dòng)保護裝置等。

　?、葜C波會(huì )對鄰近的通信和計算機系統產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量;重者導致信息丟失，使通信和計算機系統無(wú)法正常工作。