昱沃干货 - 谐波畸变对电力系统的影响及评估方法

2019-09-16 09:34:44 汪枫 17

谐波对电力系统的影响可以总结为三大范畴,即:热应力效应、绝缘应力效应和系统设备的异常运行。



1、谐波的热力应力效应


所谓谐波的热应力效应,就是指谐波会增加设备的铜损、铁损和介质损耗,进而加剧热应力。



1.1铜损

       

电力系统的铜损就是指纯电路电阻中的功率损耗。电阻的功率采用标幺值表示,其表达式为:

 图片关键词

所以,忽略集肤效应,因谐波而增加的损耗可以表达为:

图片关键词

由此可见,因谐波而增加的铜损与谐波电流(谐波电压)总畸变率的二次方呈正比。

综合起来,铜损的表达式为:

图片关键词

1.2 铁损

        铁损包含磁滞损耗和涡流损耗,是指发生在铁磁类设备铁芯中的损耗。该铁芯要么被外加励磁磁化(变压器、电抗器等),要么在磁场中做功(旋转电机)。

磁滞损耗的表达式为:

图片关键词


涡流损耗的表达式为:

图片关键词

1.3 介质耗损

      介质损耗包含电场介质损耗和绝缘介质损耗两种,其算法是相同的。其基频下的介质损耗可以表达为:


图片关键词

2、绝缘应力效应


      谐波会使电压峰值增大,忽略相位差,峰值电压上升的标幺值就等于电压峰值系数,如下式所示:图片关键词


      这种电压升高就意味着绝缘应力升高,对于电力电容器、电力电子开关器件等对电压峰值敏感的设备来说,有可能直接导致绝缘击穿。



3、系统设备的异常运行


谐波对系统设备的影响是多方面的,比如3n次谐波表现为零序,即使在负载平衡的情况下,也会使中性线带电,并且此电流有可能接近甚至大于相线电流。这就要求要么设备在额定值以下运行,要么增大中性线线径。

对于不同的电力设备,谐波产生的影响也是不同的

3.1 谐波和并联电容器之间互相影响
3.1.1 谐波电流会使电容器组过载

电容器的电抗随着频率的上升而变小,使得电容器成为谐波的吸收点,这就导致电容器过载,直接引起电容器熔丝的熔断。流经并联电力电容器的谐波电流总畸变率不得超过83.066%。同时,谐波环境下,严禁采用内置内熔丝的并联电力电容器作为无功补偿或无源滤波器的功能元件。

3.1.2 耗损加剧

谐波会使电容器电场介质损耗加剧,直接的后果就是额外的发热和寿命缩短。可按照上文1.3给出的评估方法进行分析。

3.1.3 放大谐波

电容器和电源电感构成并联谐振电路,其谐振频率表达式为:

图片关键词


       在谐振情况下,谐波被放大,最终的电压会大大高于电压额定值并导致电容器损坏。谐波电压放大倍数表达式如下:

图片关键词


3.1.4 满足以下条件时,电容器组能够在谐波环境下长期运行



过电流水平不超过1.30倍额定电流,表达式如下:

图片关键词

电流峰值不超过额定峰值电流的130%,表达式如下:

图片关键词

峰值电压不超过额定电压的120%,表达式如下:

图片关键词

电压有效值不超过额定值的110%,表达式如下:

图片关键词


3.2 谐波对电力变压器的影响

      谐波将导致变压器损耗增大、变压器线圈可能与并联电容器产生谐振、谐波引起的峰值电压降导致变压器绝缘应力增加、谐波将加剧铁芯的磁致伸缩效应使变压器运行噪声变大,最终影响变压器的额定出力和使用寿命减少。

在满足以下条件时,电力变压器可以在谐波环境下安全运行:


A、 变压器绕组中的谐波电流总畸变率不超过5%;

B、 空载时,变压器绕组稳态电压有效值不超过额定值的110%,即谐波电压总畸变率不超过45.83%;

C、 额定负载时,变压器绕组稳态电压有效值不超过额定值的105%,即谐波电压总畸变率不超过32%


3.3 谐波对保护、通信和电子设备的影响

     谐波在以下几个方面影响保护和控制装置、测量设备、通信电路和电子负载:


A、 谐波会降低断路器的开断能力,参考系数1.2;

B、 受电压和电流峰值或零值控制的继电器会受到谐波的影响。在有谐波存在时,机电型继电器的时间延时特性会改变。低电流继电器不能区分零序电流和3n次谐波电流,从而导致误动作;

C、 测量仪表对非正弦信号呈现不同的响应特性,除非通过瞬时功率算法剥离出了基波电流/电压和谐波电流/电压,否则其计量准确度将降低;

D、 谐波通过感性耦合干扰通信线路;

E、 由于过零点的移动,谐波影响电力电子器件的准确触发和控制回路的正常工作;

F、 谐波电流的集肤效应将缩短导体的使用寿命,必要时只能通过增大线径或者降容的方式予以改善,参考系数1.2。



—End—



联系我们
产品中心
项目案例
QQ客服