林海雪电力谐波培训讲义.pdf

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1、电力谐波培训讲义林海雪（中国电力科学研究院）内容提纲1．电能质量基本概念2．谐波概论3．谐波的危害4．谐波源5．谐波国家标准的说明6．减小谐波危害的技术措施2006年3月北京1电能质量的基本概念（1）电力系统概况：结构、有功和无功平衡，各种干扰（2）电能质量——关系到电气设备工作（运行）的供电电压指标。（3）电能质量指标：电压偏差、频率偏差、谐波、电压波动和闪变、三相电压不平衡度、暂时过电压和瞬态过电压、电压暂降、波形缺口、……（4）电能质量指标特点：a.空间上、时间上不断变化b.需要供、用电双方共同合作维护（5）电能质量问题的由来及对策（6）电能

2、质量国家标准¾供电电压允许偏差（GB/T12325—2003）¾电压波动和闪变（GB12326—2000）¾公用电网谐波（GB/T14549—93）¾三相电压允许不平衡度（GB/T15543—1995）¾电力系统频率允许偏差（GB/T15945—1995）¾暂时过电压和瞬态过电压（GB/T18481—2001）2谐波概论在现代工业企业和运输部门中，非线性电力负荷在大量增加。随着电力电子技术的发展，晶闸管换流和变频技术得到广泛的应用，例如：冶金、化工、矿山部门大量使用晶闸管整流电源；工业中大量使用变频调速装置；电气化铁路中采用交流单相整流供电的机车；

3、高压大容量直流输电中的换流站；家用电器（电视机、电冰箱、空调、电子节能灯）等等。炼钢电弧炉的容量不断扩大，单台容量由过去几吨发展到几百吨，相应的电炉变压器容量也由几个兆伏·安发展到几十甚至一二百兆伏·安。此外，工业中广泛使用的电弧和接触焊设备、矿热炉、硅铁炉、中频炉等也均属非线性电力负荷。随着电网的发展，电力变压器容量和数量在不断增加，已成为电网中又一个重要非线性负荷。非线性负荷从电网吸收非正弦电流，引起电网电压畸变，因此通称为谐波源。谐波对各种电气设备，对继电保护、自动装置、计算机、测量和计量仪器以及通信系统均有不利的影响。目前，国际上公认谐波“

4、污染”是电网的公害，必须采1取措施加以限制。在电网中通常遇到周期性或准周期性的电气量。对于非正弦周期电压和电流的瞬时值，可用三角级数表示，即∞ut()=+U0∑2sin(Uhhtω1+αh)（1）h=1∞it()=+I0∑2sin(Ihhtω1+βh)（2）h=1式中h——谐波次数，h=1,2,3,…（h=1为基波）；U0、Uh、I0、Ih——直流和h次谐波分量电压、电流有效值；ω——基波角频率，电网中ω==21πf00π（弧度/秒）；11α、β——h次谐波分量的初相角。hh为了表示畸变波形偏离正弦波形的程度，最常用的特征量有谐波含量、总畸变率和谐

5、波含有率。谐波含量就是各次谐波的平方和开方。谐波电压含量为∞2UH=∑Uh（3）h=2谐波电压总畸变率为UHTHD=×100%（4）UU1第h次谐波电压含有率为UhHRU=×100%（5）hU1同理可以写出谐波电流的相应表达式IH、THDI、HRIh。由于非线性负荷的快速增长以及广泛存在，目前在电能质量多种指标中，受干扰性负荷影响，谐波是最为普遍的，而电网谐波标准在控制谐波危害，保障电网和用户的安全、经济运行和正常生产中起重要作用。本讲义对国标《电能质量公用电网谐波》（GB/T14549-1993）内容及相关问题也作较为全面介绍，澄清执行中某些疑点

6、，以利于标准的贯彻和执行。23谐波的危害3.1对电力设备的影响谐波对并联电容器组影响最为显著。据统计，大约有70%的谐波故障是发生在电容器组中。研究指出，对矿物油浸绝缘的电容器，在电压总畸变率为5%条件下运行二年，介损系数约提高一倍。在谐波作用下，电力电缆的损坏也显著增多。前苏联曾经对比了两条同时敷设在相似环境温度下的电缆，其中一条在基本正弦电压下运行，另一条电压总畸变率为6～8.5%。经2.5年运行，后者的泄漏电流平均增加36%，比前者经3.5年运行还大43%。由于高次谐波旋转磁场产生的涡流，使旋转电机的铁损增加、使同步电机的阻尼线圈过热，或使感

7、应电机定子和转子产生附加损耗。另外，高次谐波电流还会引起振动力矩，使电机转速发生周期性的变化。在畸变电压作用下，电机和变压器的绝缘寿命将缩短。国内外经验表明，当谐波电压总畸变达10～20%，可以导致电动机在短期内损坏。馈供给整流负荷的普通电力变压器，其容量应作相应的降低。降低值和变压器的杂损比（即附加损耗与基本损耗之比）有关，如表1所列。表1馈供整流负荷时变压器容量降低（%）杂损比0.51.01.5整流器脉动数633404512202428普通变压器在严重的谐波负荷下往往会产生局部过热，并有噪声增大等现象。3.2对继电保护和自动装置的影响在谐波和负

8、序共同作用下，电力系统中以负序滤过器为起动元件的许多保护及自动装置会发生误动作。有的保护闭锁装置因频繁误动作不得不解除运行