电网谐波危害抑制技术论文(2)

时间:2021-08-31

  t=t1时,电流为零,电弧熄灭,而电源电压仍然按正弦变化,经过半周到达正向最大。但是,电容电压uc=-Um不再变化。断路器CB触头间电压Uj=U-Uc=2Um。

  当t=t2时,如果此时弧隙介质击穿,这一过程可以看为Um直流电源经电感L突然加到电压为-Um的电容上,因分布参数产生高频振荡,形成高频电流:

  ic=2Umω0Ccosω0t,(ω0=)

  电容器上电压为:

  μc=idt=Um-2Umcosω0t(3)

  因此,高频电流ic经时间第一次过零时,高频电流被切断,电容器上电压Uc=3Um最大值,如果此时电弧被熄灭,则Uc将保持3Um不变。

  t=t3时,Uj=4Um,此时弧隙又出现击穿,则电容器电压可达到5Um值。

  实际上,由于触头间距在开断过程中不断增加,因此介质强度不断增大,当介质恢复强度超过电压增加速度,重击穿现象中止,完成开断,所以电容上过电压倍数不会达到3倍(上面的讨论是假设弧隙重击穿发生在电流过零后10ms,因此恢复电压达到最大值)。

  用普通断路器投切电容器c1时(c1处于20kV线路),产生1.8(p.u)过电压,导致谐振,谐振却又在c2处(c2处于6kV线路)产生高于4(p.u)的过电压。

  电力电子调速系统普遍应用于工业中改进电机效率及灵活性设备,调速装置内电力电子器件对过电压特别敏感,因此线路中瞬态过电压会造成调速系统的过电压保护误跳闸。由于与中压母线相连的电容器要经常操作,这意味着调速系统误跳闸事故会经常发生;

  (4)电压互感器铁磁谐振过电压:在我国10kV、35kV等级的中性点不接地配电网中,为了监视对地绝缘,一般采用三相五柱式电压互感器。在正常情况下,三相对地电压是平衡的,但是由于发生单相接地故障等原因,会导致三相对地电压平衡的破坏,还有可能使电压互感器线圈电感L和系统对地电容C在参数上配合,而产生谐振过电压。我们先看一下,它是典型的L、C并联电路。xc=,xL=ωL,xc是线性参数,但是xL是非线性参数,其大小与铁芯饱和程度有关,如发生并联谐振,则产生较高的谐振过电压;

  (5)整流器和逆变器产生的谐波电压、电流:整流器的作用将交流电转成直流电,而逆变器是将直流电转变成交流电。大功率整流器广泛应用于冶金、化工等领域,大功率整流器——逆变器广泛应用于交流变频调速及交-直流电动机的调速等领域。

  其电路中的二极管视为理想二极管,即正向阻抗接近零,反向阻抗无穷大。因此,只允许电流单方向流动,从整流器的输出端看,每相电流波形为矩形波,不是正弦波,利用傅氏级数展开式展开周期的矩形波形,可以看到除了工频正弦波(50Hz基波)外,还叠加了一系列高次波形——谐波。应该说电动机采用变频器进行调速,可以高水平完成调速外,也可以节省大量电能(近30%),但如前面分析,变频调速过程中要产生高次谐波,即形成高次谐波污染,造成厂区的电视、音响系统不能正常工作,还要干扰二次仪表——压力、流量、可编程控制器及智能控制器正常工作,谐波还要使变压器、电动机、电容器及电抗器产生过热。

  这些高次谐波是通过三个途径窜入产生干扰的。其一是通过电容耦合;其二是通过高次谐波电流产生的电磁感应;其三是直接由接地回路或电源线窜入的。

  (6)电弧炉运行引起电压波动:随着冶炼工业的发展,当然会更多地使用电弧炉,这是一个重要负荷。运行时,电极和金属碎粒之间会发生频繁断路,而在熔化期间,电源两相短路,一旦熔化金属从电极上落下,电弧熄灭,电源又开路,因此,可以说冶炼过程是频繁的短路-开路-短路的过程,会引起用户端电压波动及白炽灯闪烁,一般电压波动频率是0.1Hz~几十Hz,这种谐波是以3次谐波为主。

  2谐波的危害

  2.1污染公用电网

  如果公用电网的谐波特别严重,则不但使接入该电网的设备(电视机、计算机等)无法正常工作,甚至会造成故障,而且还会造成向公用电网的中性线注入更多电流,造成超载、发热,影响电力正常输送。

  2.2影响变压器工作

  谐波电流,特别是3次(及其倍数)谐波侵入三角形连接的变压器,会在其绕组中形成环流,使绕组发热。对Y形连接中性线接地系统中,侵入变压器的中性线的3次谐波电流会使中性线发热。

  2.3影响继电保护的可靠性

  如果继电保护装置是按基波负序量整定其整定值大小,此时,若谐波干扰叠加到极低的整定值上,则可能会引起负序保护装置的误动作,影响电力系统安全。

  2.4加速金属化膜电容器老化

  在电网中金属化膜电容器被大量用于无功补偿或滤波器,而在谐波的长期作用下,金属化膜电容器会加速老化。

  2.5增加输电线路功耗

  如果电网中含有高次谐波电流,那么,高次谐波电流会使输电线路功耗增加。

  如果输电线是电缆线路,与架空线路相比,电缆线路对地电容要大10~20倍,而感抗仅为其1/3~1/2,所以很容易形成谐波谐振,造成绝缘击穿。

  2.6增加旋转电机的损耗

  国际上一般认为电动机在正常持续运行条件下,电网中负序电压不超过额定电压的2%,如果电网中谐波电压折算成等值基波负序电压大于这个数值,则附加功耗明显增加。

  2.7影响或干扰测量控制仪器、通讯系统工作

  例如,直流输电中,直流换流站换相时会产生3~10kHz高频噪声,会干扰电力载波通信的正常工作。

  3谐波抑制技术

  3.1整机电源需留有较大贮备量

  为了使测量、控制装置能满足负载较大变化范围,因此在设计整机电源时,可给予较大贮备量,一般选取0.5~1倍余量;

  3.2对干扰大的设备与测控装置采用不同相线供电