对配电系统无功补偿状态下谐波治理的认识
摘要:谐波是由于大量电力电子设备等非线性负载的投入运行,导致供电电压电流波形发生畸变,因此系统普遍存在较宽频率范围的谐波。对配电系统的无功补偿,存在补偿电容器使谐波放大,加剧谐波污染,功率因数达不到要求。
1 概述
在电力系统中,大部分负载在消耗着有功功率的同时,也需要大量的无功功率,这些无功功率并没有被负载真正消耗,而是以电场和磁场的形式进行交换,因此无功功率将造成:占用供电设备容量增加和输电线路损耗,降低设备供电电压,因此必须在配电系统中安装无功功率补偿设备(通常采用并联电容器),就近提供负载需要的无功功率,从而达到降低供电容量,减少电网的无功损耗,提高供电电压水平的作用。
当正弦波电压施加在非线性负载上时,电流就变成非正弦波,非正弦波电流在电网阻抗上产生压降,会使电压波形也变成非正弦波。现广泛使用的负载大部分为非线性的,如镇流器、变频器、UPS、电梯、空调、荧光灯、复印机及家用电器等,这些非线性负载会产生大量的谐波电流并注入电网中,使电网电压产生畸变。
2 谐波污染与谐振
配电系统普遍存在较宽频率范围的谐波污染,并联电容器的容性阻抗特性以及阻抗和频率成反比的特性,使得电容器容易吸收谐波电流而过载发热,当容相匹配时,容易构成谐波谐振。
在电网中,各种不同的设备连接在一起,如变压器、输电线、电容器和负载。串联起来的电容和电感,在接近谐振频率的特定频率范围内,其阻抗非常低,称为串联谐振;并联起来的电容和电感,在接近谐振频率的特定频率范围内,其阻抗非常高,称为并联谐振。
在一个宽的频率范围内,串联谐振和并联谐振在同一个电网中都可能存在,如果有谐波电压或谐波电流激励这些谐波回路,可引起电压和电流的放大,干扰系统和设备,使其过载,甚至损坏。
当频率接近串联谐振频率时,供电母线上一个相对较低的谐波电压将会产生很大的谐波电流,该谐波电流在负载母线上引起出现较高的谐波电压,使正弦电压发生畸变。
当频率接近并联谐振频率时,供电母线上一个较低的谐振电流会引起电容器产生很大的谐波电流,该谐波电流在负载母线上出现较高的谐波电压,使正弦电压发生畸变。
在配电网中,只要频率接近谐振频率时就会产生谐波放大,配电系统中非线性负载可产生宽频率范围的谐波,不合理的无功补偿产生的谐波放大的问题。
3 谐波的危害
谐波对电气设备的危害主要表现在以下几个方面:
(1)谐波对旋转电机的影响
对旋转电机的主要影响是引起附加损耗,其次是产生机械振动、噪声和谐波过电压。
(2)谐波对供电变压器的影响
谐波电流不但引起变压器绕组附加损耗,也引起外壳、外层硅钢片和某些紧固件发热,并且有可能引起局部的严重过热。谐波使变压器噪声增大,谐波源造成的流经变压器的谐波电流在谐振条件下可能损害变压器。
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