电力系统谐波损害的检验和治理-山东康明斯

　　摘要：目前电力装置谐波损害已经导致了各个部门的关注，为了整个供电装置的供电质量，必须对谐波进行有效的检修和治理。

　　随着我国工业化进程的迅猛发展，市电装机功率不断加大，电网中电力元件的使用也越来越多，致使大量的谐波电流注入电网，造成正弦波畸变，电能品质下降，不但对电力系统的一些重要设备发生重大影响，对广大用户也发生了严重危害。目前，谐波与电磁干扰、功率因数减少被列为电力系统的三大公害，因而领会谐波产生的原理，研究和处置供配电系统中的高次谐波，对改于供电质量、确保电力系统安全、经济运行都有着十分重要的意义。

　　①谐波会使公用大电中的电力装备产生附加的损耗，减小了发电、输电及用电装置的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热，严重的甚至可能引发火灾。

　　②谐波会影响电气装备的正常作业，使电机出现机械振动和噪声等故障，发电机变压器局部严重太热，电容器、电缆等装备偏热，绝缘部分老化、变质，装备寿命缩减，摘自:工变电器直至最终故障。

　　③谐波会引起市电谐振，可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统组成重大威胁，特别是对电容器和与之串联的电抗器，电网谐振常会使之烧毁。

　　⑥谐波会对设备附近的通信装置发生干扰，轻则发生噪声，降低通信品质;重则引起信息丢失，使通信系统不能正常工作。

　　解除谐波的办法很多，即有主动型，又有被动型；既有无源的，也有有源的，还有混合型的，目前较为领先的是采用有源电力滤波器。但因为其检测环节多采用模拟电路，因而造价过高，且因为模拟带通滤波器对频率和温度的变化非常敏感，故使其基波幅值误差很难控制在10%以内，严重影响了有源滤波器的控制性能。近年来，人工神经网络的探讨取得了较大进展，因为神经元有自适应和自学习能力，且组成简单，输入输出关系明了，因此可用神经元替代自适应滤波器，再用一对与基波频率相同，相位相差90度的正弦向量作为神经元的输入。由神经元先得到基波电流，摘自:工变电器然后检验出应补偿的电流，从而完成谐波电流的检修。但人工神经网络的硬件目前还是一个比较薄弱的环节，限制了其应用范围。

　　利用傅立叶变换可在数字域进行谐波检测，电力装置的谐波剖析，目前大都是通过该手段实现的，离散傅立叶变换所需要处置的是经过采样和A/D转换得到的数字信号，设待测信号为x(t)，采样间隔为 t秒，采样频率 =1/ t满足采样定理，即 大于信号最高频率分量的2倍，则采样信号为x(n t)，并且采样信号总是有限长度的，即n=0，1……N-1。这相当于对无限长的信号做了截断，因而造成了傅立叶变换的泄露现象，出现误差。此外，对于离散傅立叶变换来说，如果不是整数周期采样，那么即使信号只含有单一频率，离散傅立叶变换也不可能求出信号的准确数据，因而发生栅栏效应。通过加窗可以降低泄露情形的影响。

　　小波变换已广泛应用于信号剖析、语音辨识与合成、自动控制、图象处置与解析等领域。电力谐波是由各种频率成分合成的、随机的、发生和消失都非常突然的信号，在应用离散傅立叶变换进行排除受到局限的情况下，可充分发挥小波变换的长处。即对谐波采样离散后，利用小波变换对数字信号进行解决，从而实现对谐波的精确测定。小波可以看作是一个双窗函数，对一信号进行小波变换相当于从这一时频窗内的信息提取信号。内蒙古康明斯发电机对于检验高频信息，时窗变窄，可对信号的高频分量做细致的观测；对于剖析低频信息，这时时窗自动变宽，可对信号的低频分量做概貌分析。故而小波变换具有自动“调焦”性。其次，小波变换是按频带而不是按频点的方法消除频域信息，因此信号频率的微小波动不会对处置产生很大的影响，并不要求对信号进行整周期采样。另外，由小波变换的时间局部可知，在信号的局部出现波动时，不会象傅立叶变换那样把影响扩散到整个频谱，而只改变当时一小段时间的频谱分布，因此，采用小波变换可以跟踪时变和暂态信号。

　　限于篇幅问题，本文在此只推荐基于改造谐波源本身的谐波抑制措施，连云港康明斯发电机基于改造谐波源本身的谐波抑制步骤通常有以下几种。

　　对于带有整流元件的设备，尽量增加整流的相数或脉动数，可以较好地处理低次特性谐波，该步骤可减小谐波源出现的谐波含量，一般在工程设计中予以考虑。由于整流器是供电装置中的主要谐波源之一，其在交流侧所发生的高次谐波为tK 1次谐波，即整流系统从6脉动谐波次数为n=6K 1，如果增加到12脉动时，其谐波次数为n=12K 1(其中K为正整数)，这样就可以处置5、7等次谐波，因此增加整流的相数或脉动数，可高效地抑制低次谐波。摘自:工变电器不过，这种举措虽然在理论上可以实现，但是在实际运用中的投资过大，在技术上对消除谐波并不十分有效，该方法多用于大功率的整流装置负荷。

　　(2)整流发电机变压器采用Y/ 或 /Y接线的倍数次的高次谐波，以整流发电机变压器采用 /Y接线形式为例说明其机理，当高次谐波电流从

　　晶闸管反串到发电机变压器副边绕组内时，其中3的倍数次高次谐波电流无路可通，所以自然就被抑制而不存在。但将引起铁心内出现3的倍数次高次谐波磁通(三相相位一致)，而该磁通将在发电机变压器原边绕组内产生3的倍数次高次谐波电动势，从而出现3的倍数次的高次谐波电流。由于它们相位一致，只能在 形绕组内产生环流，将能量消耗在绕组的电阻中，故原边绕组端子上不会发生3的倍数次的高次谐波电动势。从以上解析可以看出，三相晶闸管整流系统的整流发电机变压器采用这种接线n(n是正整数)次谐波激磁电流在接线绕组内形成环流，不致使谐波注入公共市电。这种接线形式的好处是可以自然排除3的整数倍次的谐波，是抑制高次谐波的最基本步骤，该举措也多用于大容量的整流装置负载。

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