电力系统谐波是指在理想情况下应为正弦波形的供电电压或电流因各种原因偏离正弦波形,产生的频率为基波整数倍的分量。这些分量的出现主要源自三个方面:发电电源系统、输配电系统和用电设备系统。
1. 发电源系统:发电机的三相绕组绝缘对称性难以保证,铁心均匀性也难以做到绝对,导致发电机自身产生一定量的谐波。同时,发电机的设计和制造过程中,磁饱和现象和非线性的磁化曲线也会贡献谐波。
2. 输配电系统:变压器是谐波的主要来源之一。变压器的铁芯饱和、非线性磁化曲线使得磁化电流呈现尖顶波形,包含奇次谐波。变压器工作点偏离线性状态越远,谐波电流越大,其中3次谐波电流可达到额定电流的0.5%。此外,电网中性点未接地或电压互感器对地感抗与电网对地容抗匹配的情况下,电压突变可能导致谐波产生。
3. 用电设备系统:随着电力电子设备的广泛应用,如晶闸管相控整流电路和二极管整流电路,它们成为谐波的主要源头。尤其是带有阻感负载的整流电路,其输入电流的谐波分量大,严重影响电网质量,降低功率因数。
电力谐波对电力网和用户的影响是多方面的,包括:
- 设备过热:谐波会导致电气设备内部损耗增加,过热可能导致设备寿命缩短。
- 电压畸变:谐波影响电压稳定性,可能导致电压波动,影响设备正常工作。
- 保护设备误动作:谐波可能使继电保护设备误判断,影响系统的安全稳定运行。
- 通信干扰:谐波对通信线路产生干扰,降低通信质量。
- 功率因数下降:谐波的存在降低电网的功率因数,增加电网损耗。
为了抑制和防止谐波的危害,通常采取以下对策:
1. 设计和选择设备:选用低谐波产生设备,如使用高效率的电力电子设备和有源滤波器。
2. 采用滤波器:安装滤波器可以有效地减少谐波对电网的影响,提高电能质量。
3. 谐波管理:对谐波进行监测和管理,定期检查并分析谐波水平,制定相应的控制策略。
4. 接地方式:优化电网的接地方式,例如采用中性点接地,减少谐波引起的电压不平衡。
电力谐波对电力系统的影响不容忽视,必须通过各种技术和管理手段来抑制谐波,确保供电系统的稳定性和设备的正常运行。同时,提高公众对谐波问题的认识也是至关重要的,因为谐波污染是一种无形的电力污染,可能对电力系统的长期健康运行造成严重威胁。