音响侠客行三: 少林易肋经: 供电系统的谐波抑制及降损节能

第尾才子

音响侠客行三: 少林易肋经: 供电系统的谐波抑制及降损节能

电源问题永远都时电子人之痛, 也因此开发出形形式式的电源电路。大者有为电脑而定的UPS, 小者是电源滤波器。 实际上, 有关之谐波问题多是使电源效率变劣、产生干扰、损坏仪器，与失真有些沾不上边。而下面是说一下有关之电源谐波的问题, 也说明一条神仙电源线不可能解决这问题:

由于非线性负荷等节电产品的推广使用，给供电系统带来了严重的谐波问题，引起了供电电压正弦波形的畸变。实际上，谐波不仅仅造成电压频率不稳、不对称，以及稳态过电压、欠电压及电压波动、闪变等危害，同时也是重要的耗能指标。治理好谐波，不仅能降低电能损耗，而且能延长设备使用寿命，改善电磁环境，提高产品的品质。本文主要介绍了供电系统中谐波的产生原因和它的危害，及抑制谐波的一般对策。

1        概述
　“谐波”一词起源于声学。18世纪至19世纪，傅利叶等提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用。20世纪20年代，电力系统的谐波问题引起了人们的注意。当时在德国，使用静止汞弧变流器造成了电压、电流波形的畸变。到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，谐波所造成的危害也日趋严重。供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅利叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。在理想情况下，优质的电力供应应该提供有正弦波的电压。但在实际中供电电压的波形会由于某些原因而偏离正弦波形，即产生谐波。如下面图所示。



谐波为基波频率(在我国取工业用电频率50HZ为基波频率)整数倍的正弦波分量，又称为高次谐波。产生谐波的非线性负荷在工作时向电源反馈高次谐波，导致供电系统的电压，电流波形畸变，使电能质量变坏。谐波组成分解如下面图所示。



　　谐波的对于供电系统的危害极为严重，不仅会引起电气设备附加损耗和发热,缩短使用寿命，甚至损坏。而且谐波注入电网后使无功加大，功率因数降低，甚至有可能引发并联或串联谐振，损坏电气设备以及干扰通信线路的正常工作。谐波实际上就是一种干扰量，使电网受到“污染”。因此，谐波在国际上公认的电能质量重要指标之一，其相关问题越来越引起各界的广泛关注。

2　谐波的产生

严格意义上讲，电力网络的每个环节，包括发电、输电、配电、用电都可能产生谐波，目前供电网谐波主要来自三方面：

•         发电源质量不高产生的谐波: 发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝缘对称，铁心也很难做到绝对平均抑制和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般很少。
•         输配电系统产生谐波: 输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁芯的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器是考虑经济性，其工作磁密度选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电力城尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁芯的饱和程度有关。铁芯的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流的0.5%。输电和配电系统中存在大量的电力变压器。因变压器内铁心饱和，磁化曲线的非线特性以及额定工作磁密位于磁化曲线近饱和段上等诸多因素，致使磁化电流呈尖顶形，内含大量奇次谐波。变压器铁心饱和度越高，其工作点偏离线性就越远，产生的谐波电流就越大，严重时三次谐波电流可达额定电流的5%。
•   用电设备产生的谐波: 因用电设备产生的谐波所占比重是最大的，而且目前呈现快速上升的态势。其主要产生原因是整流器、UPS电源、电子调速装备、荧光灯系统、计算机、微波炉等电器设备的使用，在这些设备集中使用的地区，如工厂车间、居民小区、写字楼、酒店商厦等，谐波污染相当严重，电源质量明显下降。特别是三次谐波会产生特别高的中线电流，甚至会超过相电流值，因此造成电器设备寿命大为减短，电网过热，甚至可能引起火灾。
  

3        谐波的危害及解决方式

供电系统中的谐波危害主要表现在以下几个方面：

•    使产生、传输和利用电能的效率降低。由于谐波电流的频率为基波频率的整数倍，高频电流流过导体时，因集肤效率的作用，使导体对谐波电流的有效电阻增加，从而增加了变压器、输电线路等设备的功率损耗、电能损耗。
•    使电气设备过热、震动、产生噪音或绝缘老化、缩短其寿命，甚至发生故障、烧毁;如当注入电网的谐波频率位于在网络谐振点附近的谐振区内时，对输电线路和电力电缆线路会造成绝缘击穿。
•         使继电保护和自动装置误动作。特别对于电磁式继电器来说，谐波常会引起继电保护及自动装置误动或拒动，使其动作失去选择性，可靠性降低，容易造成系统事故，严重威胁电力系统的安全运行。
•    对通信和计量仪表产生干扰，影响精准性。电力线路上流过的幅值较大的奇次低频谐波电流时，会在邻近电力线的通信线路中产生干扰电压，干扰通信系统的工作。另外电能计量仪表通常是按工频正弦波设计的，当有谐波时将会产生测量误差。
•    对电容器的影响: 含有电力谐波的电压加在电容器两端时，由于电容器对电力谐波阻抗很小，谐波电流叠加在电容器的基波上，使电容器电流变大，温度升高，寿命缩短，引起电容器过负荷甚至爆炸，同时谐波还可能与电容器一起在电网中造成电力谐波谐振，使故障加剧。
•    对用户设备的影响: 谐波会使电视机、计算机的图形畸变，画面亮度发生波动，机内元器件过热，使计算机及数据处理系统出现错误。同时对于带整流器的荧光灯来说，会形成某次谐波频率下的谐振，使整流器因过热而损坏。
  

目前解决谐波源污染问题的基本思路较多，主流的抑制谐波方式有以下几种：

•         加装交流滤波装置: 其主要方式为在谐波源附近安装若干单调谐及高通滤波支路，以吸收谐波电流。加装交流滤波装置可以有效的减小谐波量，装置运行维护简单，但需专门设计。
•         改变谐波源的配置或工作方式: 其主要方式为具有谐波互补性的装置应集中，否则应适当分散或交错使用，适当限制谐波量大的工作方式。改变谐波源的配置可以减小谐波的影响，但对装置的配置和工作方式有一定的要求。
•         加装串联电抗器: 其主要方式为在用户进线处加串联电抗器，以增大和系统的电气距离，减小谐波的相互影响。加装串联电抗器可减小和系统的谐波相互影响，运行维护简单，但需专门设计。
•         加装静止无功补偿装置(或称动态无功补偿装置): 其主要方式为采用TCR、TCT或SR型静补装置时其容性部分设计成滤波器。加装静止无功补偿装置可以有效的减小波动谐波源的谐波量和抑制电压波动、闪变、三相不对称及补偿功率因数的功能，具有综合的技术经济效益，但是投资较大，需专门设计。
•         避免电力电容器组对谐波的放大: 其主要方式为改变电容器组的串联电抗器。或将电容器组的某些支路改为滤波器，或限定电容器组的投入容量。这种方式可以有效的减小电容器组对谐波的放大并保证电容器组安全运行，但是也需专门设计。
•         采用有源滤波器等新型抑制谐波的措施: 其基本原理是实时监测电网中电流，快速分离出谐波电流分量，发出控制指令，实时产生大小相等方向相反的补偿电流注入电网中，实现瞬时滤除谐波电流。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波电流进行跟踪补偿，其运行不受系统的影响，也不会产生谐波放大，同时可补偿无功功率，提高功率因数是一种较先进的谐波抑制技术。但由于其造价较高，只适用于小容量谐波补偿。
  
  
  

实际上, 有关之谐波问题多是使电源效率变劣、产生干扰、损坏仪器。与失真有些沾不上边。

未成之佛

文章没问题啊？

第尾才子

未成之佛 发表于 2016-10-9 10:17
文章没问题啊？

少林是正派啊。

阳光使者

理论上可行，但实际欣赏音乐时，有更多的因素对音质和音效产生影响，比如，不同的听音室，欣赏者的位置等等，所以，我个人觉得只要器材到了一定的档次，就不要太吹毛求疵了，好好享受音乐带给我们的愉悦和共鸣才是最重要的。

等风来北京

真是想跟作者聊聊这些问题，真的是头脑发烧才能搞出这些效果问题来，有些东西还是实际一点的好