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隨著電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用與發(fā)展，供電系統(tǒng)中增加了大量的非線(xiàn)性負(fù)載，如低壓小容量家用電器和高壓大容量的工業(yè)用交、直流變換裝置，特別是靜止變流器的采用，由于它是以開(kāi)關(guān)方式工作的，會(huì)引起電網(wǎng)電流、電壓波形發(fā)生畸變，從而引起電網(wǎng)的諧波“污染”。產(chǎn)生電網(wǎng)諧波“污染”的另一個(gè)重要原因是電網(wǎng)接有沖擊性、波動(dòng)性負(fù)荷，如電弧爐、大型軋鋼機(jī)、電力機(jī)車(chē)等，它們?cè)谶\(yùn)行中不僅會(huì)產(chǎn)生大量的高次諧波，而且會(huì)使電壓波動(dòng)、閃變、三相不平衡日趨嚴(yán)重。這不僅會(huì)導(dǎo)致供用電設(shè)備本身的安全性降低，而且會(huì)嚴(yán)重削弱和干擾電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，形成了對(duì)電網(wǎng)的“公害”。?

我們?cè)谠S多工礦企業(yè)中，經(jīng)常遇到這樣的情況，無(wú)功功率補(bǔ)償裝置(電容器直接補(bǔ)償)投入后，供電設(shè)備中的電器件(包括變壓器、電抗器、電容器、自動(dòng)開(kāi)關(guān)、接觸器、繼電器)經(jīng)常損壞，這就是諧波電流被電容器直接補(bǔ)償引起的諧波放大后而造成的。

一、諧波的產(chǎn)生及其主要構(gòu)成成分

諧波產(chǎn)生的原因是多種多樣的，但電網(wǎng)諧波的主要構(gòu)成并不復(fù)雜。電網(wǎng)諧波是指基波的整數(shù)倍的高次波，即2、3、4、5……次諧波。各次諧波中，偶次諧波是由于信號(hào)正負(fù)半周的不對(duì)稱(chēng)所形成的，而電網(wǎng)中電流正負(fù)半周的不對(duì)稱(chēng)的情況不常見(jiàn)，因此偶次諧波的含量很小。在三相系統(tǒng)中，3、6、 9……等3 的整數(shù)次諧波的相位相同，在三相三線(xiàn)的系統(tǒng)中不能流通，在三相補(bǔ)償電容器中也不能流通。只要不是分相補(bǔ)償就不需要考慮3 的整數(shù)次諧波的影響。在輸電、工業(yè)、電力電子等場(chǎng)合一般有以下幾種情況：

(1)在多數(shù)情況下，諧波是由非線(xiàn)性負(fù)荷產(chǎn)生的，主要是整流濾波，它在電網(wǎng)中產(chǎn)生PN次諧波，P是一個(gè)周期內(nèi)整流形成的直流波頭數(shù)，N是自然數(shù)，三相整流最低諧波次數(shù)是5 次。

(2)在中頻爐、變頻器等逆變類(lèi)負(fù)荷中，逆變頻率與電網(wǎng)頻率無(wú)關(guān)，會(huì)產(chǎn)生頻率并不是基波的整數(shù)倍諧波，有人稱(chēng)其為分?jǐn)?shù)次諧波。但這些諧波被整流濾波電路隔離不會(huì)直接反饋到電網(wǎng)中去。

(3)在電弧爐、電解鋁、氯堿廠等大型沖擊性不對(duì)稱(chēng)負(fù)荷中，雖然諧波的成分非常復(fù)雜且含量很大，但由于其工作的間斷性產(chǎn)生的諧波多為間諧波，特點(diǎn)是持續(xù)時(shí)間短，頻譜雜亂，疊加后形成白噪聲。這類(lèi)諧波可以通過(guò)在諧波負(fù)載前加裝低通濾波器進(jìn)行治理。

(4)電力機(jī)車(chē)是人們公認(rèn)的諧波源，但電力機(jī)車(chē)主要形成的是陷波和不平衡負(fù)載，通過(guò)Y/△接線(xiàn)的變壓器后3 的倍數(shù)次諧波被隔離，注入電網(wǎng)的諧波成分與逆變類(lèi)負(fù)荷一樣，所以電網(wǎng)諧波的主要成分是5、7、11、13、17、19……次諧波。

二、諧波在無(wú)功補(bǔ)償中的危害

電網(wǎng)諧波在電網(wǎng)中產(chǎn)生諧振，使電器設(shè)備受到嚴(yán)重?fù)p壞，破壞電網(wǎng)的正常運(yùn)行。

諧波放大時(shí)，大量的諧波電流在電網(wǎng)與補(bǔ)償電容之間往復(fù)交換，使包括變壓器及電容器等電網(wǎng)上的設(shè)備出現(xiàn)過(guò)載并產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，釋放大量的熱量，加快損耗設(shè)備的同時(shí)也使電網(wǎng)正常運(yùn)行的可靠性大大降低。

所以諧波放大是動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)計(jì)中要考慮的首要問(wèn)題。過(guò)大的諧波電流可能使電容器壽命縮短、鼓肚、熔絲、群爆甚至燒損。

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