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新聞動態
諧波有哪些危害?
瀏覽次數:    2019-05-06

       諧波的危害十分嚴重。諧波使電能的生產、傳輸和利用的效率降低,使電氣設備過熱、產生振動和噪聲,并使絕緣老化,使用壽命縮短,甚至發生故障或燒毀。諧波可引起電力系統局部并聯諧振或串聯諧振,使諧波含量放大,造成電容器等設備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作,使電能計量出現混亂。對于電力系統外部,諧波對通信設備和電子設備會產生嚴重干擾。諧波對公用電網和其他系統的危害大致有以下幾個方面:

       加大企業的電力運行成本

       由于諧波不經治理是無法自然消除的,因此大量諧波電壓電流在電網中游蕩并積累疊加導致線路損耗增加、電力設備過熱,從而加大了電力運行成本,增加了電費的支出。

       降低了供電的可靠性

       諧波電壓在許多情況下能使正弦波變得更尖,不僅導致變壓器、電容器等電氣設備的磁滯及渦流損耗增加,而且使絕緣材料承受的電應力增大。諧波電流能使變壓器的銅耗增加,所以變壓器在嚴重的諧波負荷下將產生局部過熱,噪聲增大,從而加速絕緣老化,大大縮短了變壓器、電動機的使用壽命,降低供電可靠性,極有可能在生產過程中造成斷電的嚴重后果。

       引發供電事故的發生

       電網中含有大量的諧波源(變頻或整流設備)以及電力電容器、變壓器、電纜、電動機等負荷,這些電氣設備處于經常的變動之中,極易構成串聯或并聯的諧振條件。當電網參數配合不利時,在一定的頻率下,形成諧波振蕩,產生過電壓或過電流,危及電力系統的安全運行,如不加以治理極易引發輸配電事故的發生。

       導致設備無法正常工作

       對旋轉的發電機、電動機,由于諧波電流或諧波電壓在定子繞組、轉子回路及鐵芯中產生附加損耗,從而降低發輸電及用電設備的效率,更為嚴重的是諧波振蕩容易使汽輪發電機產生震蕩力矩,可能引起機械共振,造成汽輪機葉片扭曲及產生疲勞循環,導致設備無法正常工作。

       引發惡性事故

       繼電保護自動裝置對于保證電網的安全運行具有十分重要的作用。但是,由于諧波的大量存在,易使電網的各類保護及自動裝置產生誤動或拒動,特別在廣泛應用的微機保護、綜合自動化裝置中表現突出,引起區域(廠內)電網瓦解,造成大面積停電等惡性事故。

       導致線路短路

       電網諧波將使測量儀表、計量裝置產生誤差,達不到正確指示及計量(計量儀表的誤差主要反映在電能表上)。斷路器開斷諧波含量較高的電流時,斷路器的遮斷能力將大大降低,造成電弧重燃,發生短路,甚至斷路器爆炸。

       降低產品質量

       由于諧振波的長期存在,電機等設備運行增大了振動, 使生產誤差加大,降低產品的加工精度,降低產品質量。

       影響通訊系統的正常工作

       當輸電線路與通訊線路平行或相距較近時,由于兩者之間存在靜電感應和電磁感應,形成電場耦合和磁場耦合,諧波分量將在通訊系統內產生聲頻干擾,從而降低信號的傳輸質量,破壞信號的正常傳輸,不僅影響通話的清晰度,嚴重時將威脅通訊設備及人身安全。

       諧波會對鄰近的通信系統產生干擾,輕者產生噪聲,降低通信質量;重者導致住處丟失,使通信系統無法正常工作。

諧波的產生原因
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       在理想的干凈供電系統中,電流和電壓都是正弦波的。在只含線性元件(電阻、電感及電容)的簡單電路里,流過的電流與施加的電壓成正比,流過的電流是正弦波。

       用傅立葉分析原理,能夠把非正弦曲線信號分解成基本部分和它的倍數。

       在電力系統中,諧波產生的根本原因是由于非線性負載所致。當電流流經負載時,與所加的電壓不呈線性關系,就形成非正弦電流,即電路中有諧波產生。由于半導體晶閘管的開關操作和二極管、半導體晶閘管的非線性特性,電力系統的某些設備如功率轉換器比較大的背離正弦曲線波形。

       諧波電流的產生是與功率轉換器的脈沖數相關的。6脈沖設備僅有5、7、11、13、17、19 …。n倍于電網頻率。功率變換器的脈沖數越高,最低次的諧波分量的頻率的次數就越高。

       其他功率消耗裝置,例如熒光燈的電子控制調節器產生大強度的3 次諧波( 150 赫茲)。

       在供電網絡阻抗( 電阻) 下這樣的非正弦曲線電流導致一個非正弦曲線的電壓降。在供電網絡阻抗下產生諧波電壓的振幅等于相應諧波電流和對應于該電流頻率的供電網絡阻抗Z的乘積。次數越高,諧波分量的振幅越低。

       只要哪里有諧波源那里就有諧波產生。也有可能,諧波分量通過供電網絡到達用戶網絡。例如,供電網絡中一個用戶工廠的運轉可能被相鄰的另一個用戶設備產生的諧波所干擾。

電能質量在線監測裝置的主要用途
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       電能質量在線監測裝置的主要用途

       1、測量分析公用電網供到用戶端的交流電能質量,其測量分析:頻率偏差、電壓偏差、三相電壓允許不平衡度、電網諧波。
       2、應用小波變換測量分析非平穩時變信號的諧波。
       3、測量分析各種用電設備在不同運行狀態下對公用電網電能質量。
       4、負荷波動監視:定時記錄和存儲電壓、電流、有功功率、無功功率、頻率、相位等電力參數的變化趨勢。
       5、電力設備調整及運行過程動態監視,幫助用戶分析電力設備調整及投運過程中出現的問題。
       6、測試分析電力系統中斷路器動作、變壓器過熱、電機燒毀、自動裝置誤動作等故障原因。
       7、測試分析電力系統中無功補償及濾波裝置動態參數并對其功能和技術指標作出定量評價。
       8、在線式、多參數、大容量、高精度及近代信號分析理論的應用等特點,使XZ-DZ3000可廣泛地應用于輸配電、電力電子、電機拖動等領域。

電力設備在線監測系統二三事
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       目前電力系統中的一些技術和裝置,實際上或多或少地已涉及狀態監測,尤其是一些在線監測系統和故障診斷系統。雖然這些系統能起到一定的狀態監測的目的,但還不能完全滿足狀態監測的要求。在國際上,狀態監測已成為非破壞性檢測(NonDe2structiveTesting,NDT)下屬的一個活躍的新分支。從1989年起,已舉行了多屆有關狀態監測的國際會議,每年都有大量的研究報告、學術論文發表。在電力系統領域,狀態監測也已受到電力部門管理、科研、運營和工程維護人員的日益重視并逐漸成為國際性的前沿研究課題和研究熱點。

       針對不同的電力設備,已經提出了眾多狀態監測方法,其中有許多是通用的,如振動分析法、油中氣體分析法、局部放電檢測法、絕緣恢復電壓法等。

       在正常運行條件下,電力設備具有一個固有的自然振動水平。當緊固螺釘變松或出現變化,或由于短路、絕緣老化等造成繞組或引線結構的偏移、擾動時便會導致設備振動的加劇,振動分析法就是一種廣泛用于監測這種故障的有效方法。為了監測設備的振動水平,常采用聲學傳感器和加速計來采集設備的振動信號,然后對振動信號的強度和振動模式進行分析和判別,從而達到對設備狀態監測的目的。

       油中氣體分析法是含油設備(如變壓器)絕緣監測最常用的方法之一。由于設備內部不同的故障會產生不同的氣體,如電弧會產生乙炔氣,而過熱的纖維將產生碳氧化物,因此,通過分析油中氣體的成分、含量和相對百分比,就可達到對設備絕緣診斷的目的。幾種典型的油中氣體如H2、CO、CH4、C2H6、C2H4和C2H2,常被用作分析的特征氣體。

高頻開關電源的綠色化
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       電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電, 這意味著發電容量的節約,而發電是造成環境污染的重要原因,所以節電就可以減少對環境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節電設備,往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數下降,使電網電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數的方法。這些為2l世紀批量生產各種綠色開關電源產品奠定了基礎。

       現代電力電子技術是開關電源技術發展的基礎。隨著新型電力電子器件和適于更高開關頻率的電路拓撲的不斷出現,現代電源技術將在實際需要的推動下快速發展。在傳統的應用技術下,由于功率器件性能的限制而使開關電源的性能受到影響。為了極大發揮各種功率器件的特性,使器件性能對開關電源性能的影響減至最小,新型的電源電路拓撲和新型的控制技術,可使功率開關工作在零電壓或零電流狀態,從而可大大的提高工作頻率,提高開關電源工作效率,設計出性能優良的開關電源。

       總而言之,電力電子及開關電源技術因應用需求不斷向前發展,新技術的出現又會使許多應用產品更新換代,還會開拓更多更新的應用領域。開關電源高頻化、模塊化、數字化、綠色化等的實現,將標志著這些技術的成熟,實現高效率用電和高品質用電相結合。這幾年,隨著通信行業的發展,以開關電源技術為核心的通信用開關電源,僅國內有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內外一大批科技人員對其進行開發研究。開關電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此,同樣具有幾十億產值需求的電力操作電源系統的國內市場正在啟動,并將很快發展起來。還有其它許多以開關電源技術為核心的專用電源、工業電源正在等待著人們去開發。

高頻開關電源的發展趨勢
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       高頻化

       理論分析和實踐經驗表明,電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統"整流行業"的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造, 成為"開關變換類電源",其主要材料可以節約90%或更高,還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統高頻設備固態化,帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益,更可體現技術含量的價值。

       模塊化

       模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七元,包括開關器件和與之反并聯的續流二極管,實質上都屬于"標準"功率模塊(SPM)。有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了"智能化"功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性,有些制造商開發了"用戶專用"功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統的引線連接,這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計,達到優化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應的散熱器上,就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統連線,把寄生參數降到最小,從而把器件承受的電應力降至最低,提高系統的可靠性。另外,大功率的開關電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個獨立的模塊單元并聯工作,采用均流技術,所有模塊共同分擔負載電流,一旦其中某個模塊失效,其它模塊再平均分擔負載電流。這樣,不但提高了功率容量, 在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求, 而且通過增加相對整個系統來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統可靠性,即使萬一出現單模塊故障,也不會影響系統的正常工作,而且為修復提供充分的時間。

       數字化

       在傳統功率電子技術中,控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術完全是建立在模擬電路基礎上的。但是,數字式信號、數字電路顯得越來越重要,數字信號處理技術日趨完善成熟,顯示出越來越多的優點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調,也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統的設計來說,模擬技術還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術的知識,但是對于智能化的開關電源,需要用計算機控制時,數字化技術就離不開了。

高頻開關電源的穩壓原理
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       開關控制穩壓原理

       開關K以一定的時間間隔重復地接通和斷開,在開關K接通時,輸入電源E通過開關K和濾波電路提供給負載RL,在整個開關接通期間,電源E向負載提供能量;當開關K斷開時,輸入電源E便中斷了能量的提供??梢?,輸入電源向負載提供能量是斷續的,為使負載能得到連續的能量提供,開關穩壓電源必須要有一套儲能裝置,在開關接通時將一部份能量儲存起來,在開關斷開時,向負載釋放。圖中,由電感L、電容C2和二極管D組成的電路,就具有這種功能。電感L用以儲存能量,在開關斷開時,儲存在電感L中的能量通過二極管D釋放給負載,使負載得到連續而穩定的能量,因二極管D使負載電流連續不斷,所以稱為續流二極管。在AB間的電壓平均值EAB可用下式表示:

       EAB=TON/T*E

       式中TON為開關每次接通的時間,T為開關通斷的工作周期(即開關接通時間TON和關斷時間TOFF之和)。

       由式可知,改變開關接通時間和工作周期的比例,AB間電壓的平均值也隨之改變,因此,隨著負載及輸入電源電壓的變化自動調整TON和T的比例便能使輸出電壓V0維持不變。改變接通時間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比,這種方法稱為"時間比率控制"(Time Ratio Control,縮寫為TRC)。

高頻開關電源與直流屏有什么區別?
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       高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)是通過MOSFET或IGBT的高頻工作的電源,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現高效率和小型化。

       高頻開關電源柜與直流屏區別在于:
       高頻開關電源柜是過去生產的一種高頻電源類似現在的開關電源,而直流屏是即有整流穩壓又配有電瓶在有無市電都可以提供直流操作電源的柜子。

       直流屏為控制負荷和動力負荷以及直流事故照明負荷等提供電源,是當代電力系統控制、保護的基礎。直流屏由交配電單元、充電模塊單元、降壓硅鏈單元、直流饋電單元、配電監控單元、監控模塊單元及絕緣監測單元組成。

什么是低壓接地電阻柜?
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       低壓接地電阻柜是0.22KV~0.66KV低壓系統中接地用電阻成套裝置。為了提高0.66/0.38/0.22(KV)低壓用電系統供電質量,減少因發生接地故障時引起的設備斷電,發電廠的主廠房內低壓用電系統應該采用高阻接地,這樣不僅避免了單相接地時不必立即跳閘,而且當采用熔斷器作為保護電器從而減少用電設備運行時燒毀的機率。

       以前低壓系統主要采用直接接地方式或不接地方式。當發生單相接地故障時,直接接地系統的中性點電壓保持不變,但是系統中性點電流過大,容易使絕緣擊穿,燒毀中性點系統。如果系統采用不接地方式時,產生的過電壓是額定電壓的N倍,由于弧光和鐵磁諧振過電壓使非故障相的相電壓升高數倍,這對用電設備的絕緣和熱穩定都構成威脅。

       我國的《煤礦用電安全規程》明確規定:中性點直接接地的變壓器及發電機不允許直接向井下供電。也就是說,煤礦井下電網的中性點不允許直接接地。原來主要用消弧線圈方式接地,隨著技術的跟進主要采用接地電阻方式。

       當安裝中性點接地電阻柜后,發生非金屬性接地時,受接地點電阻的影響,流過接地點和中性點的電流有顯著降低,同時非故障相電壓上升也顯著降低,零序電壓值約為單相金屬性接地的30%

微機消諧裝置的硬件構成
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       (1) 微機消諧裝置的主機部分:消諧裝置的指揮控制中心 CPU采用最新高性能的單片機構成,運算速度快、控制能力強,運行安全可靠等特點。系統設置看門狗電路,可防止系統運行或干 擾造成的死機現象,設備可以長期可靠運行;
       (2) 微機消諧裝置的電源部分:消諧裝置采用高頻開關電源,具有抗干擾能力強、允許輸入電壓波動范圍大等特點。輸入電壓范圍寬,可以交,直流使用。
  (3) 內置大容量程序存貯器EPROM,存貯各類 操作指令;
  (4) 內置大容量數據存貯器RAM,存貯各類數 據運算結果、相關內容等;
  (5) 數據采集部分:是將外界采集的模擬量轉換為 數字量以備計算機處理;
  (6) 顯示部分:大屏幕漢字液晶屏幕,作時鐘用, 發生故障時,顯示相關故障信息;
  (7) 消諧控制部分:當發生各種鐵磁諧振時,控制啟動大功率固態繼電器,快速消除各種故障。

       XZ-MAX系列微機消諧裝置是我公司針對66KV及以下電壓等級的中性點不接地或經電阻、消弧線圈接地系統,由于鐵磁諧振而時常發生的電壓互感器(PT)燒毀甚至爆炸的惡性事故,研制生產的新型智能消諧裝置。裝置利用抗干擾能力強的AVR 單片機作為檢測和控制的核心元件;采用大功率、無觸點元件消諧;以液晶顯示器(LCD)、信號指示燈;配以最先進的智能化軟件,動作更可靠、操作更簡單、更直觀、更準確。

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