用电设备中电子元件的谐波问题分析
时间：2020-12-21 20:04:59 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：文章介绍了作者在实际工作中遇到的三次谐波，并就案例情况对三次谐波的主要分量进行阐述，分析了产生三次谐波的主要根源，并对项目的审批和验收提出了建议和方法。
关键词：三次谐波；用电设备；谐波污染
1 引言
试验证明，电子系统中总有部分谐波不同程度的存在，造成正弦波形发生畸变，各种调查数据表明，产生这种原因的设备主要有两种类型：一种是具有非线性阻抗特性的设备，如变压器、电动机、电焊机、电抗器、感应炉等；另一种是具有非正弦电流特性的设备，如硅整流、逆变器、变频调速、调压装置、电弧炉及家用电器、电视机、空调、微波炉等。
它们的共同特点是产生的谐波电流注入电网后，在设备的阻抗上产生一个谐波电压，并叠加在设备电源（50HZ）电压上，造成设备端电压增高，影响设备正常运行，电能质量变坏，引起设备损耗增大，出力下降，局部过热，加速绝缘老化，导致设备过早损坏。另外，还会造成继电保护及自动装置误动或拒动，使计算机失控，电子设备发生误触发，电子元件计量、测量误差增大，对广播、电视、通讯产生干扰，图像、通讯的质量下降等。
事实证明，随着电力系统中的电子技术的飞速发展，电网中的谐波污染日趋严重，甚至达到直接威胁设备正常运行的程度。
2 电网谐波分析
如98年10月20日某商厦火灾后重新恢复营业，该商厦共安装6300盏（电子型）管灯，前一周试送电的过程中，当送出2400盏（每相800盏）管灯时，听到变压器声音异常，测量零线电流为123A，有人发现附近电视图像出现干扰。当时怀疑可能是变压器本身出现的问题，更换后，现象仍然存在，后来分析可能是电子镇流器造成的，商家代表坚决否定这种说法，并一再表示要有国家级资质部门的证据，最后聘请省综试所派专业人员进入现场进行频谱实测，当送出2400盏管灯时，其结果不含3次谐波，电流分别为A相为44.2A，B相为41.5A，C相为39.3A。
由于开业时间紧迫，几种解决方案被推翻后，最后决定全部更换电感节能型的镇流器，换完送电后，原来现象基本消除，一切恢复正常，从而验证了后来分析的结论是正确的。
那么，什么是3次谐波？它究竟有多大危害呢？在电力系统中的事故分析及继电保护等方面要经常提到它？
首先要了解一下，什么是零序分量，所谓零序分量，所谓零序分量就是A、B、C三相幅度大小相等，相互间夹角为零度的分量，也就是说三相幅度相同方向相同。3次谐波就是零序分量的基波，每秒150周。其特点是有零线才能流通，可见零线中的3次谐波是相线（相线含3次谐波的3倍）。
另外，各序分量在电力系统中起决定作用的是基波的幅值，而3次谐波是A、B、C三相基波幅值递接在一起，其幅值可达正序基波幅值的50%-60%，因此，3次谐波在电力系统中危害性最大，这就是电力系统中的事故分析及继电保护常提到它的根本原因。
我们知道，变压器正常运行时，由于工频负荷电流的热效应作用，使绕组的温度高于铁芯的温度，而3次谐波则不然，它不仅会影响绕组升温，而且它会迫使铁芯温度高于绕组温度，从而影响变压器出力且使铁损增大。
铁损是由磁滞损耗和涡流损耗组成，磁滞损耗的大小与频率成正比，涡流损耗的大小与频率的平方成正比，两者叠加将使变压器铁芯温度增高，若在此状态下运行，会加速绝缘老化，严重时，铁芯叠片间的绝缘将由热击穿过渡到电击穿，最终会导致变压器被烧毁。
如2012年9月18日大约13点21分左右，某酒店一台变压器突然发生爆炸（地上箱变），声音很大，当时都以为是煤气爆炸，后经现场观察发现是一台630KVA变压器放炮，后经有关专业人员现场勘察和对当天用电情况的调查分析，认为有三种可能：
（1）系统电压过高，导致磁密过大。
（2）三相负荷，单相匹配偏载较严重。
（3）电子节能型灯具质量较差，且投入量较大。
最终认定这三种因素是产生3次谐波的主要根源而共同作用的结果。
这次《事故报告》的结论上清楚地写到：“3次谐波是造成这次事故的主要元凶”。
3 消除事故隐患建议和方法
综上所述，为避免上述现象的再次发生，本着治标先治本的原则，首先建议电力相关管理部门的人员在审批图纸或验收送电前应做到如下：
3.1 凡是单相负荷占总用电负荷的80%以上的用电单位，该供电的变压器，无论是干式或油浸式，也不论其容量的大小，均要求采用DYN1接线，一次侧应设有分接开关，其优点是：
3.1.1 能有效地抵消一部分3次谐波，其接线的变压器，规程规定：零线电流不允许超过其额定电流的40%（YYN0的接线的零线电流不允许超过25%）
3.1.2 在一定程度上可以限制中性点漂移，能较好地维持三相平衡。
3.1.3 若一次采用负荷开关或一次断线少相时。二次仍然可以正常供电（总容量减少13.4），缩小停电范围，提高供电的可靠性。
3.1.4 最主要的是这种接线可以抑制3次谐波电流流入变压器一次侧（10KV），从而减少污染，起到净化的作用。
3.2 严把进货质量关，安装前应对设备批次抽查检测，不合格者，禁止安装。
3.3 总之，把好上述关口，不是一个人二个人就能解决的问题，需要上下齐努力，认真执行，共同配合，从而才能实现“绿色运行”达到净化电力系统的目的。
3.4 检查系统电压（10KV）是否过高，查看变压器分接开关是否在中档位。若系统电压过高，可将变压器分接开关调到一档位，否则，调到三档位。
对于单相整流负载比重较大，三相感性负载比重较小的情况下，审批时应建议：对于功率因数补偿，最好采用就地补偿；对于调谐补偿，应做到全调谐单通式采用滤波电容器。
3.5 二次全负荷分段试送电，观察变压器有无异常声音，测量零线电流，必要时邀请相关部门现场进行频谱测试，并根据谐波的含量及次数，有针对性地制订消除谐波的方案。
3.6 测量相电流，相电压，观察三相是否接近平衡（不平衡度应小于5%）否则应进行调荷。达到或接近要求为止。
4 结束语
事实证明，随着电力系统中的电子技术的飞速发展，电网中的谐波污染日趋严重，甚至达到直接威胁设备正常运行的程度。在设计工程项目中应充分考虑三次谐波的存在，按照国家标准进行设计安装。
参考文献
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