電力牽引高次諧波電力牽引負荷產(chǎn)生諧波的降低

為降低電力牽引負荷產(chǎn)生的諧波，在電力牽引變電所和電力機車中裝設(shè)了由電容、電感組成的諧波吸收裝置。正在發(fā)展中的交流-直流-交流電力機車利用電力電子技術(shù)，可實現(xiàn)低諧波分量的負荷特性，使諧波影響降到最低 。2100433B

為限制諧波的危害，各國都規(guī)定了允許諧波含量的標準。

(1)中國在《電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定》中規(guī)定了電力系統(tǒng)中任何一點的諧波電壓畸變值(見表1)和任一用戶接入電力系統(tǒng)的諧波電流允許值(見表2)。

(2)英國電氣廳標準(G 5/3-1976)規(guī)定的諧波電壓允許值見表3，高次諧波電流允許值見表4。

(3)蘇聯(lián)國家標準只規(guī)定了電壓畸變允許標準，對于110kV系統(tǒng)，電壓綜合畸變率允許值為5%。

(4)美國IEEE標準建議電壓畸變允許值為1.5%。

(5)聯(lián)邦德國標準規(guī)定為3%~5% 。

高次諧波電流、電壓可引起下列不良影響：

(1)對通信線產(chǎn)生雜音干擾影響；

(2)引起電力系統(tǒng)中其他電力電容器設(shè)備的過負荷；

(3)當電氣化鐵路負荷某次諧波電流頻率與電力系統(tǒng)自身諧振頻率相近時，可產(chǎn)生電流諧振，使該次諧波電流在電力系統(tǒng)中放大，危及系統(tǒng)安全運行；

(4)使旋轉(zhuǎn)電機、變壓器、電力電纜的出力減少并產(chǎn)生過熱，影響電氣設(shè)備壽命；

(5)造成繼電保護誤動或儀表讀數(shù)誤差；

(6)使半導體開關(guān)元件換相失靈 。

電力牽引高次諧波(harmonics of electric traction) 是指整流式交流電力機車在整流過程中將引起交流側(cè)電流、電壓波形畸變，按傅立葉級數(shù)分析該畸變波形可分解成頗率為基波頻率整數(shù)倍的一系列高次諧波分量的疊加 。

無論是裸堆還是帶反射層的堆，在次臨界狀態(tài)下都存在著高次諧波。如前所指出的，堆內(nèi)的中子通量

各階高次諧波的空間分布

例如，對于一個高H半徑為R的圓柱形裸堆，將源可放在堆的頂部中央

與一般無線電電磁干擾一樣，變頻器產(chǎn)生的高次諧波通過傳導、電磁輻射和感應(yīng)耦合三種方式對電源及鄰近用電設(shè)備產(chǎn)生諧波污染。傳導是指高次諧波按著各自的阻抗分流到電源系統(tǒng)和并聯(lián)的負載，對并聯(lián)的電氣設(shè)備產(chǎn)生干擾。感應(yīng)耦合是指在傳導的過程中，與變頻器輸出線平行敷設(shè)的導線又會產(chǎn)生電磁耦合形成感應(yīng)干擾。電磁輻射是指變頻器輸出端的高次諧波還會產(chǎn)生輻射作用，對鄰近的無線電及電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。

高次諧波的危害具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

高次諧波變壓器

電流和電壓諧波將增加變壓器銅損和鐵損，結(jié)果使變壓器溫度上升，影響絕緣能力，造成容量裕度減小。諧波還能產(chǎn)生共振及噪聲。

高次諧波感應(yīng)電動機

電流和電壓諧波同樣使電動機銅損和鐵損增加，溫度上升。同時諧波電流會改變電磁轉(zhuǎn)距，產(chǎn)生振動力矩，使電動機發(fā)生周期性轉(zhuǎn)速變動，影響輸出效率，并發(fā)出噪聲。

高次諧波電力電容器

當高次諧波產(chǎn)生時，由于頻率增大，電容器阻抗瞬間減小，涌入大量電流，因而導致過熱、甚至損壞電容器，還有可能發(fā)生共振，產(chǎn)生振動和噪聲，甚至爆炸。

高次諧波開關(guān)設(shè)備

由于諧波電流使開關(guān)設(shè)備在起動瞬間產(chǎn)生很高的電流變化率，使暫態(tài)恢復峰值電壓增大，破壞絕緣，還會引起開關(guān)跳脫、引起誤動作。

高次諧波保護電器

電流中含有的諧波會產(chǎn)生額外轉(zhuǎn)矩，改變電器動作特性，引起誤動作，甚至改變其操作特性，或燒毀線圈。

高次諧波計量儀表

計量儀表因為諧波會造成感應(yīng)盤產(chǎn)生額外轉(zhuǎn)矩，引起誤差，降低精度，甚至燒毀線圈。

高次諧波電力電子設(shè)備

電力電子設(shè)備通?？烤_電源零交叉原理或電壓波形的形態(tài)來控制和操作，若電壓有諧波成分時，零交叉移動、波形改變、以致造成許多誤動作。

高次諧波其它

高次諧波還會對電腦、通信、設(shè)備電視及音響設(shè)備、載波遙控設(shè)備等產(chǎn)生干擾，使通信中斷，產(chǎn)生雜訊，甚至發(fā)生誤動作，另外還會對照明設(shè)備產(chǎn)生影響。

諧波分析是信號處理的一種基本手段。在電力系統(tǒng)的諧波分析中，主要采用各種諧波分析儀分析電網(wǎng)電壓、電流信號的諧波，該類儀表的諧波分析次數(shù)一般在40次以下。對于變頻器而言，其諧波分布與電網(wǎng)不同，電網(wǎng)諧波主要為低次諧波，而變頻器的諧波主要為集中在載波頻率整數(shù)倍附近的高次諧波，一般的諧波分析設(shè)備只能分析50次以下的諧波，不能測量變頻器輸出的高次諧波。對于PWM波，當載波頻率固定時，諧波的頻率范圍相對固定，而所需分析的諧波次數(shù)，與基波頻率密切相關(guān)，基波頻率越低，需要分析的諧波次數(shù)越高。一般宜采用寬頻帶的，運算能力較強、存儲容量較大的變頻功率分析儀，根據(jù)需要，其諧波分析的次數(shù)可達數(shù)百甚至數(shù)千次。例如，當載波頻率為2kHz，基波頻率為50Hz時，其40次左右的諧波含量最大；當基波頻率為5Hz時，其400次左右的諧波含量最大，需要分析的諧波次數(shù)一般至少應(yīng)達到2000次。

同時，選擇儀表的同時，還應(yīng)選擇合適帶寬的傳感器，因為傳感器的帶寬將限制進入二次儀表的信號的有效帶寬。一般用選擇寬頻帶的變頻電壓傳感器、變頻電流傳感器或電壓、電流組合式的變頻功率傳感器。