無(wú)功功率的產(chǎn)生及抑制

1、無(wú)功功率是怎么產(chǎn)生的？在交流電路中，由電源供給負(fù)載的電功率有兩種；一種是有功功率，一種是無(wú)功功率。有功功率是保持用電設(shè)備正常運(yùn)行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量（機(jī)械能、光能、熱能）的電功率。比如：5.5千瓦的電動(dòng)機(jī)就是把 5.5千瓦的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能， 帶動(dòng)水泵抽水或脫粒機(jī)脫粒；各種照明設(shè)備將電能轉(zhuǎn)換為光能，供人們生活和工作照明。有功功率的符號(hào)用 P表示，單位有瓦（W）、千瓦（kW）、兆瓦（MW）。無(wú)功功率比較抽象，它是用于電路內(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換，并用來(lái)在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)的電功率。它不對(duì)外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備，要建立磁場(chǎng)，就要消耗無(wú)功功

2、率。比如40瓦的日光燈，除需 40多瓦有功功率（鎮(zhèn)流器也需消耗一部分有功功率）來(lái)發(fā)光外，還需80乏左右的無(wú)功功率供鎮(zhèn)流器的線圈建立交變磁場(chǎng)用。由于它不對(duì)外做功，才被稱(chēng)之為無(wú)功”。無(wú)功功率的符號(hào)用 Q表示，單位為乏（Var）或千乏（kVar）。無(wú)功功率決不是無(wú)用功率，它的用處很大。電動(dòng)機(jī)需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)就是靠從電源取得無(wú)功功率建立的。變壓器也同樣需要無(wú)功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此，沒(méi)有無(wú)功功率，電動(dòng)機(jī)就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會(huì)吸合。為了形象地說(shuō)明這個(gè) 問(wèn)題，現(xiàn)舉一個(gè)例子：農(nóng)村修水利需要開(kāi)

3、挖土方運(yùn)土，運(yùn)土?xí)r用竹筐裝滿土， 挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是無(wú)功功率，竹筐并不是沒(méi)用，沒(méi)有竹筐泥土怎么運(yùn)到堤上呢 ？在正常情況下，用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率，同時(shí)還需要從電源取得無(wú)功功率。如果電網(wǎng)中的無(wú)功功率供不應(yīng)求， 用電設(shè)備就沒(méi)有足夠的無(wú)功功率來(lái)建立正常的電磁場(chǎng)，那么，這些用電設(shè)備就不能維持在額定情況下工作，用電設(shè)備的端電壓就要下降，從而影響用電設(shè)備的正常運(yùn)行。無(wú)功功率對(duì)供、用電產(chǎn)生一定的不良影響，主要表現(xiàn)在：（1）降低發(fā)電機(jī)有功功率的輸出。降低輸、變電設(shè)備的供電能力。（3）造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。（4）造成低功率因數(shù)運(yùn)行和電壓下降，使電氣設(shè)備容量得不到充

4、分發(fā)揮。從發(fā)電機(jī)和高壓輸電線供給的無(wú)功功率， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了負(fù)荷的需要， 所以在電網(wǎng)中要設(shè)置一 些無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)補(bǔ)充無(wú)功功率， 以保證用戶(hù)對(duì)無(wú)功功率的需要， 這樣用電設(shè)備才能在額定 電壓下工作。這就是電網(wǎng)需要裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置的道理。諧波和無(wú)功功率的產(chǎn)生在工業(yè)和 生活用電負(fù)載中，阻感負(fù)載占 有很大的比例。異步電動(dòng)機(jī) 、變壓器、熒 光燈等都是典型的阻感負(fù)載。異步電動(dòng)機(jī)和變壓器所消耗的無(wú)功功率 在電力系統(tǒng)所提 供的無(wú)功功率中占有很高的比例。 電力系統(tǒng)中的電抗器和架空線等也 消耗一些無(wú)功功 率。阻感負(fù)載必須吸收無(wú)功功率才能正常工作，這是由其本身的性質(zhì)所決定的。電力電子裝置等非線性裝置也要消耗無(wú)功功率，特

5、別是各種相控裝置。如相控整流器、相控交流功率調(diào)整電路和周波變流器，在工作時(shí)基波電流滯后于電網(wǎng)電壓，要消耗大量的 無(wú)功功率。另外，這些裝置也會(huì)產(chǎn)生大量的諧波電流，諧波源都是要消耗無(wú)功功率的。二極管整流電路的基波電流相位和電網(wǎng)電壓相位大致相同，所以基本不消耗基波無(wú)功功率。但是它也產(chǎn)生大量的諧波電流，因此也消耗一定的無(wú)功功率。近30年來(lái)，電力電子裝置的應(yīng)用日益廣泛，也使得電力電子裝置成為最大的諧波源。在各 種電力電子裝置中，整流裝置 所占的比例最大。目前，常用的整流電路幾乎都采用晶閘管相控整流電路或二極管整流電路，其中以三相橋式和 單相橋式整流電路為最多。帶阻感負(fù)載的整流電路所產(chǎn)生的諧波污染和功率因

6、數(shù)滯后已為人們所熟悉。直流 側(cè)采用電容濾波的二極管整流電路也是嚴(yán)懲的諧波污染源。這種電路輸入電流的基波分量相位與電源電壓相位大體相同，因而基波功率因數(shù)接近 1。但其輸入電流的諧波分 量卻很大，給電網(wǎng)造成嚴(yán)重污染，也使得總的功率因數(shù)很低。另外，采用相控方式的交流電力調(diào)整電路及周波變流器等電力電子裝置也會(huì)在輸入側(cè)產(chǎn)生大量的諧波電流。電力諧波、電網(wǎng)諧波來(lái)自于 3個(gè)方面:一是發(fā) 電源質(zhì)量不高產(chǎn)生 諧波：發(fā)電機(jī)由 于三相繞組在制作上很難做到絕 和其他一些原因，電源多少也會(huì)產(chǎn)生一些諧波二是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波 ：輸配電系 統(tǒng)中主要是電力變壓器產(chǎn)生諧波 非線性，加上 設(shè)計(jì)變壓器時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性，其工 這樣就使得磁

7、 化電流呈尖頂波形，因而含有奇 鐵心的飽和程對(duì)對(duì)稱(chēng)，鐵心也很難做到絕對(duì)均勻一致 ,但一般來(lái)說(shuō)很少。，由于變壓器鐵心的飽和 ，磁化曲線的 作磁密選擇在磁化曲線的近飽 和段上, 次諧波。它的大小與磁路的結(jié) 構(gòu)形式、度有關(guān)。鐵心的飽和程度越高，變壓器工作點(diǎn)偏離線性越遠(yuǎn)，諧波電流也就越大，其中3次諧波電流可達(dá)額定電流三是用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波 ：晶閘管整 流設(shè)備。由于晶閘管整流在電0.5%。力機(jī)車(chē)、鋁電解槽、充電裝置、開(kāi)關(guān)電源等許多方面得 到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，給電網(wǎng)造成了大量的諧波。我們知道，晶閘管整流裝置采用 移相控制，從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然在留下部

8、分中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路，在接感性負(fù)載時(shí)則含有奇次諧波電流，其中3次諧波的含量可達(dá)基波的30% ;接容性負(fù)載時(shí)則含有奇次諧波電壓，其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋 6脈整流器，變壓器原邊及供電線路含有 5次及以上奇次諧 波電流；如果是12脈沖整流器，也還有 11次及以上奇次諧波電流。經(jīng)統(tǒng)計(jì)表 明：由整流裝置產(chǎn) 生的諧波占所有諧波的近 40%，這是最大的諧波 源。變頻裝置。變頻裝置常用于風(fēng)機(jī)、水泵、電梯等設(shè)備中，由于采用了相 位控制，諧波成份很復(fù) 雜，除含有整數(shù)次諧波外，還含有分?jǐn)?shù)次諧波，這類(lèi)裝置的功率一般較大，隨著變頻 調(diào)速的發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)造成的諧波

9、也越來(lái)越多。電弧爐、電石爐。由于加熱原料時(shí)電爐的三相電極很難同時(shí)接觸至高低不平的爐料，使得燃 燒不穩(wěn)定，引起三相負(fù)荷不平衡，產(chǎn)生諧波電流，經(jīng)變壓器的三角形連接線圈而注入電 網(wǎng)。其中主要是2次、7次諧波，平均可達(dá)基波的8%、20%,最大可達(dá) 45%。氣體放電類(lèi)電光源。熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈等屬于氣體放電類(lèi)電光源。分析與測(cè)量這類(lèi)電光源的伏安特性，可知其非線性十分嚴(yán)重，有的還含有負(fù)的伏安特 性，它們會(huì)給電網(wǎng)造成奇次諧波電流。家用電器。電視機(jī)、錄像機(jī)、計(jì)算機(jī)、調(diào)光燈具、調(diào)溫炊具等，因具有調(diào)壓整流 裝置，會(huì)產(chǎn)生較深的奇次諧波。在洗衣機(jī)、電風(fēng)扇 、空調(diào)器等有繞組的設(shè)備中，因不平衡電流的變

10、 化也能使波形改變。這些家用電器雖然功率較小，但數(shù)量巨大，也是諧波的主要來(lái)源 之一。二、何為諧波?諧波”一詞起源于聲學(xué)。有關(guān)諧波的數(shù)學(xué)分析在18世紀(jì)和19世紀(jì)已經(jīng)奠定了良好的基礎(chǔ)。傅里葉等人提出的諧波分析方法至今仍被廣泛應(yīng)用。電力 系統(tǒng)的諧波問(wèn)題早在20世紀(jì)20年代和30年代就引 起了人們的注意。當(dāng)時(shí)在德國(guó)，由于使用靜止汞弧變流器而造 成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C.Read發(fā)表的有關(guān)變流器諧波的論文是早期 有關(guān)諧波研究的經(jīng)典論文。到了 50年代和60年代，由于高壓直 流輸電技術(shù)的發(fā)展，發(fā)表了有關(guān)變流器引起 電力系統(tǒng)諧波問(wèn)題的大量論文。70年代以來(lái)，由于電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種

11、電泛，諧波所造成的危害也力電子裝置在 電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭中的應(yīng)用日益廣次有關(guān)諧波問(wèn)題用電設(shè)備諧波的傳輸和利用的效日趨嚴(yán)重。世界各國(guó)都對(duì)諧波問(wèn)題予以充分和關(guān)注。國(guó)際上召開(kāi)了多的學(xué)術(shù)會(huì)議，不少?lài)?guó)家和國(guó)際學(xué)術(shù)組織都制定了限制電力系統(tǒng)諧波和標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。1. 諧波研究的意義：諧波的危害十分嚴(yán)重。諧波使電能的生產(chǎn)、率降低，使電氣設(shè)備過(guò)熱、產(chǎn) 生振動(dòng)和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè) 備燒毀。諧波還會(huì)引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂。對(duì)于電力 系統(tǒng)外部，諧波對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾

12、。2. 諧波抑制為解決電設(shè)諧波補(bǔ)償裝本身進(jìn)行改造諧波源的電力污染問(wèn)題，基本思路有兩條置來(lái)補(bǔ)償諧波，這對(duì)各種諧波源都是適用的；另一條是對(duì)電力電子裝置，使期不產(chǎn)生諧波，且功率因數(shù)可控制為1,這當(dāng)然只適用于作為主要電子裝置。力電子裝置和其他諧波源的諧波裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置的傳統(tǒng)方法就是采用LC調(diào)諧濾波器。這種方法既可補(bǔ)償諧波又可補(bǔ)償無(wú)功性受電網(wǎng)阻抗器過(guò)載甚至燒功率，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一直被廣泛使用。這種方法的主 和運(yùn)行狀態(tài)影響，易和系統(tǒng)發(fā)生毀。此外，它只能補(bǔ)償固定頻率要缺點(diǎn)是補(bǔ)償特并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大，使的諧波，補(bǔ)償效果也不甚理想LC濾波3. 無(wú)功補(bǔ)償人們對(duì)有功功率的理解非常容易，而要深刻認(rèn)識(shí)無(wú)功功率卻并

13、不是輕而易舉的。在正弦電路中，無(wú)功功 率的概念是清楚的，而在含有諧波時(shí)，至今尚 無(wú)獲得公認(rèn)的無(wú) 功功率定義。但是，對(duì)無(wú)功功率這一概念 的重要性，對(duì)無(wú)功補(bǔ)償重要性 的認(rèn)識(shí)，卻是 一致的。無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)包含對(duì)基波無(wú)功功補(bǔ)償和 對(duì)諧波無(wú)功功率的補(bǔ)償。無(wú)功功率 對(duì)供電系統(tǒng)和負(fù)荷的運(yùn)行都是十 分重要的。電力系統(tǒng)網(wǎng) 絡(luò)元件的阻抗主 要是電感性的。因此，粗略地說(shuō)，為了 輸送有功功率，就要求送電端 和受電端的電壓有一相位差，這在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)；而為了輸送無(wú)功功率，則要求兩端電壓有一幅值差，這只能在很窄的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。不僅大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)元件消耗無(wú)功功率，大多數(shù)負(fù)載也需要 消耗無(wú)功功率。 網(wǎng)絡(luò)元 件和負(fù)載所需要的無(wú)

14、功功率必須從網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)地方獲得。顯然，這些無(wú)功功率如果都要由發(fā)電機(jī)提供并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳送是不合理的，通常也是不可 能的。合理的方法應(yīng)是在需要消耗無(wú)功功率的地方產(chǎn)生無(wú)功功率，這就是無(wú)功補(bǔ)償。無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔弥饕幸韵聨c(diǎn)：(1) 提高供用電系統(tǒng)及 負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，減少功率損耗。(2) 穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓，提高供電質(zhì)量。在長(zhǎng)距離輸電線中合適的地點(diǎn)設(shè)置動(dòng)態(tài)無(wú)功 補(bǔ)償裝置還可以改善輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高輸電能力。(3) 在電氣化鐵道等三相負(fù)載不平衡的場(chǎng)合，通過(guò)適當(dāng)?shù)臒o(wú)功椅可以平衡三相 的有功及無(wú)功負(fù)載。三、諧波和無(wú)功功率的產(chǎn) 生在工業(yè)和 生活用電負(fù)載中，阻感負(fù)載占 有很大的比例。異步電動(dòng)

15、機(jī) 、變壓器、熒 光燈等都是典型的阻感負(fù)載。異步電動(dòng)機(jī)和變壓器所消耗的無(wú)功功率在電力系統(tǒng)所提供的無(wú)功功率中占有很高的比例。 電力系統(tǒng)中的電抗器和架空線等也消耗一些無(wú)功功率。阻感負(fù)載 必須吸收無(wú)功功率才能正常工作，這是由其本身的性質(zhì)所決定 的。電力電子裝置等非線性裝置也要消耗無(wú)功功率，特別是各種相控裝置。如相控整流器、相控 交流功率調(diào)整電路和周波變流器，在工作時(shí)基波電流滯后于電網(wǎng)電壓，要消耗大量的 無(wú)功功率。另外，這些裝置也會(huì)產(chǎn)生大量的諧波電流，諧波源都是要消耗無(wú)功功率的。二極管整流電路的基波電流相位和電網(wǎng)電壓相位大致相同，所以基本不消耗基波無(wú)功功率。但是它也產(chǎn)生大量的諧波電流，因此也消耗一定的

16、無(wú)功功率。近30年來(lái)，電力電子裝置的應(yīng)用日益廣泛，也使得電力電子裝置成為最大的諧波源。在各 種電力電子裝置中，整流裝置所占的比例最大。目前，常用的整流電路幾乎都采用晶閘 管相控整流電路或二極管整流電路，其中以三相橋式和單相橋式整流電路為最多。帶阻感負(fù)載的整流電路所產(chǎn)生的諧波污染和功率因數(shù)滯后已為人們所熟 悉。直流側(cè)采用電容濾波的二極管整流電路也是諧波污染源。這種電路輸入電流的基波分量 相位與電源電 壓相位大體相 同，因而基波 功率因數(shù)接近1。但其輸 入電流的諧波分量卻很 大，給電網(wǎng)造成嚴(yán)重污染，也使得總的功率因數(shù)很低。另夕卜，采用相控方式的交流電 力調(diào)整電路 及周 波變流 器等電力電 子裝置也

17、會(huì) 在輸 入側(cè)產(chǎn) 生大 量的諧 波電流。四、無(wú)功功率的影響和諧 波的危害1.無(wú)功功率的影響機(jī)、變壓測(cè)量?jī)x會(huì)使電壓(1) 無(wú)功功率的增 加，會(huì)導(dǎo)致 電流增大和視 在功率增加， 從而使發(fā)電 器及其他電氣設(shè)備容量和導(dǎo)線容量增加。同時(shí)，電力用戶(hù)的起動(dòng)及控制設(shè)備、表的尺寸和規(guī)格也要加大。(2) 無(wú)功功率的增 加，使總電 流增大，因而 使設(shè)備及線路 的損耗增加 而易見(jiàn)的。(3) 使線路及變壓 器的電壓降 增大，如果是 沖擊性無(wú)功功 率負(fù)載，還 產(chǎn)生劇烈波動(dòng)，使供電質(zhì)量嚴(yán)重降低。2.諧波的危害理想的公 用電網(wǎng)所提供的電壓應(yīng)該是單一而固定的頻率以及規(guī)定的電壓幅值。諧境惡化，行過(guò)一些研波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對(duì)

18、公用電網(wǎng)是一種污染，它使用電設(shè)備所處的環(huán)也對(duì)周?chē)哪?耐電力電子 設(shè)備 廣泛應(yīng) 用以前，人 們對(duì)諧波及 其危 害就進(jìn)年來(lái)，各種電各種故障和事故究，并有一定認(rèn)識(shí)，但那時(shí)諧波污染還沒(méi)力電子裝置的 迅速使得公用電網(wǎng)的諧波污染日有引起足夠的重視。近三四十也不斷發(fā)生，諧波危害的嚴(yán)重性才引起人 的危害大致有以下幾個(gè)方面。趨嚴(yán)重，由諧波引起的 們高度的關(guān)注。諧波對(duì)公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)(1)諧波使公用電 網(wǎng)中的元件 產(chǎn)生了附加的 諧波損耗，降 低了發(fā)電、 輸電及用 電設(shè)備的效率，大量的3次諧波流過(guò)中性線時(shí) 會(huì)使線路過(guò)熱甚至發(fā)生火災(zāi)。(2)諧波影響各種電 氣設(shè)備的正常工作。諧波對(duì)電機(jī)的影響除引起附加損耗外，還會(huì)產(chǎn)

19、生機(jī)械 振動(dòng)、噪聲和過(guò)電壓，使變壓器局部嚴(yán)重過(guò)熱。諧波使電容器、電纜等設(shè)備過(guò)熱、絕 緣老化、壽命縮短，以至損壞。用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，的危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重事故。電保護(hù)和自 動(dòng)裝置的誤動(dòng) 作，并會(huì)使電(3)就使上述(諧波會(huì)引起公從而使諧波放大，這(4) 確。1)和(2)諧波會(huì)導(dǎo)致繼氣測(cè)量?jī)x表計(jì)量不準(zhǔn)的通信系統(tǒng) 產(chǎn)生干擾，輕 者產(chǎn)生噪聲, 導(dǎo)致住處丟失，使通信系統(tǒng)無(wú)法正常工作。(5)諧波會(huì)對(duì)鄰近降低通信質(zhì)量；重者擴(kuò)展閱讀:諧振的幾種類(lèi)型及配電網(wǎng)綜合消諧措施諧振的幾種類(lèi)型電力系統(tǒng)中的電容和電阻元件，一般可認(rèn)為是線性參數(shù)?？墒请姼性t不然。由 于振蕩回路中包含不同特性的電感元件，

20、諧振將有三種不同的類(lèi)型。(1) 、線性諧振諧振回路由不帶鐵芯的電感元件(如輸電線路的電感、變壓器的漏感)或勵(lì)磁特性 接近線性的帶鐵芯的電感元件(如消弧線圈，其鐵芯中有氣隙)和系統(tǒng)中的電容元件所 組成。在正弦電源作用下，當(dāng)系統(tǒng)自振頻率與電源頻率相等或接近時(shí)，可能產(chǎn)生線性諧 振。(2) 、鐵磁諧振諧振回路由帶鐵芯的電感元件(如空載變壓器、電壓互感器)和系統(tǒng)中的電容元件 組成。受鐵芯飽和的影響，鐵芯電感元件的電感參數(shù)是非線性的，這種含有非線性電感 元件的回路，在滿足一定諧振條件時(shí)，會(huì)產(chǎn)生鐵磁諧振。(3) 、參數(shù)諧振諧振回路由電感參數(shù)作周期性變化的電感元件(如凸極發(fā)電機(jī)的同步電抗在Xd-Xq間周期變化

21、)和系統(tǒng)電容元件(如空載線路)組成。當(dāng)參數(shù)配合恰當(dāng)時(shí)，通過(guò)電感的周 期性變化，不斷向諧振系統(tǒng)輸送能量，將會(huì)造成參數(shù)諧振。什么是諧振過(guò)電壓因系統(tǒng)的電感、電容參數(shù)配合不當(dāng)，出現(xiàn)的各種持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)的諧振現(xiàn)象及其電壓 升高，稱(chēng)為諧振過(guò)電壓。常見(jiàn)的有線性諧振過(guò)電壓、鐵磁諧振過(guò)電壓、參數(shù)諧振過(guò)電壓 等。什么是操作過(guò)電壓因操作或故障引起的暫態(tài)電壓升高，稱(chēng)為操作過(guò)電壓，常見(jiàn)的有電弧接地過(guò)電壓、空載變壓器分閘過(guò)電壓、空載線路分閘過(guò)電壓、空載線路合閘過(guò)電壓、解列過(guò)電壓等。鐵磁諧振的特點(diǎn)(1) 、產(chǎn)生鐵磁諧振的必要條件是鐵心電感的起始值和電感兩端的等效電容組成的自振 頻率必須小于并接近于諧振頻率。(2) 、回路參數(shù)

22、平滑地變化時(shí)，諧振電壓、電流會(huì)產(chǎn)生躍變。(3) 、諧振時(shí)產(chǎn)生反傾現(xiàn)象， 即諧振后電感上的電壓降由原來(lái)與電源電勢(shì)相同變?yōu)橄喾矗?電容上的電壓降由原來(lái)與電源電勢(shì)反向變?yōu)橥颉?4) 、諧振頻率必須是由電源頻率基波和它的簡(jiǎn)單分?jǐn)?shù)倍分率或整數(shù)倍高頻。(5) 、諧振后可自保持在一種穩(wěn)定狀態(tài)。(6) 、諧振一般在經(jīng)受到足夠強(qiáng)烈的擾動(dòng)時(shí)外激產(chǎn)生，在一定條件下也可以自激產(chǎn)生。配電網(wǎng)綜合消諧措施的探討配電網(wǎng)中由于電磁式電壓互感器（TV）飽和引起的鐵磁諧振過(guò)電壓時(shí)有發(fā)生。近年 來(lái)，電網(wǎng)中應(yīng)用了多種新型消諧裝置，這些裝置因作用機(jī)理不同而各有所長(zhǎng)，也各有局 限性，因此對(duì)這些新型消諧裝置進(jìn)行分析和優(yōu)化配置，即采取綜合

23、消諧措施以便達(dá)到最佳保護(hù)效果十分必要。1 常用消諧裝置的特點(diǎn) 1.1微機(jī)消諧裝置微機(jī)消諧裝置也稱(chēng)二次消諧器，被安裝在TV的開(kāi)口三角繞組上。正常運(yùn)行或者發(fā)生單相接地故障時(shí)裝置不動(dòng)作，而一旦判斷電網(wǎng)發(fā)生鐵磁諧振時(shí)，便會(huì)使正反并聯(lián)在開(kāi) 口三角兩端的2只晶閘管交替過(guò)零觸發(fā)導(dǎo)通以限制和阻尼鐵磁諧振，當(dāng)諧振消除后晶閘 管自行截止，必要時(shí)可以重復(fù)動(dòng)作。裝置起動(dòng)消諧期間，晶閘管全導(dǎo)通，呈低阻態(tài)，電 阻為幾任至幾十任。如此小的電阻值足以阻尼高頻、基頻及分頻3種諧振，而且對(duì)整個(gè)電網(wǎng)有效，即一個(gè)系統(tǒng)中只需選擇1臺(tái)互感器安裝消諧裝置即可。微機(jī)消諧裝置的主要缺點(diǎn)是難以正確區(qū)分基波諧振和單相接地。目前，對(duì)基波諧振 和單相

24、接地故障判據(jù)的主要區(qū)別在于零序電壓U0的高低。通常，基頻諧振定為當(dāng)U 0 A150 V時(shí)；當(dāng)30 WU 0 < 145 V時(shí)定為單相接地故障。為了防止在單相接地時(shí)由于裝置 誤動(dòng)使TV長(zhǎng)時(shí)間過(guò)負(fù)荷而燒毀的情況發(fā)生，通常將該裝置基頻諧振的判據(jù)電壓定得比 較高。這樣，在工頻位移電壓不是很高的情況下（如空母線合閘）裝置將無(wú)法動(dòng)作，就 可能使某些勵(lì)磁特性欠佳、鐵心易飽和TV的熔絲熔斷。而且這種裝置當(dāng)電網(wǎng)對(duì)地電容較大時(shí)，它對(duì)防止間歇性接地或接地消失瞬間互感器因瞬時(shí)飽和涌流而造成熔絲熔斷的 事故無(wú)能為力。此外，在持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的間歇電弧過(guò)電壓激發(fā)下，流過(guò)TV高壓繞組的電流將顯著增大，仍可能會(huì)燒壞 TV。

25、由于基頻諧振中的頻率實(shí)際上并不是十分嚴(yán)格的基頻，不是完全沒(méi)有頻率突變 1,因此，能否在信號(hào)處理方法中采用對(duì)時(shí)頻局部化方面極具優(yōu)勢(shì)的小波來(lái)檢測(cè)，值得探討。1.2 一次消諧阻尼器一次消諧阻尼器，如 HJYX型阻尼器，實(shí)際上是將一個(gè)非線性消諧電阻R0串接于電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)與地之間，它采用中性點(diǎn)阻尼電阻消除諧振，見(jiàn)圖1。電網(wǎng)正 常運(yùn)行時(shí)，消諧器上電壓V 500 V, R0呈高電阻值（可達(dá)幾百 kQ）,阻尼作用大，使諧 振在起始階段不易發(fā)展；當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)，消諧器上電壓較高（10 kV電網(wǎng)中其值約1.71.8 kV）, RO呈低值（幾十kQ）,可滿足TV開(kāi)口三角電壓不小于 80 V的絕緣 監(jiān)

26、測(cè)要求，而且仍可阻尼諧振；當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生弧光接地時(shí)，R0仍能保持一定的阻值，限制互 感器涌流。該裝置具有消除 TV飽和諧振和限制涌流 2種功能，但在應(yīng)用中存在局限性：中 性點(diǎn)為半絕緣結(jié)構(gòu)，只能直接接地安裝的TV無(wú)法使用；只能限制本TV不發(fā)生諧振，對(duì)電網(wǎng)中的其他TV無(wú)效（僅一對(duì)一有效）；當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，TV零序電壓U0的測(cè)量值有誤差，因此不適宜使用在對(duì) U0幅值和角度精度要求較高的場(chǎng)合（如微機(jī)接 地選線裝置）；裝置自身的熱容量有限，即使選用熱容量相對(duì)較大的LXQ型一次消諧阻尼器，在持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的間歇電弧接地過(guò)電壓激發(fā)下，仍可損壞裝置。一次消諧阻尼 器較適用于JDZJ等型號(hào)中性點(diǎn)全絕緣TV的消諧

27、改造。1.3消諧型電壓互感器 1.3.1加裝零序電壓互感器型加裝零序電壓互感器:2的消諧型電壓互感器由三相主電壓互感器TV1和串接在中性點(diǎn)的零序電壓互感器 TV 0二部分組成，采用零序電壓互感器消除諧振，見(jiàn)圖 2。該 消諧裝置要求TV1的開(kāi)口三角繞組閉合，零序電壓U0從TV 0的二次側(cè)取得。當(dāng)單相接地時(shí)，TV每相勵(lì)磁感抗為 Xm =XTV1+3XTV0 （XTV1為T(mén)V1的漏抗；XTV 0為T(mén)V 0勵(lì)磁感抗）。由于XTV1很小，可略，故 X許3XTV 0 ,即零序電壓絕大部分降落在 TV0上，一 般的外激發(fā)不能使 TV1進(jìn)入飽和區(qū)，從而使諧振難以產(chǎn)生。此外， TV 0高壓繞組的直 流電阻約為1

28、0 kQ,對(duì)諧振有強(qiáng)烈的阻尼作用，對(duì)涌流有限制作用。 此種消諧型TV的消諧作用也僅對(duì)自身有效，熱容量也有限。1.3.2呈容抗諧振型呈容抗諧振的消諧型電壓互感器的主要特點(diǎn)有：互感器內(nèi)部的分布 電容和雜散電容較大，正常時(shí)，在接有0100%負(fù)荷下整體呈容性（結(jié)構(gòu)上合理確定一次繞組徑向與軸向的尺寸比例；采用介電系數(shù)大的絕緣材料作為層間絕緣；一次繞組采 用階梯式排線方式等），不易構(gòu)成鐵磁諧振回路。在較高的電壓作用下，鐵心不易飽和（采用優(yōu)質(zhì)硅鋼片，以降低工作磁密）。能承受更高的過(guò)電壓（增加了一次繞組匝數(shù)； 加強(qiáng)一次繞組的端部絕緣和層間絕緣）。然而，由于這種TV的質(zhì)量和體積相對(duì)較大，因此在實(shí)際應(yīng)用中往往有一

29、定困難。 2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的消諧方法分析2.1 TV開(kāi)口三角繞組配置2 5 Q消諧電阻隨著系統(tǒng)對(duì)地電容的增大，電壓互感器磁飽和后將依次發(fā)生高頻、基頻和分頻諧振。TV的開(kāi)口三角繞組上，用于消除分頻諧振的阻尼電阻r值最小，r V0.4 （n 2 / n 1 ） 2 X L ,只要按此來(lái)選擇電阻就可同時(shí)消除另外2種諧振。消除基頻諧振的電阻值為r 'V3 （n 2 /n 1） 2 XL : 3。式中，XL為互感器在線電壓下的每相勵(lì)磁感抗，n 1/n 2為高壓繞組與開(kāi)口三角繞組的匝數(shù)比?？梢?jiàn)，對(duì)于在開(kāi)口三角繞組配置了 2 5Q消諧電阻的 TV,當(dāng)系統(tǒng)中中性點(diǎn)直接接地的普通電磁式 TV不超過(guò)2臺(tái)時(shí)還可

30、以消除基頻諧振，但若要消除分頻諧振則阻值偏 大，失去消諧作用。為此， 應(yīng)加裝微機(jī)消諧裝置，同時(shí)宜保留原消諧電阻，以利于限制空母 線合閘時(shí)工頻位移電壓。2 .2在同一 TV上同時(shí)裝設(shè)一次消諧阻尼器和微機(jī)消諧裝置在開(kāi)口三角繞組兩端接上電阻 r的做法，實(shí)際上相當(dāng)于在TV高壓側(cè)Y 0接線各相繞 組上并聯(lián)一電阻（只有在電網(wǎng)有零序電壓時(shí)才出現(xiàn)），即在電網(wǎng)中每相對(duì)地并聯(lián)合適的電 阻在理論上同樣可以起到消諧作用4。據(jù)分析推導(dǎo)，為消除分頻諧振，在 TV高壓側(cè) 每相繞組并聯(lián)的電阻應(yīng)滿足：R1 <0.4 XL /3。若單臺(tái)1 0 kV互感器的每相勵(lì)磁感 抗XL = 500 kQ,則 R1 <6 6.7

31、kQ。如果在TV 一次側(cè)中性點(diǎn)裝設(shè)了阻尼電阻R 0 , 那么該TV基本上不會(huì)參與諧振。當(dāng) 系統(tǒng)中其他中性點(diǎn)直接接地的TV發(fā)生諧振時(shí)，由于此時(shí)零序電壓U 0的測(cè)量值偏小，即使該TV的二次側(cè)裝了微機(jī)消諧裝置，往往也不會(huì)及時(shí)動(dòng)作。電纜使用較多的1 0 kV配電網(wǎng)，大多發(fā)生分頻諧振。微機(jī)消諧器分頻諧振的判據(jù) 為15 HzVfV18 H z 或 2 3 HzV f <2 7 H z, 3 5 V UO25V。當(dāng)開(kāi)口三角繞組電壓 為3 0 V時(shí)，一次系統(tǒng)零序電壓的估算值已達(dá)(3 0/I 0 0 X0 .8) X(10 /3) = 2 .2 kV。此時(shí)，微機(jī)消諧器動(dòng)作，開(kāi)口三角繞組基本上處于被短接狀態(tài)

32、，TV高壓繞組反映的是數(shù)值很小的漏抗，即零序電壓絕大部分降落在阻尼電阻R0上。這時(shí)，電網(wǎng)每相對(duì)地的等值并聯(lián)電阻為3 R 0 ,如果呈低電阻值的R 0為2 53 5kQ,則3 R 0為75-10 5 kQ,已超出消除系統(tǒng)中單臺(tái)中性點(diǎn)直接接地TV諧振所需的阻值(約66 .7 kQ)。若有多臺(tái)TV參與了諧振，則更是無(wú)助于消諧作用，而且還可能因作用在R0 上的過(guò)電壓得不到及時(shí)消除，且時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)而被損壞，從而進(jìn)一步損害TV?？梢?jiàn)，以上做法已超出微機(jī)消諧器和一次消諧器研制的初衷，二者單獨(dú)存在時(shí)的消 諧機(jī)理已不再適用，這種做法不但無(wú)助于消諧反而有害。因此，這 2種消諧裝置應(yīng)分開(kāi) 安裝在不同的TV上為宜。 2

33、.3在加裝零序電壓互感器消諧型 TV的二次側(cè)加裝微機(jī)消諧裝置對(duì)于加裝零序電壓互感器的消諧型TV ,原理上要求其主電壓互感器T V1的開(kāi)口三角繞組始終是閉合的，所以不可能在其二次側(cè)加裝消諧器，否則將破壞原先的消諧機(jī)理，難以起到消諧作用。若是將微機(jī)消諧器裝在其零序電壓互感器TV0的二次側(cè)，當(dāng)系統(tǒng)中其他互感器發(fā)生鐵磁諧振時(shí)，消諧器將在零序電壓作用下動(dòng)作，TV0二次側(cè)幾乎被短接，T V 0及T V1高壓繞組反映的均為漏抗，互感器的零序阻抗變?yōu)閿?shù)值很小的漏抗， 相當(dāng)于電網(wǎng)中性點(diǎn)臨時(shí)直接接地，因而諧振也就隨之消失?？梢?jiàn)，在此消諧型TV的TV0二次側(cè)加裝微機(jī)消諧裝置有助于整個(gè)電網(wǎng)的消諧。3 消諧措施的綜合應(yīng)

34、用(1) 普通型電磁式電壓互感器應(yīng)選用勵(lì)磁特性良好、鐵心不易飽和的型號(hào)及生產(chǎn)廠家。變電站10 kV母線TV 一次額定電壓 UN為10/3 kV,有的TV在1.9UN電壓作 用下鐵心就可能進(jìn)入飽和區(qū)，而母線實(shí)際運(yùn)行電壓為1010.7 kV。當(dāng)電網(wǎng)單相接地時(shí)，作用在TV上的工頻穩(wěn)態(tài)電壓可能高達(dá) 1.85UN，加上電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，TV極易飽和。在基波諧振過(guò)電壓不很高的情況下，即使裝設(shè)了二次微機(jī)消諧裝置也照樣可能使熔絲熔 斷。尤其對(duì)中性點(diǎn)半絕緣結(jié)構(gòu)TV (如REL 1 0型等)，難以進(jìn)行消諧改造，更應(yīng)慎重選型。為了防止空母線合閘時(shí)TV熔絲熔斷，還可以采取事先投入某些線路或站用變壓器等臨時(shí)措施，但不宜投入電容器組，這可防止電壓有較大波動(dòng)時(shí)空載變壓器與電容器 構(gòu)