電廠發電機的諧波危害分析和測試

賈云輝

【摘 要】隨著我國經濟的快速發展，各行各業都取得了非常大的成就，尤其是電力行業發展非常迅速，人們的生活水平得到了顯著提升，人們對美好生活的追求變得越來越強烈，人們的需求變得越來越多，人們的日常生產和生活都離不開電力的使用，因此電力行業得到了非常迅速的發展，但是仍然會出現一些問題需要去解決，隨著我國電力行業得到非常快速發展，電廠發電機諧波帶來的影響特別嚴重，已經嚴重影響人們的正常生活，它對環境造成了非常嚴重的破壞。為了使得我們的生存環境受到很好的保護，一定要對電廠發電機諧波具有深刻的認識，詳細的研究現階段電廠發電機諧波會給我們社會帶來什么樣的危害，搭建具有等效性特征的模型，對電廠發電機諧波危害進行仔細的研究工作以后，可以憑借計算得到這種危害下的穩定電磁轉矩，憑借一些相關實驗可以得到什么因素會導致這種危害的出現，仔細研究這種危害帶來的嚴重影響。

【關鍵詞】電廠；發電機；諧波危害；分析；測試

0 引言

一種非線性的拓撲負載就是非線性負載，在這個運行過程中沒有辦法防止出現畸形波形，把這樣的波形注入電網以后，就會在很大程度上對整個電網造成非常嚴重的不良影響，目前非常多的相關研究工作人員都在努力去研究諧波造成的電能質量變化情況。比如說旋轉電機、繼電保護裝置、通訊裝置、旋轉電機、電容器組，這些電力設備都會受到諧波的影響，特別多的相關電力企業根本沒有能力防止這樣的危害，不僅會使得發電機壽命縮短，而且還會對人們的利益造成損失。

1 電廠發電機諧波的產生過程

總體來看，電廠發電機工作的整個過程，涉及到輸電、發電、用電和配電，在發電機工作的整個過程中用電過程產生的諧波最多，完全對稱是發電機三相繞組必要的組成部分，這確保發電機內部鐵心均勻一致，這個過程中就會產生大量的諧波，并且會受到環境工藝制作技術等因素的干擾，這過程中同樣會產生一定的諧波。大數量的電力變壓器是配電系統和輸電系統中存在的相應設備，并且諧波出現的頻率會發生變化，變壓器鐵心飽和度越強，工作點就會偏離線性，那么產生的諧波電流就會變得很大，超過三次嚴重的諧波電流就會達到額定電流的 6% 左右。

2 電廠發電機諧波存在于整流設備中

電廠發電機運營的整個過程中，很多設備都會造成一定量諧波的產生，比如說變頻裝置、整流設備、重啟電源和變頻裝置以及家用電器都會產生諧波。據說會相關信息表明，在整個發電機工作過程中蒸餾設備產生的諧波占據了 35% 左右，是整個工作過程最大的諧波源。還有就是變頻器工作中也會產生一定量的諧波，比如說家用電器和充氣墊光源是最常見的諧波源，高壓汞燈、熒光燈、金屬鹵化物燈和高壓鈉燈都具有非線性特征，同樣會產生大量的諧波給發電機造成危害。

3 現階段電廠發電機諧波危害性分析和測試

3.1 電廠發電機諧波會對變壓器造成危害

電廠發電機運行過程中產生的大量諧波對電網造成的危害很大，特別是對變壓器的影響，在工作的整個過程中，出現的基波電流和諧波電流會通過變壓器這一裝置，變壓器出現嚴重飽和情況是受到高頻率諧波的影響。在這一個過程中，變壓器的磁通和銅損會受到大強度的消耗，進一步加大了變壓器的噪音，導致變壓器不能完成相應的負荷輸出任務，當諧波的頻率到達峰值時，變壓器就會出現絕緣破壞，這對于電網和配電室的安全運行有很大的安全隱患。

3.2 電廠發電機諧波會對電容器造成危害

電廠發電機在正常工作的時候會出現非常多的諧波會給電容器帶來非常多的不良影響，因為頻率和容抗在電容器中成反比，頻率越低電容器的容抗就越高，頻率越高電容器的容抗就越低，在較高頻率的條件下，電容器中會經過更多的諧波，那么加大了整個電容器的工作負擔。在正常工作的時候，電容器如果載荷特別大就會導致出現非常大的損害，在這樣的運行過程當中得到的高頻率諧波會造成電容器出現諧振情況，如果發生特別高的諧振就會使得電容器會遭受到更加嚴重的危害，在最大程度上導致電容器發生一系列的不良狀況，比如著火、漏液或爆炸，進一步導致整個電廠發電機出現特別嚴重的損傷，這就會嚴重影響人們的日常生活。

3.3 電廠發電機諧波對自動裝置和繼電保護的危害

電廠發電機在正常工作的時候會出現非常多的諧波，諧波會給整個電廠發電過程帶來非常嚴重的不良影響，電廠發電機在正常工作的時候出現的諧波會給自動裝置和繼電保護裝置帶來非常嚴重的危害。尤其是由電流信號和電壓信號啟動的軟件或繼電保護裝置，當波動的程度到達一個定值，在加上多次諧波疊加過程中超過了綜合量的動作值，電流和電壓繼電器一旦啟動，出現的諧波就會變得很敏感，這些電路在工作過程中輸送出來的波量很小，牽扯到的元件整定值很低，所以輸出量的諧波含有率很高，這樣就會造成熱量大量堆積產生較大的動作量。

3.4 電廠發電機諧波對相應其他電力設備的危害

電廠發電機在正常工作的時候就會有非常多的諧波產生，這么多的諧波會對相關電力裝置造成特別嚴重的危害，諧波的出現會產生集膚效應對發電機的鐵磁裝置有特別大的不良影響，因此就會造成鐵磁設備消耗的功率比以前大了不少，而且同時還會產生非常多的熱量，發電機絕緣就會在很短時間內老化，也就會帶來非常多的問題，比如噪音特別大、震動特別強、過熱等，尤其是電路輸送的時候電纜溫度會變得非常高，這樣就會導致特別嚴重的絕緣老化。發電機在工作的時候會出現特別多的諧波就會給電網帶來非常嚴重的危害，使得非線性負載的功率得到大幅度的減小，得到的無功功率就會得到上升，頻率和波形也出現了非常明顯的變化，甚至可能會引起保護據動和互動、錄波裝置誤體啟動等問題。

4.實驗測試

用示波器記錄實驗發電機的機端線電壓和三相電流，波形如圖 1 所示。

圖 1 發電機端線電壓、三相電流波形

實驗可知，當發電機帶整流負載時，受負載非線性工作特性的影響，發電機的機端線電壓和三相電流的波形都發生了嚴重的畸變，含有大量的諧波。而且發電機伴隨著震動現象，這是受諧波電磁轉矩的影響，另外發電機的定子和轉子發熱嚴重。受非線性負載的影響，發電機的機端電壓、電流以及轉子電流都會有諧波分量；諧波對發電機的電磁轉矩有很大的危害，產生了一系列的附加諧波穩定轉矩和脈動轉矩；諧波還會使發電機產生附加發熱。

5 結束語

就目前電廠發電機諧波導致出現的危害作出詳細的研究是非常重要的，一定要對整個過程做出合理的測試，按照諧波出現和傳播的一些特點，采取一些切實可行的措施來減少危害，尤其是在配電網過程里邊，諧波被測試結束后，詳細研究諧波的污染情況，就可以使得諧波對發電機的危害降低到最少。

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（作者單位：國核電力規劃設計研究院有限公司）