無(wú)功補(bǔ)償不投用所產(chǎn)生的危害

石碩

摘要：我廠(chǎng)主傳動(dòng)由于沖擊負(fù)荷對(duì)功率因數(shù)變化較大，不僅増大線(xiàn)路損耗及電壓偏移，對(duì)電網(wǎng)和本身電氣設(shè)備的安全運(yùn)行也受到影響。因此需要對(duì)軋鋼機(jī)生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償和濾波，降低對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。

關(guān)鍵詞：諧波 電壓 電能質(zhì)量

1 諧波的危害

1.1 諧波對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的影響

（一）諧波損耗

諧波會(huì)引起旋轉(zhuǎn)電機(jī)過(guò)熱，該發(fā)熱主要是由諧波損耗引起的。諧波損耗主要包括銅耗和鐵耗。

銅耗是指電流流過(guò)繞組時(shí)，因?yàn)槔@組電阻原因而產(chǎn)生的損耗，諧波會(huì)使銅耗增加。

鐵耗是指發(fā)生在鐵心中的損耗，主要包括磁滯損耗和渦流損耗兩部分。磁滯損耗是由鐵心磁化極性反轉(zhuǎn)造成的，其大小取決于磁通密度的最大值、交流電流頻率以及磁性材料的尺寸和質(zhì)量。

渦流損耗是由渦流電流引起的損耗，渦流電流是由旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電樞鐵心在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)引起的。由諧波引起的渦流損耗增加大于由諧波引起的磁滯損耗增加。

（二）脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩

脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩是由諧波磁場(chǎng)與基波磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的，這些脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩將會(huì)造成噪聲干擾、熱損耗，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐呻姍C(jī)損壞。對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)組，脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩可能會(huì)造成軸系、旋轉(zhuǎn)元件和葉片的扭振和彎曲，導(dǎo)致電機(jī)損毀。

1.2 諧波對(duì)變壓器的影響

（1）附加損耗

在基波頻率下運(yùn)行時(shí)，變壓器的損耗很小，但是其附加損耗受電壓畸變影響較大，而且還受到畸變電流的較大影響。附加損耗包括諧波電流所引起的渦流損耗以及諧波電壓所引起的變壓器鐵心損耗。附加損耗可用下式進(jìn)行估算：

式中，Ih—流經(jīng)變壓器的h次諧波電流;RT—變壓器工頻等值電阻;KhT—由諧波集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)使電阻增加的系數(shù)，當(dāng)h為5、7、11、13時(shí)，該值可分別取2.1、2.5、3.2、3.7。

3次及其倍數(shù)次的零序性諧波對(duì)普通變壓器的影響非常大，零序性諧波將在三角形接線(xiàn)的繞組中形成環(huán)流。如果在變壓器設(shè)計(jì)時(shí)不予考慮，該環(huán)流將會(huì)導(dǎo)致變壓器繞組過(guò)熱。

（2）諧振問(wèn)題

變壓器等效電感可能與電力系統(tǒng)中廣泛存在的并聯(lián)電容或分布電容發(fā)生諧振。對(duì)于全星形接線(xiàn)變壓器，正常運(yùn)行時(shí)每相繞組可能含有較大3次諧波電壓，若繞組中性點(diǎn)接地且電網(wǎng)中分布電容較大或有中性點(diǎn)接地的并聯(lián)電容時(shí)，可能構(gòu)成3次諧波諧振的條件，使3次諧波電壓和勵(lì)磁電流中的3次諧波電流過(guò)大，附加損耗增加，嚴(yán)重影響變壓器的可靠性。

（3）過(guò)載問(wèn)題

諧波可能會(huì)導(dǎo)致變壓器過(guò)載，使變壓器過(guò)熱或損壞。例如，對(duì)于星型接地變壓器，當(dāng)電流中只含有8%的3次諧波時(shí)，變壓器已經(jīng)在額定負(fù)荷以下過(guò)熱。

1.3 諧波對(duì)線(xiàn)路的影響

（1）產(chǎn)生附加損耗

諧波電流流過(guò)輸電線(xiàn)時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生附加損耗，可以表示為：

式中，Rh—h次諧波頻率下的線(xiàn)路阻抗;

考慮集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)時(shí)，線(xiàn)路阻抗Rh將會(huì)隨著頻率的升高而增加，諧波產(chǎn)生的附加損耗也越大。

（2）增加線(xiàn)路電壓降

諧波電流在線(xiàn)路阻抗上會(huì)產(chǎn)生電壓降，給短路容量較小短路阻抗較高的“弱系統(tǒng)”造成的電壓影響比短路容量較大的“強(qiáng)系統(tǒng)”嚴(yán)重。

（3）影響電路電暈電壓

諧波電壓引起的電壓波形畸變會(huì)影響線(xiàn)路的電暈電壓，其對(duì)電暈產(chǎn)生和熄滅水平的影響與電壓的峰值有關(guān)。而電壓的峰值取決于諧波與基波的相位關(guān)系，當(dāng)諧波電壓和基波電壓峰值重合時(shí)，可能發(fā)生電壓有效值低于規(guī)定值但電壓峰值卻超過(guò)規(guī)定值的情況，使線(xiàn)路的電暈問(wèn)題更為嚴(yán)重。

（4）對(duì)電纜的影響

諧波電流流經(jīng)電纜，會(huì)導(dǎo)致電纜的電阻損耗和介質(zhì)損耗增加。由于電纜絕緣電容承受能力有限，高次諧波會(huì)引起電纜內(nèi)耗加大，電纜發(fā)熱，縮短電纜的使用壽命，造成電纜的過(guò)負(fù)荷或過(guò)電壓擊穿。

1.4 諧波對(duì)電器設(shè)備的影響

諧波造成電容器、電纜等設(shè)備過(guò)熱、絕緣老化、壽命縮短，甚至損壞。各種電氣設(shè)備的正常工作都會(huì)受到諧波影響，從而產(chǎn)生過(guò)熱、振動(dòng)和噪聲等現(xiàn)象，加速電氣設(shè)備的絕緣老化，縮短了實(shí)際使用壽命，甚至發(fā)生故障或燒毀事故。

1.5 諧波對(duì)通信設(shè)備的影響

諧波還會(huì)對(duì)通信系統(tǒng)以及電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生較大干擾，比較輕微的情況是產(chǎn)生噪聲，通信質(zhì)量受到影響，嚴(yán)重時(shí)將出現(xiàn)信息丟失等情況，嚴(yán)重影響通信系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的正常工作。

1.6 諧波對(duì)保護(hù)、計(jì)量設(shè)備的影響

諧波還可能引起繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)作，電能計(jì)量也可能因此受到干擾，出現(xiàn)計(jì)量錯(cuò)誤。

2 電壓波動(dòng)和閃變的危害

① 急劇的電壓波動(dòng)會(huì)使電動(dòng)機(jī)發(fā)生振動(dòng)，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)壽命降低，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量降低。

② 電子儀器、電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制設(shè)備等不能正常運(yùn)行，運(yùn)行準(zhǔn)確性受到影響;

③ 閃變使照明設(shè)備忽明忽暗，影響人的視覺(jué)感受及勞動(dòng)效率。

④ 使得電視機(jī)畫(huà)面亮度隨電壓波動(dòng)而變化，屏幕畫(huà)面出現(xiàn)波動(dòng)。

⑤ 電網(wǎng)故障會(huì)引起嚴(yán)重的電壓波動(dòng)和閃變，影響負(fù)荷的正常運(yùn)行，甚至導(dǎo)致某些負(fù)荷停運(yùn)，影響人們的生產(chǎn)及生活。

3 供電電壓偏差

用電設(shè)備的各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)以及理論壽命都是在設(shè)備所運(yùn)行電網(wǎng)的額定電壓來(lái)講的。如果用電設(shè)備的供電電壓產(chǎn)生偏差時(shí)，設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)與實(shí)際壽命會(huì)發(fā)生改變，變化程度由電壓偏差的大小、持續(xù)的具體時(shí)間以及用電設(shè)備的實(shí)際情況決定。其危害主要包含以下兩個(gè)方面：

① 對(duì)電動(dòng)機(jī)的危害：供電系統(tǒng)電壓的高低直接影響電動(dòng)機(jī)中的電流、效率等主要參數(shù)。如果供電系統(tǒng)電壓高于電網(wǎng)額定電壓，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩變大，向聯(lián)動(dòng)軸上施加應(yīng)力變大，有可能引起電動(dòng)機(jī)發(fā)生振動(dòng)而損壞，還可能降低電動(dòng)機(jī)內(nèi)繞組的絕緣水平;如果供電系統(tǒng)電壓低于電網(wǎng)額定電壓，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距變小、轉(zhuǎn)速變慢，電流變大，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生溫升變大，電動(dòng)機(jī)內(nèi)線(xiàn)圈發(fā)熱，電動(dòng)機(jī)的使用壽命變短，絕緣老化加劇，最終將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)燒毀。

② 電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行電壓低于電網(wǎng)額定電壓，因電壓不穩(wěn)定可能會(huì)造成電力系統(tǒng)發(fā)生電壓崩潰，電力系統(tǒng)甚至?xí)虼送呓?，造成大量用?hù)大面積停電的重大事故。

（河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼中板廠(chǎng)?056000）