無功補償不投用所產生的危害

石碩

摘要：我廠主傳動由于沖擊負荷對功率因數變化較大，不僅増大線路損耗及電壓偏移，對電網和本身電氣設備的安全運行也受到影響。因此需要對軋鋼機生產線進行無功補償和濾波，降低對電網電能質量的影響。

關鍵詞：諧波 電壓 電能質量

1 諧波的危害

1.1 諧波對旋轉電機的影響

（一）諧波損耗

諧波會引起旋轉電機過熱，該發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。

銅耗是指電流流過繞組時，因為繞組電阻原因而產生的損耗，諧波會使銅耗增加。

鐵耗是指發生在鐵心中的損耗，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量。

渦流損耗是由渦流電流引起的損耗，渦流電流是由旋轉電機的電樞鐵心在磁場中旋轉引起的。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）脈動轉矩

脈動轉矩是由諧波磁場與基波磁場相互作用產生的，這些脈動轉矩將會造成噪聲干擾、熱損耗，嚴重時甚至會造成電機損壞。對于汽輪發電機組，脈動轉矩可能會造成軸系、旋轉元件和葉片的扭振和彎曲，導致電機損毀。

1.2 諧波對變壓器的影響

（1）附加損耗

在基波頻率下運行時，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行估算：

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

3次及其倍數次的零序性諧波對普通變壓器的影響非常大，零序性諧波將在三角形接線的繞組中形成環流。如果在變壓器設計時不予考慮，該環流將會導致變壓器繞組過熱。

（2）諧振問題

變壓器等效電感可能與電力系統中廣泛存在的并聯電容或分布電容發生諧振。對于全星形接線變壓器，正常運行時每相繞組可能含有較大3次諧波電壓，若繞組中性點接地且電網中分布電容較大或有中性點接地的并聯電容時，可能構成3次諧波諧振的條件，使3次諧波電壓和勵磁電流中的3次諧波電流過大，附加損耗增加，嚴重影響變壓器的可靠性。

（3）過載問題

諧波可能會導致變壓器過載，使變壓器過熱或損壞。例如，對于星型接地變壓器，當電流中只含有8%的3次諧波時，變壓器已經在額定負荷以下過熱。

1.3 諧波對線路的影響

（1）產生附加損耗

諧波電流流過輸電線時，將會產生附加損耗，可以表示為：

式中，Rh—h次諧波頻率下的線路阻抗;

考慮集膚效應和鄰近效應時，線路阻抗Rh將會隨著頻率的升高而增加，諧波產生的附加損耗也越大。

（2）增加線路電壓降

諧波電流在線路阻抗上會產生電壓降，給短路容量較小短路阻抗較高的“弱系統”造成的電壓影響比短路容量較大的“強系統”嚴重。

（3）影響電路電暈電壓

諧波電壓引起的電壓波形畸變會影響線路的電暈電壓，其對電暈產生和熄滅水平的影響與電壓的峰值有關。而電壓的峰值取決于諧波與基波的相位關系，當諧波電壓和基波電壓峰值重合時，可能發生電壓有效值低于規定值但電壓峰值卻超過規定值的情況，使線路的電暈問題更為嚴重。

（4）對電纜的影響

諧波電流流經電纜，會導致電纜的電阻損耗和介質損耗增加。由于電纜絕緣電容承受能力有限，高次諧波會引起電纜內耗加大，電纜發熱，縮短電纜的使用壽命，造成電纜的過負荷或過電壓擊穿。

1.4 諧波對電器設備的影響

諧波造成電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短，甚至損壞。各種電氣設備的正常工作都會受到諧波影響，從而產生過熱、振動和噪聲等現象，加速電氣設備的絕緣老化，縮短了實際使用壽命，甚至發生故障或燒毀事故。

1.5 諧波對通信設備的影響

諧波還會對通信系統以及電子計算機系統產生較大干擾，比較輕微的情況是產生噪聲，通信質量受到影響，嚴重時將出現信息丟失等情況，嚴重影響通信系統以及計算機系統的正常工作。

1.6 諧波對保護、計量設備的影響

諧波還可能引起繼電保護裝置的誤動作，電能計量也可能因此受到干擾，出現計量錯誤。

2 電壓波動和閃變的危害

① 急劇的電壓波動會使電動機發生振動，導致電動機壽命降低，生產的產品質量及產量降低。

② 電子儀器、電子計算機、自動控制設備等不能正常運行，運行準確性受到影響;

③ 閃變使照明設備忽明忽暗，影響人的視覺感受及勞動效率。

④ 使得電視機畫面亮度隨電壓波動而變化，屏幕畫面出現波動。

⑤ 電網故障會引起嚴重的電壓波動和閃變，影響負荷的正常運行，甚至導致某些負荷停運，影響人們的生產及生活。

3 供電電壓偏差

用電設備的各項運行指標以及理論壽命都是在設備所運行電網的額定電壓來講的。如果用電設備的供電電壓產生偏差時，設備的實際運行狀態與實際壽命會發生改變，變化程度由電壓偏差的大小、持續的具體時間以及用電設備的實際情況決定。其危害主要包含以下兩個方面：

① 對電動機的危害：供電系統電壓的高低直接影響電動機中的電流、效率等主要參數。如果供電系統電壓高于電網額定電壓，電動機的轉矩變大，向聯動軸上施加應力變大，有可能引起電動機發生振動而損壞，還可能降低電動機內繞組的絕緣水平;如果供電系統電壓低于電網額定電壓，電動機的轉距變小、轉速變慢，電流變大，電動機產生溫升變大，電動機內線圈發熱，電動機的使用壽命變短，絕緣老化加劇，最終將導致電動機燒毀。

② 電力系統實際運行電壓低于電網額定電壓，因電壓不穩定可能會造成電力系統發生電壓崩潰，電力系統甚至會因此瓦解，造成大量用戶大面積停電的重大事故。

（河北鋼鐵集團邯鋼中板廠?056000）