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諧波的危害十分嚴重。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，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。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現(xiàn)混亂。對于電力系統(tǒng)外部，諧波對通信設(shè)備和電子設(shè)備會產(chǎn)生嚴重干擾。諧波對公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的危害大致有以下幾個方面：
加大企業(yè)的電力運行成本
由于諧波不經(jīng)治理是無法自然消失的，因此大量諧波電壓電流在電網(wǎng)中游蕩并積累疊加導(dǎo)致線路損耗增加、電力設(shè)備過熱，從而加大了電力運行成本，增加了電費的支出。
降低了供電的可靠性
諧波電壓在許多情況下能使正弦波變得更尖，不僅導(dǎo)致變壓器、電容器等電氣設(shè)備的磁滯及渦流損耗增加，而且使絕緣材料承受的電應(yīng)力增大。諧波電流能使變壓器的銅耗增加，所以變壓器在嚴重的諧波負荷下將產(chǎn)生局部過熱，噪聲增大，從而加速絕緣老化，大大縮短了變壓器、電動機的使用壽命，降低供電可靠性，極有可能在生產(chǎn)過程中造成斷電的嚴重后果。
引發(fā)供電事故的發(fā)生
電網(wǎng)中含有大量的諧波源（變頻或整流設(shè)備）以及電力電容器、變壓器、電纜、電動機等負荷，這些電氣設(shè)備處于經(jīng)常的變動之中，極易構(gòu)成串聯(lián)或并聯(lián)的諧振條件。當(dāng)電網(wǎng)參數(shù)配合不利時，在一定的頻率下，形成諧波振蕩，產(chǎn)生過電壓或過電流，危及電力系統(tǒng)的可靠運行，如不加以治理極易引發(fā)輸配電事故的發(fā)生。
導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作
對旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機、電動機，由于諧波電流或諧波電壓在定子繞組、轉(zhuǎn)子回路及鐵芯中產(chǎn)生附加損耗，從而降低發(fā)輸電及用電設(shè)備的效率，更為嚴重的是諧波振蕩容易使汽輪發(fā)電機產(chǎn)生震蕩力矩，可能引起機械共振，造成汽輪機葉片扭曲及產(chǎn)生疲勞循環(huán)，導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作。
引發(fā)惡性事故
繼電保護自動裝置對于保證電網(wǎng)的可靠運行具有十分重要的作用。但是，由于諧波的大量存在，易使電網(wǎng)的各類保護及自動裝置產(chǎn)生誤動或拒動，特別在廣泛應(yīng)用的微機保護、綜合自動化裝置中表現(xiàn)突出，引起區(qū)域（廠內(nèi)）電網(wǎng)瓦解，造成大面積停電等惡性事故。
導(dǎo)致線路短路
電網(wǎng)諧波將使測量儀表、計量裝置產(chǎn)生誤差，達不到正確指示及計量(計量儀表的誤差主要反映在電能表上)。斷路器開斷諧波含量較高的電流時，斷路器的遮斷能力將大大降低，造成電弧重燃，發(fā)生短路，甚至斷路器爆炸。
降低產(chǎn)品質(zhì)量
由于諧振波的長期存在,電機等設(shè)備運行增大了振動， 使生產(chǎn)誤差加大,降低產(chǎn)品的加工精度，降低產(chǎn)品質(zhì)量。
影響通訊系統(tǒng)的正常工作
當(dāng)輸電線路與通訊線路平行或相距較近時，由于兩者之間存在靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，形成電場耦合和磁場耦合，諧波分量將在通訊系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生聲頻干擾，從而降低信號的傳輸質(zhì)量，破壞信號的正常傳輸，不僅影響通話的清晰度，嚴重時將威脅通訊設(shè)備及人身。
諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量；重者導(dǎo)致住處丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。
在理想的干凈供電系統(tǒng)中，電流和電壓都是正弦波的。在只含線性元件(電阻、電感及電容)的簡單電路里，流過的電流與施加的電壓成正比，流過的電流是正弦波。
用傅立葉分析原理，能夠把非正弦曲線信號分解成基本部分和它的倍數(shù)。
在電力系統(tǒng)中，諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負載時，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，即電路中有諧波產(chǎn)生。由于半導(dǎo)體晶閘管的開關(guān)操作和二極管、半導(dǎo)體晶閘管的非線性特性，電力系統(tǒng)的某些設(shè)備如功率轉(zhuǎn)換器比較大的背離正弦曲線波形。
諧波電流的產(chǎn)生是與功率轉(zhuǎn)換器的脈沖數(shù)相關(guān)的。6脈沖設(shè)備僅有5、7、11、13、17、19 …。n倍于電網(wǎng)頻率。功率變換器的脈沖數(shù)越高，越低次的諧波分量的頻率的次數(shù)就越高。
其他功率消耗裝置，例如熒光燈的電子控制調(diào)節(jié)器產(chǎn)生大強度的3 次諧波( 150 赫茲)。
在供電網(wǎng)絡(luò)阻抗( 電阻) 下這樣的非正弦曲線電流導(dǎo)致一個非正弦曲線的電壓降。在供電網(wǎng)絡(luò)阻抗下產(chǎn)生諧波電壓的振幅等于相應(yīng)諧波電流和對應(yīng)于該電流頻率的供電網(wǎng)絡(luò)阻抗Z的乘積。次數(shù)越高，諧波分量的振幅越低。
只要哪里有諧波源那里就有諧波產(chǎn)生。也有可能，諧波分量通過供電網(wǎng)絡(luò)到達用戶網(wǎng)絡(luò)。例如，供電網(wǎng)絡(luò)中一個用戶工廠的運轉(zhuǎn)可能被相鄰的另一個用戶設(shè)備產(chǎn)生的諧波所干擾。
電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置的主要用途
1、測量分析公用電網(wǎng)供到用戶端的交流電能質(zhì)量，其測量分析：頻率偏差、電壓偏差、三相電壓允許不平衡度、電網(wǎng)諧波。
2、應(yīng)用小波變換測量分析非平穩(wěn)時變信號的諧波。
3、測量分析各種用電設(shè)備在不同運行狀態(tài)下對公用電網(wǎng)電能質(zhì)量。
4、負荷波動監(jiān)視：定時記錄和存儲電壓、電流、有功功率、無功功率、頻率、相位等電力參數(shù)的變化趨勢。
5、電力設(shè)備調(diào)整及運行過程動態(tài)監(jiān)視，幫助用戶分析電力設(shè)備調(diào)整及投運過程中出現(xiàn)的問題。
6、測試分析電力系統(tǒng)中斷路器動作、變壓器過熱、電機燒毀、自動裝置誤動作等故障原因。
7、測試分析電力系統(tǒng)中無功補償及濾波裝置動態(tài)參數(shù)并對其功能和技術(shù)指標(biāo)作出定量評價。
8、在線式、多參數(shù)、大容量、高精度及近代信號分析理論的應(yīng)用等特點，可廣泛地應(yīng)用于輸配電、電力電子、電機拖動等領(lǐng)域。
目前電力系統(tǒng)中的一些技術(shù)和裝置,實際上或多或少地已涉及狀態(tài)監(jiān)測,尤其是一些在線監(jiān)測系統(tǒng)和故障診斷系統(tǒng)。雖然這些系統(tǒng)能起到一定的狀態(tài)監(jiān)測的目的,但還不能完全滿足狀態(tài)監(jiān)測的要求。在國際上,狀態(tài)監(jiān)測已成為非破壞性檢測(NonDe2structiveTesting,NDT)下屬的一個活躍的新分支。從1989年起,已舉行了多屆有關(guān)狀態(tài)監(jiān)測的國際會議,每年都有大量的研究報告、學(xué)術(shù)論文發(fā)表。在電力系統(tǒng)領(lǐng)域,狀態(tài)監(jiān)測也已受到電力部門管理、科研、運營和工程維護人員的日益重視并逐漸成為國際性的前沿研究課題和研究熱點。
針對不同的電力設(shè)備,已經(jīng)提出了眾多狀態(tài)監(jiān)測方法,其中有許多是通用的,如振動分析法、油中氣體分析法、局部放電檢測法、絕緣恢復(fù)電壓法等。
在正常運行條件下,電力設(shè)備具有一個固有的自然振動水平。當(dāng)緊固螺釘變松或出現(xiàn)變化,或由于短路、絕緣老化等造成繞組或引線結(jié)構(gòu)的偏移、擾動時便會導(dǎo)致設(shè)備振動的加劇,振動分析法就是一種廣泛用于監(jiān)測這種故障的有效方法。為了監(jiān)測設(shè)備的振動水平,常采用聲學(xué)傳感器和加速計來采集設(shè)備的振動信號,然后對振動信號的強度和振動模式進行分析和判別,從而達到對設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的目的。
油中氣體分析法是含油設(shè)備(如變壓器)絕緣監(jiān)測常用的方法之一。由于設(shè)備內(nèi)部不同的故障會產(chǎn)生不同的氣體,如電弧會產(chǎn)生乙炔氣,而過熱的纖維將產(chǎn)生碳氧化物,因此,通過分析油中氣體的成分、含量和相對百分比,就可達到對設(shè)備絕緣診斷的目的。幾種典型的油中氣體如H2、CO、CH4、C2H6、C2H4和C2H2,常被用作分析的特征氣體。
電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電, 這意味著發(fā)電容量的節(jié)約,而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因,所以節(jié)電就可以減少對環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網(wǎng)產(chǎn)生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標(biāo)準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節(jié)電設(shè)備,往往會變成對電網(wǎng)的污染源:向電網(wǎng)注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數(shù)下降,使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現(xiàn)缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數(shù)的方法。這些為2l世紀批量生產(chǎn)各種綠色開關(guān)電源產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。
現(xiàn)代電力電子技術(shù)是開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著新型電力電子器件和適于更高開關(guān)頻率的電路拓撲的不斷出現(xiàn),現(xiàn)代電源技術(shù)將在實際需要的推動下快速發(fā)展。在傳統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)下,由于功率器件性能的限制而使開關(guān)電源的性能受到影響。為了極大發(fā)揮各種功率器件的特性,使器件性能對開關(guān)電源性能的影響減至最小,新型的電源電路拓撲和新型的控制技術(shù),可使功率開關(guān)工作在零電壓或零電流狀態(tài),從而可大大的提高工作頻率,提高開關(guān)電源工作效率,設(shè)計出性能優(yōu)良的開關(guān)電源。
總而言之,電力電子及開關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展,新技術(shù)的出現(xiàn)又會使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代,還會開拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實現(xiàn),將標(biāo)志著這些技術(shù)的成熟,實現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。這幾年,隨著通信行業(yè)的發(fā)展,以開關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開關(guān)電源,僅國內(nèi)有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內(nèi)外一大批科技人員對其進行開發(fā)研究。開關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此,同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國內(nèi)市場正在啟動,并將很快發(fā)展起來。還有其它許多以開關(guān)電源技術(shù)為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_發(fā)。
高頻化
理論分析和實踐經(jīng)驗表明,電氣產(chǎn)品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當(dāng)我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設(shè)備的體積重量大體下降至工頻設(shè)計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關(guān)式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統(tǒng)"整流行業(yè)"的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據(jù)這一原理進行改造, 成為"開關(guān)變換類電源",其主要材料可以節(jié)約90%或更高,還可節(jié)電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化,帶來顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟效益,更可體現(xiàn)技術(shù)含量的價值。
模塊化
模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七元,包括開關(guān)器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管,實質(zhì)上都屬于"標(biāo)準"功率模塊(SPM)。有些公司把開關(guān)器件的驅(qū)動保護電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了"智能化"功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設(shè)計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應(yīng)力(表現(xiàn)為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開發(fā)了"用戶專用"功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接,這樣的模塊經(jīng)過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設(shè)計,達到優(yōu)化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應(yīng)的散熱器上,就構(gòu)成一臺新型的開關(guān)電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統(tǒng)連線,把寄生參數(shù)降到最小,從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低,提高系統(tǒng)的可靠性。另外,大功率的開關(guān)電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個獨立的模塊單元并聯(lián)工作,采用均流技術(shù),所有模塊共同分擔(dān)負載電流,一旦其中某個模塊失效,其它模塊再平均分擔(dān)負載電流。這樣,不但提高了功率容量, 在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求, 而且通過增加相對整個系統(tǒng)來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統(tǒng)可靠性,即使萬一出現(xiàn)單模塊故障,也不會影響系統(tǒng)的正常工作,而且為修復(fù)提供充分的時間。
數(shù)字化
在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中,控制部分是按模擬信號來設(shè)計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術(shù)完全是建立在模擬電路基礎(chǔ)上的。但是,數(shù)字式信號、數(shù)字電路顯得越來越重要,數(shù)字信號處理技術(shù)日趨完善成熟,顯示出越來越多的優(yōu)點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測遙調(diào),也便于自診斷、容錯等技術(shù)的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統(tǒng)的設(shè)計來說,模擬技術(shù)還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術(shù)的知識,但是對于智能化的開關(guān)電源,需要用計算機控制時,數(shù)字化技術(shù)就離不開了。
開關(guān)控制穩(wěn)壓原理
開關(guān)K以一定的時間間隔重復(fù)地接通和斷開，在開關(guān)K接通時，輸入電源E通過開關(guān)K和濾波電路提供給負載RL，在整個開關(guān)接通期間，電源E向負載提供能量;當(dāng)開關(guān)K斷開時，輸入電源E便中斷了能量的提供?？梢?，輸入電源向負載提供能量是斷續(xù)的，為使負載能得到連續(xù)的能量提供，開關(guān)穩(wěn)壓電源必須要有一套儲能裝置，在開關(guān)接通時將一部份能量儲存起來，在開關(guān)斷開時，向負載釋放。圖中，由電感L、電容C2和二極管D組成的電路，就具有這種功能。電感L用以儲存能量，在開關(guān)斷開時，儲存在電感L中的能量通過二極管D釋放給負載，使負載得到連續(xù)而穩(wěn)定的能量，因二極管D使負載電流連續(xù)不斷，所以稱為續(xù)流二極管。在AB間的電壓平均值EAB可用下式表示:
EAB=TON/T*E
式中TON為開關(guān)每次接通的時間，T為開關(guān)通斷的工作周期(即開關(guān)接通時間TON和關(guān)斷時間TOFF之和)。
由式可知，改變開關(guān)接通時間和工作周期的比例，AB間電壓的平均值也隨之改變，因此，隨著負載及輸入電源電壓的變化自動調(diào)整TON和T的比例便能使輸出電壓V0維持不變。改變接通時間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比，這種方法稱為"時間比率控制"(Time Ratio Control,縮寫為TRC)。
高頻開關(guān)電源(也稱為開關(guān)型整流器SMR)是通過MOSFET或IGBT的高頻工作的電源，開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi)，實現(xiàn)高效率和小型化。
高頻開關(guān)電源柜與直流屏區(qū)別在于：
高頻開關(guān)電源柜是過去生產(chǎn)的一種高頻電源類似現(xiàn)在的開關(guān)電源，而直流屏是即有整流穩(wěn)壓又配有電瓶在有無市電都可以提供直流操作電源的柜子。
直流屏為控制負荷和動力負荷以及直流事故照明負荷等提供電源，是當(dāng)代電力系統(tǒng)控制、保護的基礎(chǔ)。直流屏由交配電單元、充電模塊單元、降壓硅鏈單元、直流饋電單元、配電監(jiān)控單元、監(jiān)控模塊單元及絕緣監(jiān)測單元組成。
低壓接地電阻柜是0.22KV~0.66KV低壓系統(tǒng)中接地用電阻成套裝置。為了提高0.66/0.38/0.22(KV)低壓用電系統(tǒng)供電質(zhì)量，減少因發(fā)生接地故障時引起的設(shè)備斷電，發(fā)電廠的主廠房內(nèi)低壓用電系統(tǒng)應(yīng)該采用高阻接地，這樣不僅避免了單相接地時不必立即跳閘，而且當(dāng)采用熔斷器作為保護電器從而減少用電設(shè)備運行時燒毀的機率。
以前低壓系統(tǒng)主要采用直接接地方式或不接地方式。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，直接接地系統(tǒng)的中性點電壓保持不變，但是系統(tǒng)中性點電流過大，容易使絕緣擊穿，燒毀中性點系統(tǒng)。如果系統(tǒng)采用不接地方式時，產(chǎn)生的過電壓是額定電壓的N倍，由于弧光和鐵磁諧振過電壓使非故障相的相電壓升高數(shù)倍，這對用電設(shè)備的絕緣和熱穩(wěn)定都構(gòu)成威脅。
我國的《煤礦用電安全規(guī)程》明確規(guī)定:中性點直接接地的變壓器及發(fā)電機不允許直接向井下供電。也就是說，煤礦井下電網(wǎng)的中性點不允許直接接地。原來主要用消弧線圈方式接地，隨著技術(shù)的跟進主要采用接地電阻方式。
當(dāng)安裝中性點接地電阻柜后，發(fā)生非金屬性接地時，受接地點電阻的影響，流過接地點和中性點的電流有顯著降低，同時非故障相電壓上升也顯著降低，零序電壓值約為單相金屬性接地的30%
(1) 微機消諧裝置的主機部分:消諧裝置的指揮控制中心 CPU采用最新高性能的單片機構(gòu)成,運算速度快、控制能力強,運行安全可靠等特點。系統(tǒng)設(shè)置看門狗電路,可防止系統(tǒng)運行或干 擾造成的死機現(xiàn)象,設(shè)備可以長期可靠運行;
(2) 微機消諧裝置的電源部分:消諧裝置采用高頻開關(guān)電源,具有抗干擾能力強、允許輸入電壓波動范圍大等特點。輸入電壓范圍寬,可以交,直流使用。
(3) 內(nèi)置大容量程序存貯器EPROM,存貯各類 操作指令;
(4) 內(nèi)置大容量數(shù)據(jù)存貯器RAM,存貯各類數(shù) 據(jù)運算結(jié)果、相關(guān)內(nèi)容等;
(5) 數(shù)據(jù)采集部分:是將外界采集的模擬量轉(zhuǎn)換為 數(shù)字量以備計算機處理;
(6) 顯示部分:大屏幕漢字液晶屏幕,作時鐘用, 發(fā)生故障時,顯示相關(guān)故障信息;
(7) 消諧控制部分:當(dāng)發(fā)生各種鐵磁諧振時,控制啟動大功率固態(tài)繼電器,快速消除各種故障。
XZ-MAX系列微機消諧裝置是我公司針對66KV及以下電壓等級的中性點不接地或經(jīng)電阻、消弧線圈接地系統(tǒng)，由于鐵磁諧振而時常發(fā)生的電壓互感器（PT）燒毀甚至爆炸的惡性事故，研制生產(chǎn)的新型智能消諧裝置。裝置利用抗干擾能力強的AVR 單片機作為檢測和控制的核心元件；采用大功率、無觸點元件消諧；以液晶顯示器（LCD）、信號指示燈；配以最先進的智能化軟件，動作更可靠、操作更簡單、更直觀、更準確。
