新聞主題	柴油發(fā)電機組的電話(huà)諧波因數THF和干擾影響系數TIF

 

摘要：隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC智能控制在柴油發(fā)電機組的應用越來(lái)越廣泛。柴油發(fā)電機組控制系統的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行，而控制系統的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)供電可靠運行的關(guān)鍵。目前控制系統是直接安裝在設備上，因此，大多數工作條件處于強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高柴油發(fā)電機組可靠性，電力系統設計人員只有預先了解各種干擾才能有效保證系統可靠運行。  

 

一、何為諧波

 

1、諧波的研究和發(fā)展

      “諧波”一詞起源于聲學(xué)。有關(guān)諧波的數學(xué)分析在18世紀和19世紀已經(jīng)奠定了良好的基礎。傅里葉等人提出的諧波分析方法至今仍被廣泛應用。電力系統的諧波問(wèn)題早在20世紀20年代和30年代就引起了人們的注意。當時(shí)在德國，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，各種電力電子裝置在電力系統、工業(yè)、交通及家庭中的應用日益廣泛，諧波所造成的危害也日趨嚴重。世界各國都對諧波問(wèn)題予以充分和關(guān)注。國際上召開(kāi)了多次有關(guān)諧波問(wèn)題的學(xué)術(shù)會(huì )議，不少?lài)液蛧H學(xué)術(shù)組織都制定了限制電力系統諧波和用電設備諧波的標準和規定。

      諧波研究的意義是因為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，造成電容器等設備燒毀。諧波還會(huì )引起繼電保護和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，使電能計量出現混亂。對于電力系統外部，諧波對通信設備和電子設備會(huì )產(chǎn)生嚴重干擾。

2、諧波的危害

      理想的發(fā)電機所提供的電壓應該是單一而固定的頻率以及規定的電壓幅值。諧波電流和諧波電壓的出現，對發(fā)電機是一種污染，它使用電設備所處的環(huán)境惡化，也對周?chē)哪苣碗娏﹄娮釉O備廣泛應用以前，人們對諧波及其危害就進(jìn)行過(guò)一些研究，并有一定認識，但那時(shí)諧波污染還需要嚴懲沒(méi)有引起足夠的重視。諧波對發(fā)電機和其他系統的危害大致有以下幾個(gè)方面。

（1）諧波使發(fā)電機中的元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設備的效率，大量的3次諧波流過(guò)中性線(xiàn)時(shí)會(huì )使線(xiàn)路過(guò)熱甚至發(fā)生火災。

（2）諧波影響各種電氣設備的正常工作。 諧波對電機的影響除引起附加損耗外，還會(huì )產(chǎn)生機械振動(dòng)、噪聲和過(guò)電壓，使變壓器局部嚴重過(guò)熱。諧波使電容器、電纜等設備過(guò)熱、絕緣老化、壽命縮短，以至損壞。

（3）諧波會(huì )引起發(fā)電機中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，這就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起嚴重事故。

（4）諧波會(huì )導致繼電保護和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，并會(huì )使電氣測量?jì)x表計量不準確。

（5）諧波會(huì )對鄰近的通信系統產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量；重者導致住處丟失，使通信系統無(wú)法正常工作。

3、諧波抑制

      為解決發(fā)電機電子裝置和其他諧波源的諧波污染問(wèn)題，基本思路有兩條：一條是裝設諧波補償裝置來(lái)補償諧波，這對各種諧波源都是適用的；另一條是對電力電子裝置本身進(jìn)行改造，使期不產(chǎn)生諧波，且功率因數可控制為1，這當然只適用于作為主要諧波源的電力電子裝置。

      裝設諧波補償裝置的傳統方法就是采用LC調諧濾波器。這種方法既可補償諧波，又可補償無(wú)功功率，而且結構簡(jiǎn)單，一直被廣泛使用。這種方法的主要缺點(diǎn)是補償特性受電網(wǎng)阻抗和運行狀態(tài)影響，易和系統發(fā)生并聯(lián)諧振，導致諧波放大，使LC濾波器過(guò)載甚至燒毀。此外，它只能補償固定頻率的諧波，補償效果也不甚理想。

 

圖1  發(fā)電機感應電勢波形

圖2  發(fā)電機三次諧波勵磁示意圖

 

二、干擾因素的名詞定義

 

      諧波是指對周期性非正弦交流量進(jìn)行傅里葉級數分解所得到的大于基波頻率整數倍的各次分量，通常稱(chēng)為高次諧波，而基波是指其頻率與工頻(50Hz)相同的分量。 

1、電話(huà)諧波因數（THF）的定義

       根據全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì )規定，電話(huà)諧波因數（THF）就是指電壓波形中基波及各次諧波有效值加權平方和的平方根值與整個(gè)波形有效值的百分比，因高次諧波產(chǎn)生的影響稱(chēng)為電話(huà)諧波系數，即THF。 

2、電話(huà)影響系數（TIF）的定義

       由于交流發(fā)電機的電壓數據并不可能達到恒定無(wú)變化狀態(tài)，通常在國際或國家所規定的電壓范圍上下幅度波動(dòng)，這些波動(dòng)會(huì )對通信系統的通話(huà)質(zhì)量和聯(lián)絡(luò )質(zhì)量帶來(lái)一定的影響和干擾，其對電話(huà)的影響稱(chēng)為電話(huà)影響系數TIF。

 

三、電話(huà)諧波因數（THF）測量

 

　　國家標準《GB 755-2008 旋轉電機定額和性能》對電話(huà)諧波因數測量有明確的計算公式，如下：

       該公式關(guān)鍵在于加權系數λn的數值獲取。標準中提供了部分頻率的加權系數，對于基波頻率不是50Hz的信號，大部分頻率的諧波標準中沒(méi)有提供，需要自己采用插值運算獲取。大多電機檢測測量設備未提供THF指標。AnyWay變頻功率分析儀能夠在檢測的同時(shí)運算并顯示電機試驗國家標準中定義的THF、HVF、K、THD、HC等指標。

      國家標準GB755規定，發(fā)電機的空載線(xiàn)電壓正弦畸變率必須小于5%。有些專(zhuān)業(yè)標準還規定了線(xiàn)電壓的電話(huà)諧波因數：對于容量在300～1000kVA的同步發(fā)電機，THF應小于5%；對于容量在1000～5000kVA的同步發(fā)電機，THF應小于3%；對于容量在5000kVA以上的同步發(fā)電機，THF應小于1.5%。某些特殊應用場(chǎng)合的同步發(fā)電機(如軍用發(fā)電機)，除了對上述兩項指標做出規定外，還對輸出電壓波形的偏離系數、單次諧波含量等指標做出更加嚴格的規定。

 

四、柴發(fā)對TIF和THF規定

 

     1、電話(huà)影響系數TIF：﹤50，對電話(huà)的影響

     2、電話(huà)諧波系數THF：﹤2%，因高次諧波產(chǎn)生的對電話(huà)的影響。

    注意：數據中心對于容量小于62.5kVA的機組，其線(xiàn)電壓的電話(huà)諧波因數（THF）應不大于8%。 容量不小于62.5kVA的機組，其線(xiàn)電壓的電話(huà)諧波因數（THF）應不大于5%。

表1    柴油發(fā)電機組的電話(huà)諧波因數TH有效值

 

五、其他干擾因素

 

       共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類(lèi)方法。共模干擾是信號對地面的電位差，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線(xiàn)上感應的共態(tài)(同方向)電壓送加所形成。共模電壓有時(shí)較大，特別是采用隔離性能差的電器供電室，變送器輸出信號的共模電壓普遍較高，有的可高達130V以上。共模電壓通過(guò)不對稱(chēng)電路可轉換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞(這就是一些系統I/O模件損壞率較高的原因)，這種共模干擾可為直流、亦可為交流。 

      影響PLC控制系統的干擾源于一般影響工業(yè)控制設備的干擾源一樣，大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動(dòng)的部位就是噪聲源，即干擾源。干擾類(lèi)型通常按干擾產(chǎn)生的原因、噪聲的干擾模式和噪聲的波形性質(zhì)的不同劃分。其中：按噪聲產(chǎn)生的原因不同，分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按噪聲的波形、性質(zhì)不同，分為持續噪聲、偶發(fā)噪聲等；按聲音干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。 

     差模干擾是指用于信號兩極間得干擾電壓，主要由空間電磁場(chǎng)在信號間耦合感應及由不平衡電路轉換共模干擾所形成的電壓，這種讓直接疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。

 

總結：

      近30年來(lái)，發(fā)電機電子裝置的應用日益廣泛，也使得電力電子裝置成為最大的諧波源。在各種發(fā)電機電子裝置中，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。帶阻感負載的整流電路所產(chǎn)生的諧波污染和功率因數滯后已為人們所熟悉。直流側采用電容濾波的二極管整流電路也是嚴懲的諧波污染源。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，因而基波功率因數接近1。 但其輸入電流的諧波分量卻很大，給電網(wǎng)造成嚴重污染，也使得總的功率因數很低。另外，采用相控方式的交流電力調整電路及周波變流器等電力電子裝置也會(huì )在輸入側產(chǎn)生大量的諧波電流。

 

----------------
以上信息來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)新聞，特此聲明！
若有違反相關(guān)法律或者侵犯版權，請通知我們！
溫馨提示：未經(jīng)我方許可，請勿隨意轉載信息！
如果希望了解更多有關(guān)柴油發(fā)電機組技術(shù)數據與產(chǎn)品資料，請電話(huà)聯(lián)系銷(xiāo)售宣傳部門(mén)或訪(fǎng)問(wèn)我們官網(wǎng)：http://www.aticodonostia.com