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電力系統(tǒng)諧波對金屬化膜電容器老化的影響
點(diǎn)擊次數(shù)：549 發(fā)布時(shí)間：2012-7-5
電力系統(tǒng)中諧波問題日趨嚴(yán)重，諧波的存在對電力設(shè)備及絕緣會造成危害。本文介紹了諧波對金屬化膜電容器壽命的影響，并歸納出3個(gè)主要影響因素。
1前言
目前，電網(wǎng)中諧波干擾大量涌現(xiàn)，諧波問題日趨復(fù)雜，因此這方面課題也越來越受到研究者的重視。諧波的產(chǎn)生與近年來非線性設(shè)備的大量采用有很大關(guān)系，另外廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)變壓器和鐵芯電抗器也會產(chǎn)生諧波。國外經(jīng)驗(yàn)表明，各種非線性電力設(shè)備容量的增長率超過電網(wǎng)的發(fā)電設(shè)備容量的增長率，這一事實(shí)說明諧波問題更加突出。諧波的存在會影響整個(gè)電網(wǎng)環(huán)境，對電力設(shè)備以及絕緣造成不利影響。比如，諧波會使電廠設(shè)備絕緣老化，從而縮短它們的使用壽命。國內(nèi)外運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，受諧波影響而致?lián)p壞的電氣設(shè)備中，電力電容器占有zui大比例。現(xiàn)在，金屬化膜電容器以其良好的自愈性能在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，因此，有必要了解諧波對金屬化膜電容器壽命的影響。本文將介紹電力系統(tǒng)中諧波以及它對金屬化膜電容器壽命的影響。
2諧波的產(chǎn)生
電力系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波的源主要來自各種非線性用電設(shè)備，例如：電力電子裝置，電弧爐，家用電器，以及變壓器和鐵芯電抗器等。在電力電子裝置大量應(yīng)用之前，zui主要的諧波源是電力變壓器的勵(lì)磁電流，其次是發(fā)電機(jī)，而在電力電子設(shè)備大量應(yīng)用之后，后者成為zui主要的諧波源。
在各種電力電子裝置中，整流設(shè)備所占的比重zui大，目前，常用的整流電路大都采用晶閘管相控整流電路或二極管整流電路，比如直流側(cè)采用電容濾波的二極管整流電路，這種電路輸入電流的基波分量的相位與電源電壓相位大體相同，因此基波功率因數(shù)接近于1，但其輸入電流的諧波分量卻很大，給電網(wǎng)造成嚴(yán)重污染，也使得總的功率因數(shù)很低。除此之外，逆變器、直流斬波器的應(yīng)用也較多，這些裝置所需的直流電源主要來自整流電路，因而諧波問題也很嚴(yán)重。可以看到交流側(cè)的電流是一段段的梯形波，而直流側(cè)的電壓也含有紋波，這說明整流器在交流側(cè)和直流側(cè)都要產(chǎn)生高次諧波。
變壓器的諧波電流是由其勵(lì)磁回路的非線性引起的。加在變壓器上的電壓通常是正弦電壓，因此鐵芯中磁通也是按照正弦規(guī)律變化的，但是由于鐵芯磁化曲線的非線性，產(chǎn)生正弦磁通的勵(lì)磁電流也只能是非線性的，如圖2。圖中勵(lì)磁電流已經(jīng)變?yōu)榧忭敳?，進(jìn)行傅立葉分析可知，其中含有全部奇次諧波，以3次為zui大。
此外，還有許多諧波源，比如電視機(jī)、熒光燈、個(gè)人計(jì)算機(jī)等，它們雖然單臺功率很小，但其龐大的數(shù)量所帶來的諧波污染也是十分嚴(yán)重的。
3諧波對電力設(shè)備以及絕緣的損害
電能質(zhì)量指標(biāo)包括頻率、電壓和波形。交流電的波形是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)交流電的波形應(yīng)該是正弦波，但是由于電力系統(tǒng)中有諧波源的存在，使電壓和電流中都含有一些諧波分量。諧波的存在對電網(wǎng)是一種污染，它使電力設(shè)備所處環(huán)境變化，也對周圍的通信系統(tǒng)和公用電網(wǎng)以外的設(shè)備帶來損害，其危害主要有以下幾個(gè)方面：
（1）諧波使公用電網(wǎng)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(shè)備的效率。
?。?）諧波影響各種電力設(shè)備的正常工作，比如，諧波會使電機(jī)產(chǎn)生附加損耗、機(jī)械振動和過電壓；會使變壓器局部過熱；使電容器、電纜等設(shè)備絕緣老化、壽命縮短以至損壞。
?。?）諧波會引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，加重上述（1）、（2）所帶來的危害。
?。?）諧波會導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置的誤動作，使電氣測量儀表不準(zhǔn)確。
由于諧波的存在會對電網(wǎng)造成危害，因此把諧波分量降低到容許的范圍內(nèi)是保證電能質(zhì)量的一項(xiàng)重要任務(wù)。
4諧波對金屬化膜電容器老化的影響
金屬化膜電容器已大量應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，在很多情況下，比如作為并聯(lián)成套裝置的無功補(bǔ)償或者作為濾波器消除諧波，它都是在諧波干擾下運(yùn)行，因此，研究諧波對金屬化膜電容器壽命的影響十分重要。
具有諧波分量的試驗(yàn)電壓U可由式（1）表示：
U（t）=Um［sin（ωt+ψ）+αsin（hωt）］（1）
式中，ψ為基波與諧波的相位差，h為諧波次數(shù)，α為諧波的峰值系數(shù)（即諧波峰值與基波峰值的比值）。