安防之家讯：cript>电力系统谐波对金属化膜
电容器老化的影响
段乃欣，宁凤辉，邱毓昌
(西安交通大学电力设备
电气绝缘国家重点实验室，陕西西安710049)
电力系统中谐波问题日趋严重，谐波的存在对电力设备及绝缘会造成危害。本文介绍了谐波对金属化膜电容器寿命的影响，并归纳出3个主要影响因素。
关键词：谐波；危害；绝缘寿命；影响因素
1前言
目前，电网中谐波干扰大量涌现，谐波问题日趋复杂，因此这方面课题也越来越受到研究者的重视。谐波的产生与近年来非线性设备的大量采用有很大关系，另外广泛应用的传统
变压器和铁芯电抗器也会产生谐波。国外经验表明，各种非线性电力设备容量的增长率超过电网的发电设备容量的增长率［1］，这一事实说明谐波问题更加突出。谐波的存在会影响整个电网环境，对电力设备以及绝缘造成不利影响。比如，谐波会使电厂设备绝缘老化，从而缩短它们的使用寿命。国内外运行经验表明，受谐波影响而致损坏的电气设备中，电力电容器占有最大比例［1］。现在，金属化膜电容器以其良好的自愈性能在电力系统中得到广泛的应用，因此，有必要了解谐波对金属化膜电容器寿命的影响。本文将介绍电力系统中谐波以及它对金属化膜电容器寿命的影响。
2谐波的产生
电力系统中产生谐波的源主要来自各种非线性用电设备，例如：电力电子装置，电弧炉，家用
电器，以及变压器和铁芯电抗器等。在电力电子装置大量应用之前，最主要的谐波源是电力变压器的励磁电流，其次是发电机，而在电力电子设备大量应用之后，后者成为最主要的谐波源［2］。
在各种电力电子装置中，整流设备所占的比重最大，目前，常用的整流电路大都采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路，比如直流侧采用电容滤波的二极管整流电路，这种电路输入电流的基波分量的相位与电源电压相位大体相同，因此基波功率因数接近于1，但其输入电流的谐波分量却很大，给电网造成严重污染，也使得总的功率因数很低。除此之外，逆变器、直流斩波器的应用也较多，这些装置所需的直流电源主要来自整流电路，因而谐波问题也很严重。例如，图1.a所示的整流器其直流侧m、n点电压和交流侧a相电流波形如图1.b［3］。可以看到交流侧的电流是一段段的梯形波，而直流侧的电压也含有纹波，这说明整流器在交流侧和直流侧都要产生高次谐波。
变压器的谐波电流是由其励磁回路的非线性引起的。加在变压器上的电压通常是正弦电压，因此铁芯中磁通也是按照正弦规律变化的，但是由于铁芯磁化曲线的非线性，产生正弦磁通的励磁电流也只能是非线性的，如图2。图中励磁电流已经变为尖顶波了，进行傅立叶分析可知，其中含有全部奇次谐波，以3次为最大。
此外，还有许多谐波源，比如
电视机、荧光灯、个人计算机等，它们虽然单台功率很小，但其庞大的数量所带来的谐波污染也是十分严重的。
3谐波对电力设备以及绝缘的损害
电能质量指标包括频率、电压和波形［3］。交流电的波形是衡量电能质量的一个重要指标，标准交流电的波形应该是正弦波，但是由于电力系统中有谐波源的存在，使电压和电流中都含有一些谐波分量。谐波的存在对电网是一种污染，它使电力设备所处环境变化，也对周围的通信系统和公用电网以外的设备带来损害，其危害主要有以下几个方面：
(1)谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。
(2)谐波影响各种电力设备的正常工作，比如，谐波会使电机产生附加损耗、
机械振动和过电压；会使变压器局部过热；使电容器、
电缆等设备绝缘老化、寿命缩短以至损坏。
(3)谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，加重上述(1)、(2)所带来的危害。
(4)谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，使电气测量
仪表不准确。
由于谐波的存在会对电网造成危害，因此把谐波分量降低到容许的范围内是保证电能质量的一项重要任务。我国对电网谐波电压的限值如表1所示。
4谐波对金属化膜电容器老化的影响
金属化膜电容器已大量应用于电力系统中，在很多情况下，比如作为并联成套装置的无功补偿或者作为滤波器消除谐波，它都是在谐波干扰下运行，因此，研究谐波对金属化膜电容器寿命的影响十分重要。
具有谐波分量的试验电压U可由式(1)表示：
U(t)=Um［sin(ωt ψ) αsin(hωt)］(1)
式中，ψ为基波与谐波的相位差，h为谐波次数，α为谐波的峰值系数(即谐波峰值与基波峰
值的比值)。
谐波的存[1][2]下一页
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