无功补偿不投用所产生的危害

石硕

摘要：我厂主传动由于冲击负荷对功率因数变化较大，不仅増大线路损耗及电压偏移，对电网和本身电气设备的安全运行也受到影响。因此需要对轧钢机生产线进行无功补偿和滤波，降低对电网电能质量的影响。

关键词：谐波 电压 电能质量

1 谐波的危害

1.1 谐波对旋转电机的影响

（一）谐波损耗

谐波会引起旋转电机过热，该发热主要是由谐波损耗引起的。谐波损耗主要包括铜耗和铁耗。

铜耗是指电流流过绕组时，因为绕组电阻原因而产生的损耗，谐波会使铜耗增加。

铁耗是指发生在铁心中的损耗，主要包括磁滞损耗和涡流损耗两部分。磁滞损耗是由铁心磁化极性反转造成的，其大小取决于磁通密度的最大值、交流电流頻率以及磁性材料的尺寸和质量。

涡流损耗是由涡流电流引起的损耗，涡流电流是由旋转电机的电枢铁心在磁场中旋转引起的。由谐波引起的涡流损耗增加大于由谐波引起的磁滞损耗增加。

（二）脉动转矩

脉动转矩是由谐波磁场与基波磁场相互作用产生的，这些脉动转矩将会造成噪声干扰、热损耗，严重时甚至会造成电机损坏。对于汽轮发电机组，脉动转矩可能会造成轴系、旋转元件和叶片的扭振和弯曲，导致电机损毁。

1.2 谐波对变压器的影响

（1）附加损耗

在基波频率下运行时，变压器的损耗很小，但是其附加损耗受电压畸变影响较大，而且还受到畸变电流的较大影响。附加损耗包括谐波电流所引起的涡流损耗以及谐波电压所引起的变压器铁心损耗。附加损耗可用下式进行估算：

式中，Ih—流经变压器的h次谐波电流;RT—变压器工频等值电阻;KhT—由谐波集肤效应和邻近效应使电阻增加的系数，当h为5、7、11、13时，该值可分别取2.1、2.5、3.2、3.7。

3次及其倍数次的零序性谐波对普通变压器的影响非常大，零序性谐波将在三角形接线的绕组中形成环流。如果在变压器设计时不予考虑，该环流将会导致变压器绕组过热。

（2）谐振问题

变压器等效电感可能与电力系统中广泛存在的并联电容或分布电容发生谐振。对于全星形接线变压器，正常运行时每相绕组可能含有较大3次谐波电压，若绕组中性点接地且电网中分布电容较大或有中性点接地的并联电容时，可能构成3次谐波谐振的条件，使3次谐波电压和励磁电流中的3次谐波电流过大，附加损耗增加，严重影响变压器的可靠性。

（3）过载问题

谐波可能会导致变压器过载，使变压器过热或损坏。例如，对于星型接地变压器，当电流中只含有8%的3次谐波时，变压器已经在额定负荷以下过热。

1.3 谐波对线路的影响

（1）产生附加损耗

谐波电流流过输电线时，将会产生附加损耗，可以表示为：

式中，Rh—h次谐波频率下的线路阻抗;

考虑集肤效应和邻近效应时，线路阻抗Rh将会随着频率的升高而增加，谐波产生的附加损耗也越大。

（2）增加线路电压降

谐波电流在线路阻抗上会产生电压降，给短路容量较小短路阻抗较高的“弱系统”造成的电压影响比短路容量较大的“强系统”严重。

（3）影响电路电晕电压

谐波电压引起的电压波形畸变会影响线路的电晕电压，其对电晕产生和熄灭水平的影响与电压的峰值有关。而电压的峰值取决于谐波与基波的相位关系，当谐波电压和基波电压峰值重合时，可能发生电压有效值低于规定值但电压峰值却超过规定值的情况，使线路的电晕问题更为严重。

（4）对电缆的影响

谐波电流流经电缆，会导致电缆的电阻损耗和介质损耗增加。由于电缆绝缘电容承受能力有限，高次谐波会引起电缆内耗加大，电缆发热，缩短电缆的使用寿命，造成电缆的过负荷或过电压击穿。

1.4 谐波对电器设备的影响

谐波造成电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，甚至损坏。各种电气设备的正常工作都会受到谐波影响，从而产生过热、振动和噪声等现象，加速电气设备的绝缘老化，缩短了实际使用寿命，甚至发生故障或烧毁事故。

1.5 谐波对通信设备的影响

谐波还会对通信系统以及电子计算机系统产生较大干扰，比较轻微的情况是产生噪声，通信质量受到影响，严重时将出现信息丢失等情况，严重影响通信系统以及计算机系统的正常工作。

1.6 谐波对保护、计量设备的影响

谐波还可能引起继电保护装置的误动作，电能计量也可能因此受到干扰，出现计量错误。

2 电压波动和闪变的危害

① 急剧的电压波动会使电动机发生振动，导致电动机寿命降低，生产的产品质量及产量降低。

② 电子仪器、电子计算机、自动控制设备等不能正常运行，运行准确性受到影响;

③ 闪变使照明设备忽明忽暗，影响人的视觉感受及劳动效率。

④ 使得电视机画面亮度随电压波动而变化，屏幕画面出现波动。

⑤ 电网故障会引起严重的电压波动和闪变，影响负荷的正常运行，甚至导致某些负荷停运，影响人们的生产及生活。

3 供电电压偏差

用电设备的各项运行指标以及理论寿命都是在设备所运行电网的额定电压来讲的。如果用电设备的供电电压产生偏差时，设备的实际运行状态与实际寿命会发生改变，变化程度由电压偏差的大小、持续的具体时间以及用电设备的实际情况决定。其危害主要包含以下两个方面：

① 对电动机的危害：供电系统电压的高低直接影响电动机中的电流、效率等主要参数。如果供电系统电压高于电网额定电压，电动机的转矩变大，向联动轴上施加应力变大，有可能引起电动机发生振动而损坏，还可能降低电动机内绕组的绝缘水平;如果供电系统电压低于电网额定电压，电动机的转距变小、转速变慢，电流变大，电动机产生温升变大，电动机内线圈发热，电动机的使用寿命变短，绝缘老化加剧，最终将导致电动机烧毁。

② 电力系统实际运行电压低于电网额定电压，因电压不稳定可能会造成电力系统发生电压崩溃，电力系统甚至会因此瓦解，造成大量用户大面积停电的重大事故。

（河北钢铁集团邯钢中板厂 056000）