电厂发电机的谐波危害分析和测试

电厂发电机的谐波危害分析和测试

窦军华

（内蒙古霍煤鸿骏铝电有限责任公司电力分公司内蒙古029200）

摘要：电厂发电机谐波[1]是一个周期电气量中频率为基波频率的整数倍的正弦波分量，也是衡量电网电能质量的重要标准。谐波问题降低了微电网的电能质量和供电可靠性，影响了微电网的安全、稳定运行。因此，谐波对于电厂发电机的危害不容忽视，谐波的检测与抑制技术一直是电厂发电机中的研究热点[2-3]。研究准确的微电网谐波检测方法，对设计高效、实时的谐波抑制及补偿装置，实现微电网谐波的综合治理，具有重要的意义。本文提出，将谐波从数值信号计算至幅值、相角等数值的过程，划分为两个阶段，即：以分析信号为主，对原始信号进行降噪，以获得较精确信号的谐波信号分析阶段；以及旨在改进检测方法，以获得较高精度的谐波参数为目的的谐波信号检测阶段。

关键词：电厂发电机；谐波危害分析；测试

随着我国电力行业的不断发展，电厂发电机谐波危害程度不断加深，已经给电网环境和供电环境带来了一定的影响。那么就需要关注电厂发电机谐波危害问题，深入分析当下电厂发电机谐波危害涉及到了各种安全隐患问题，构建具有等效性特征的模型，对电厂发电机谐波危害分析之后，计算出发电机谐波危害下的稳定脉动电磁转矩和稳定电磁转矩，通过实验测试电厂发电机谐波危害的各种影响因素，深入分析电厂发电机斜坡危害造成的很多严重隐患。

1、电厂发电机谐波的产生过程

非线性负载在这个过程中不可避免会产生畸形波形，将这些波形注入电网以后，那么就会给整个电网造成很多危害，现阶段社会很多电力研究者广泛关注的问题就是谐波引起的电能质量变化。比如说继电保护装置、通讯装置、电容器组，这些电力设备都会受到谐波的影响，很多电厂发电机根本无法避免这些严重的危害，不单单会给发电机本身造成不利影响，还会牵扯到很多电力用户。那么在电厂发电机谐波危害分析和测试过程中，能够确保电网用户和发电机的安全稳定运行，具有研究价值。

总体来看，电厂发电机工作的整个过程，涉及到输电、发电、用电和配电，在发电机工作的整个过程中用电过程产生的谐波最多，完全对称是发电机三相绕组必要的组成部分，这确保发电机内部铁心均匀一致，此过程会产生大量的谐波，并且会受到环境工艺制作技术等因素的干扰，这过程中同样会产生一定的谐波。大数量的电力变压器是配电系统和输电系统中存在的相应设备，并且谐波出现的频率会发生变化，变压器铁心饱和度越强，工作点就会偏离线性，那么产生的谐波电流就会变得很大，超过三次严重的谐波电流就会达到额定电流的6%左右。

2、谐波检测

通过信号分析得到一个噪声较少的信号后，通过各种改进的傅利叶变换即可得到各次谐波对应的幅值、频率、相角，从而通过其他装置消除电力系统中的各次谐波。

2.1加窗函数的傅利叶变换

理想的电力系统谐波信号应满足式（1）：

（1）

其中i为各谐波次数，Ai、φi分别为各次谐波对应的幅值和相角。实际检测中，信号通过各式各样的仪器检测到，具有不同的采样周期F和采样长度L。因此须对s*（n）加矩形窗，使其变成一个离散的信号s（n），离散信号s（n）具有以下性质：

（2）

其中Ts是相邻两个采样点之间的时间间隔，存在关系Ts=1/Fs。大量研究表明，对于离散信号s（n）。其长度L的若不满足为基波周期，即f0=50Hz，的整数倍，则傅利叶变换中存在频谱能量泄漏现象，变换结果具有较大误差。傅利叶变换公式如式（3），其结果如图2所示：

（3）

理想的傅利叶变换结果应如图2下方所示，各次谐波对应的频率峰值明显。针对频谱能量泄漏问题，解决方法之一是对原始信号长度L进行截断，使其满足“为基波频率整数倍”这一条件，但该方法粗暴地舍去部分长度信号，其是否合理仍有待考证。

2.2谐波去噪分析

相比于单独使用WT，该方法每次去噪时只针对一个高频分量，因此能够将去噪频率范围限制在较高区间内，一定程度上防止过度去噪的发生。该算法通过对小波变换得到的系数进行过滤从而实现去噪。仿真表明，EEMD几乎无法分离出噪声分量。基于小波的阈值去噪也无法得到有效结果，甚至于，在信噪比较高时，会出现过度检测的现象，去噪后信号严重失真。因此如何在信噪比较高的情况下（噪声含量十分微弱），对信号进行去噪，仍是一个有待研究的问题。

3、现阶段电厂发电机谐波危害性分析和测试

3.1电厂发电机谐波会对变压器造成危害

电厂发电机运行过程中产生的大量谐波对电网造成的危害很大，特别是对变压器的影响，在工作的整个过程中，出现的基波电流和谐波电流会通过变压器这一装置，变压器出现严重饱和情况是是受到高频率谐波的影响。在这一个过程，变压器的磁通和铜损会受到大强度的消耗，进一步加大了变压器的噪音，导致变压器不能完成相应的负荷输出任务，当谐波的频率到达峰值时，变压器就会出现绝缘破坏，这对于电网和配电室的安全运行有很大的安全隐患。

3.2电厂发电机谐波会对电容器造成危害

电厂发电机运行过程中产生大量的谐波会对电容器造成一定的影响，由于频率和容抗在电容器中成反比，频率越低电容器的容抗就越高，频率越高电容器的容抗就越低，在较高频率的条件下，电容器中会经过更多的谐波，那么加大了整个电容器的工作负担。在这个过程中，电容器过载就会造成损害，还有就是在整个过程中出现的高频率谐波会导致电容器产生谐振现象，一旦出现较高频率的谐振就会更大强度上损害电容器，从一定程度上引发电容器着火、漏液或爆炸，从而引发整个电厂发电机大面积损坏，影响正常的日常供电。

3.3电厂发电机谐波对自动装置和继电保护的危害

电厂发电机在工作过程中会产生大量的谐波，谐波会对整个电厂发电过程造成一定的影响，电厂发电机运行过程中产生的谐波会对自动装置和继电保护装置造成影响。特别是由电流信号和电压信号启动出现的启动软件或继电保护装置，当波动的程度到达一个定值，再加多谐波叠加过程中超过了综合量的动作值，电流和电压继电器一旦启动，出现的谐波就会变得很敏感，这些电路在工作过程中输送出来的波量很小，牵扯到的元件整定值很低，所以输出量的谐波含有率很高，这样就会造成谐波大量堆积产生较大的动作量。

3.4电厂发电机谐波对相应其他电力设备的危害

电厂发电机在工作过程中会产生大量的谐波，出现了这些谐波会危害到很多电力设备，谐波的出现会产生集肤效应对发电机的铁磁设备有很大的影响，铁磁设备消耗的功率会明显增大，并且在这个过程中会产生大量的热量，发电机绝缘提前老化就会出现噪音大、震动强、过热等问题，特别是电路输送过程中电缆温度过高，就会造成严重的绝缘老化。发电机在运行过程中产生大量的谐波会对电网造成一定的危害，降低了非线性负载的功率，产生的无功功率明显增大，频率和波形也发生了巨大的变化，甚至可能会引起保护拒动和误动、录波装置误动等问题。

结束语：

综上所述，针对现阶段电厂发电机谐波产生的危害，需要对整个过程进行测试，根据谐波产生和传播的主要特征，采取补偿隔离和减小措施，特别是在配电网中，检测完谐波以后，考虑谐波的污染度，从一定程度上来降低谐波对发电机的危害程度。

参考文献：

[1]刘思思.浅谈洗煤厂机电安装中电气节能措施[J].装备制造技术，2016，23（02），175.

[2]马文莉.洗煤厂机电安装中电气节能措施[J].河南科技，2015，21（02）：155.

[3]张江.浅谈洗煤厂机电安装中电气节能措施[J].机电信息，2016，18（12）：612-613.