谐波

二次谐波 谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶(M．Fourier)分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。谐波可以I区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、4、6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz时，2次谐波为lOOHz，3次谐波则是150Hz

对于理想的电力系统，由于三相对称，因此负序和零序分量的数值都为零（这就是我们常说正常状态下只有正序分量的原因）。当系统出现故障时，三相变得不对称了，这时就能分解出有幅值的负序和零序分量度了（有时只有其中的一种），因此通过检测这两个不应正常出现的分量，就可以知道系统出了毛病（特别是单相接地时的零序分量）。下面再介绍用作图法简单得出各分量幅值与相角的方法，先决条件是已知三相的电压或电流（矢量值），当然实际工程上是直接测各分量的。由于上不了图，请大家按文字说明在纸上画图。 编辑本段画图 从已知条件画出系统三相电流（用电流为例，电压亦是一样）的向量图（为看很清楚，不要画成太极端）。 (1 ) 求零序分量 (1 ) 求零序分量：把三个向量相加求和。即A相不动，B相的原点平移到A相的顶端（箭头处），注意B相只是平移，不能转动。同方法把C相的平移到B相的顶端。此时作A相原点到C相顶端的向量（些时是箭头对箭头），这个向量就是三相向量之和。最后取此向量幅值的三分一，这就是零序分量的幅值，方向与此向量是一样的。 (2） 求正序分量 (2） 求正序分量：对原来三相向量图先作下面的处理：A相的不动，B相逆时针转120度，C相顺时针转120度，因此得到新的向量图。按上述方法把此向量图三相相加及取

零序电流互感器

三分一，这就得到正序的A相，用A相向量的幅值按相差120度的方法分别画出B、C两相。这就得出了正序分量。 （3） 求负序分量 (3） 求负序分量：注意原向量图的处理方法与求正序时不一样。A相的不动，B相顺时针转120度，C相逆时针转120度，因此得到新的向量图。下面的方法就与正序时一样了。 通过上述方法大家可以分析出各种系统故障的大概情况，如为何出现单相接地时零序保护会动作，而两相短路时基本没有零序电流。 编辑本段分量与谐波的关系 在这里再说说各分量与谐波的关系。由于谐波与基波的频率有特殊的关系，故在与基波合成时会分别表现出正序、负序和零序特性。但我们不能把谐波与这些分量等同起来。由上所述，之所以要把基波分解成三个分量，是为了方便对系统的分析和状态的判别，如出现零序很多情况就是发生单相接地，这些分析都是基于基波的，而正是谐波叠加在基波上而对测量产生了误差，因此谐波是个外来的干扰量，其数值并不是我们分析时想要的，就如三次谐波对零序分量的干扰。 编辑本段三相负荷不平衡的危害 一、对配电变压器的影响 （1）三相负荷不平衡将增加变压器的损耗： 变压器的损耗包括空载损耗和负荷损耗。正常情况下变压器运行电压基本不变，即空载损耗是一个恒量。而负荷损耗则随变压器运行负荷的变化而变化，且与负荷电流的平方成正比。当三相负荷不平衡运行时，变压器的负荷损耗可看成三只单相变压器的负荷损耗之和。 从数学定理中我们知道：假设a、b、c 3个数都大于或等于零，那么a+b+c≥33√abc 。 当a=b=c时，代数和a+b+c取得最小值：a+b+c＝33√abc 。 因此我们可以假设变压器的三相损耗分别为：Qa＝Ia2 R、Qb= Ib2 R 、Qc =Ic2 R，式中Ia、Ib、Ic分别为变压器二次负荷相电流，R为变压器的相电阻。则变压器的损耗表达式如下： Qa+Qb+Qc≥33√〔（Ia2 R）（Ib2 R）（Ic2 R）〕 由此可知，变压器的在负荷不变的情况下，当Ia=Ib=Ic时，即三相负荷达到平衡时，变压器的损耗最小。 则变压器损耗： 当变压器三相平衡运行时，即Ia=Ib=Ic=I

时，Qa＋Qb＋Qc=3I2R； 当变压器运行在最大不平衡时，即Ia=3I，Ib=Ic＝0时，Qa=(3I)2R=9I2R=3(3I2R)； 即最大不平衡时的变损是平衡时的3倍。 （2）三相负荷不平衡可能造成烧毁变压器的严重后果： 上述不平衡时重负荷相电流过大（增为3倍），超载过多，可能造成绕组和变压器油的过热。绕组过热，绝缘老化加快；变压器油过热，引起油质劣化，迅速降低变压器的绝缘性能，减少变压器寿命（温度每升高8℃，使用年限将减少一半），甚至烧毁绕组。 （3）三相负荷不平衡运行会造成变压器零序电流过大，局部金属件温升增高： 在三相负荷不平衡运行下的变压器，必然会产生零序电流，而变压器内部零序电流的存在，会在铁芯中产生零序磁通，这些零序磁通就会在变压器的油箱壁或其他金属构件中构成回路。但配电变压器设计时不考虑这些金属构件为导磁部件，则由此引起的磁滞和涡流损耗使这些部件发热，致使变压器局部金属件温度异常升高，严重时将导致变压器运行事故。 二、对高压线路的影响 （1）增加高压线路损耗： 低压侧三相负荷平衡时，6～10k V高压侧也平衡，设高压线路每相的电流为I，其功率损耗为： ΔP1 = 3I2R 低压电网三相负荷不平衡将反映到高压侧，在最大不平衡时，高压对应相为1.5I，另外两相都为0.75 I，功率损耗为： ΔP2 = 2（0.75I）2R＋（1.5I）2R = 3.375I2R =1.125（3I2R）； 即高压线路上电能损耗增加12.5％。 （2）增加高压线路跳闸次数、降低开关设备使用寿命： 我们知道高压线路过流故障占相当比例，其原因是电流过大。低压电网三相负荷不平衡可能引起高压某相电流过大，从而引起高压线路过流跳闸停电，引发大面积停电事故，同时变电站的开关设备频繁跳闸将降低使用寿命。 三、对配电屏和低压线路的影响 （1）三相负荷不平衡将增加线路损耗： 三相四线制供电线路，把负荷平均分配到三相上，设每相的电流为I，中性线电流为零，其功率损耗为： ΔP1 = 3I2R 在最大不平衡时，即某相为3I，另外两相为零，中性线电流也为3I，功率损耗为： ΔP2 = 2（3I)2R = 18I2R = 6（3I2R)； 即最大不平衡时的电能损耗是平衡时的6倍，换句话说，若最大不平衡时每月损失1200 kWh，则平衡时只损失200 kWh，由此可知调整三相负荷的降损潜力。 （2）三相负荷不平衡可能造成烧断线路、烧毁开关设备的严重后果： 上述不平衡时重负荷相电流过大（增为3倍），超载过多。由于发热量Q＝0.24I2Rt，电流增为3倍，则发热量增为9倍，可能造成该相导线温度直线上升，以致烧断。且由于中性线导线截面一般应是相线截面的50％，但在选择时，有的往往偏小，加上接头质量不好，使导线电阻增大。中性线烧断的几率更高。 同理在配电屏上，造成开关重负荷相烧坏、接触器重负荷相烧坏，因而整机损坏等严重后果。 四、 对供电企业的影响 供电企业直管到户，低压电网损耗大，将降低供电企业的经济效益，甚至造成供电企业亏损经营。农电工承包台区线损，线损高农电工奖金被扣发，甚至连工资也得不到，必然影响农电工情绪，轻则工作消极，重则为了得到钱违法犯罪。 变压器烧毁、线路烧断、开关设备烧坏，一方面增大供电企业的供电成本，另一方面停电检修、购货更换造成长时间停电，少供电量，既降低供电企业的经济效益，又影响供电企业的声誉。 五、 对用户的影响 三相负荷不平衡，一相或两相畸重，必将增大线路中的电压降，降低电能质量，影响用户的电器使用。 变压器烧毁、线路烧断、开关设备烧坏，影响用户供电，轻则带来不便，重则造成较大的经济损失，如停电造成养殖的动植物死亡，或不能按合同供货被惩罚等。中性线烧断还可能造成用户大量低压电器被烧毁。

对于中性点不接地的10kv系统，值班人员经常会遇到三相对地电压表不平衡的情况。如果对此认识不足，不但找不到问题的所在，而且还因寻找故障时间太长而造成事故的扩大，导致用户供电的中断。

(1)正常运行时的电压不平衡现象。

1)当线路发生单相金属性接地。二健全相的对地电压由相电压升至线电压，这就产生了中性点的位移。中性点位移电压的方向与接地相电压相反，大小相等。

如果用重合闸对线路进行试拉前，应对站内的TV的高、低压熔丝进行检査，以免造成用户不必要的损失。

2)系统发生谐振。系统发生谐振时，可能引发TV的三相对地电压的不平衡。此时,10kV对地电压表反应一相、二相或三相对地电压的升髙，或伴随着表计的低频摆动，并在TV的开口三角产生较大幅值的电压，并发出接地信号。

3)电压互感器（TV）高压辦丝熔断。表计所反映的是熔断相电压下降，但不为零。因为熔断相的铁心里尚有磁通，会有一定的感应电压，其他二相对地电压为正常。由于断相造成三相电压的不平衡，在开口三角处也应反映出不平衡的零序电压，也能发出接地信号。如A相熔丝熔断，此时零序电压所反映出的电压值为100/3>30V。30V为零序电压继电器启动电压，发出接地信号。 4)电压互感器（TV）低压溶丝熔断表计所反映的是熔断相电压为零，其他一相对地电压正常。因高压三相对地电压是平衡的，所以在开口三角处也反映不出零序电压。接地不会发信号。 5)主变压器送空载母线时发生“某段母线接地”光字牌亮， 瞀铃响，中央信号屏显示对地电压一相降低，二相升高。站内无接地现象。这类现象只需送一条出线，接地就消失。这类现象大多系髙压侧断路器合阐时三相非同期所致。 (2) TV中性点击穿保险击穿后出现不平衡现象。变电站一般采用三相五柱式电压互感器组成绝缘监视装晋，如图2-10 所示。

一次侧发生单相接地时，接于接地相的TV高压绕组被短路，对于该相的二次绕组输出的电压等于零，开口三角绕组便有不平衡电压输出，接地信号继电器励磁，绝缘监视装置发出接地信号。一般情况下，该装置能正确的发现一次侧的故障和正确判别发生故障的相别。但有时也会发出错误的信号，并造成虚假的接地信号。例如，某变电站值班人员发现10kv母线有接地现象，UA=6.1kV, UB=0，UC = 6. 2kV,向调度汇报后，按现场 运行规程规定的拉闸顺序，对出线逐条试拉，接地未消除。检査TV,发现B相卨、低压熔丝均熔断。更换熔丝后，A相对地电压为10.4kV, B相对地电压为OkV，C相对地电压10. 5kV。再检査主变压器、站变压器、TV等母线设备均无问题。

从图2-10接线可见，TV的二次侧中性点是经JRD击穿保险接地，二次的b相固定（在接线端子B600处）接地。从故障现象可知第一次电压不平衡（即UA=6.lkV, UB=0,Uc=6.2kV,)时，这种现象应是低压b相熔丝熔断或髙、低压b相熔丝同时熔断。检查的情况是如上所述。在对JRD击穿保险进行检,发现它已被击穿使得二次b相短路，并引发商压B相熔丝熔断第二次史换保险后，A相对地电压为10.5kV，B相对地电压为OkV，C相对地电压为10.6kVA是一明显的接地 现象，拉开所有出线，信号还是未能消除。母线及TV也没有接地，考虑到TV二次侧b相曾有过短路，且接地的b相与地同电位，所以b相的端电压为0,故b相的输出也为0。一次侧没有接地的可能。因此，二次绕组还有零序电流互感器并在铁心里产生零序磁通，使A、C相电压升为线电压。当取FJRD后，中性点接地也即消失，二次系统恢复正常。