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電力系統諧波對金屬化膜電容器老化的影響
點擊次數：519 發布時間：2012-7-5
電力系統中諧波問題日趨嚴重，諧波的存在對電力設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個主要影響因素。
1前言
目前，電網中諧波干擾大量涌現，諧波問題日趨復雜，因此這方面課題也越來越受到研究者的重視。諧波的產生與近年來非線性設備的大量采用有很大關系，另外廣泛應用的傳統變壓器和鐵芯電抗器也會產生諧波。國外經驗表明，各種非線性電力設備容量的增長率超過電網的發電設備容量的增長率，這一事實說明諧波問題更加突出。諧波的存在會影響整個電網環境，對電力設備以及絕緣造成不利影響。比如，諧波會使電廠設備絕緣老化，從而縮短它們的使用壽命。國內外運行經驗表明，受諧波影響而致損壞的電氣設備中，電力電容器占有zui大比例。現在，金屬化膜電容器以其良好的自愈性能在電力系統中得到廣泛的應用，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中諧波以及它對金屬化膜電容器壽命的影響。
2諧波的產生
電力系統中產生諧波的源主要來自各種非線性用電設備，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用之前，zui主要的諧波源是電力變壓器的勵磁電流，其次是發電機，而在電力電子設備大量應用之后，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，因此基波功率因數接近于1，但其輸入電流的諧波分量卻很大，給電網造成嚴重污染，也使得總的功率因數很低。除此之外，逆變器、直流斬波器的應用也較多，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重。可以看到交流側的電流是一段段的梯形波，而直流側的電壓也含有紋波，這說明整流器在交流側和直流側都要產生高次諧波。
變壓器的諧波電流是由其勵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律變化的，但是由于鐵芯磁化曲線的非線性，產生正弦磁通的勵磁電流也只能是非線性的，如圖2。圖中勵磁電流已經變為尖頂波了，進行傅立葉分析可知，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、熒光燈、個人計算機等，它們雖然單臺功率很小，但其龐大的數量所帶來的諧波污染也是十分嚴重的。
3諧波對電力設備以及絕緣的損害
電能質量指標包括頻率、電壓和波形。交流電的波形是衡量電能質量的一個重要指標，標準交流電的波形應該是正弦波，但是由于電力系統中有諧波源的存在，使電壓和電流中都含有一些諧波分量。諧波的存在對電網是一種污染，它使電力設備所處環境變化，也對周圍的通信系統和公用電網以外的設備帶來損害，其危害主要有以下幾個方面：
（1）諧波使公用電網中的元件產生了附加的諧波損耗，降低了發電、輸電及用電設備的效率。
（2）諧波影響各種電力設備的正常工作，比如，諧波會使電機產生附加損耗、機械振動和過電壓；會使變壓器局部過熱；使電容器、電纜等設備絕緣老化、壽命縮短以至損壞。
（3）諧波會引起公用電網中局部的并聯諧振和串聯諧振，從而使諧波放大，加重上述（1）、（2）所帶來的危害。
（4）諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作，使電氣測量儀表不準確。
由于諧波的存在會對電網造成危害，因此把諧波分量降低到容許的范圍內是保證電能質量的一項重要任務。
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用于電力系統中，在很多情況下，比如作為并聯成套裝置的無功補償或者作為濾波器消除諧波，它都是在諧波干擾下運行，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，α為諧波的峰值系數（即諧波峰值與基波峰值的比值）。