柴发机组的电话谐波因数THF和干扰影响系数TIF

　　摘要：随着科学技术的发展，PLC智能控制在柴发机组的应用越来越广泛。柴油发电机组控制机构的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运转，而控制装置的抗干扰能力是关系到整个供电可靠运行的关键。目前控制机构是直接装配在装备上，因此，大多数作业因素处于备用发电机电路和备用发电机设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高柴发机组可靠性，电力系统布置人员只有预先通晓各种干扰才能有效保证装置可靠运行。  

　　      “谐波”一词起源于声学山东康明斯发电机。有关谐波的数学解惑在18世纪和19世纪已经奠定了良好的基本。傅里叶等人提出的谐波论述步骤至今仍被广泛运用。电力装置的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。1945年J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波讨论的经典论文。

　　      到了50年代和60年代，因为高压直流输电技术的发展，发表了有关变流器引起电力装置谐波问题的大量论文。70年代以来，因为电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。世界各国都对谐波问题予以充分和关注。国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电装备谐波的标准和规定。

　　      谐波研究的意义是由于谐波的危害十分严重。谐波使电能的生产、传输和利用的效率减轻，使电气装置过热、产生振动和噪音，并使绝缘老化，使用时限缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可致使电力机构局部并车谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等装置烧毁。谐波还会致使继电保护和自动装备误动作，使电能计量发生混乱。对于电力机构外部，谐波对通信装备和电子装备会产生严重干扰。

　　      理想的发电机所供应的电压应当是单一而固定的频率以及规定的电压幅值。谐波电流和谐波电压的发生，对发电机是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，也对周围的能耐电力电子装备广泛运用以前，人们对谐波及其影响就进行过一些研究，并有一定认识，但那时谐波污染还需要严惩没有引起足够的重视。谐波对发电机和其他系统的危害大致有以下几个方面。

　　（1）谐波使发电机中的元件产生了附加的谐波损耗，减小了发电、输电及用电装置的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路偏热甚至产生火灾。

　　（2）谐波危害各种电气装备的正常工作。 谐波对电机的影响除致使附加损耗外亳州康明斯发电机，还会发生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重偏热。谐波使电容器、电缆等装置偏热、绝缘老化、寿命缩短，以至事故。

　　（3）谐波会致使发电机中局部的并车谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至导致严重事故。

　　（5）谐波会对邻近的通信系统发生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者引起住处丢失，使通信机构无法正常工作。

　　      为处理发电机电子设备和其他谐波源的谐波污染问题，基本思路有两条：一条是装设谐波补偿设备来补偿谐波，这对各种谐波源都是适合的；另一条是对电力电子设备本身进行改造，使期不产生谐波，且容量因数可控制为1，这当然只适用于作为详细谐波源的电力电子装备。

　　      装设谐波补偿装备的传统举措就是采取LC调谐滤波器。这种方法既可补偿谐波，又可补偿无功功率，而且结构简易，一直被广泛使用。这种方案的详细弊端是补偿特征受大电阻抗和运转状态危害，易和系统产生并列谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。此外，它只能补偿固定频率的谐波，补偿效果也不甚理想。

　　      谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，一般称为高次谐波，而基波是指其频率与工频(50Hz)相同的分量。 

　　       根据全国科学技术名词审定委员会规定，电话谐波因数（THF）就是指电压波形中基波及各次谐波有效值加权平方和的平方根值与整个波形高效值的百分比，因高次谐波产生的危害称为电话谐波系数，即THF。 

　　       因为交流发电机的电压数据并不可能达到恒定无变化状态，通常在国际或国家所规定的电压范围上下幅度波动，这些波动会对通信机构的通话质量和联络质量带来一定的影响和干扰，其对电话的影响称为电话危害系数TIF。

　　国家标准《GB 755-2008 旋转电机定额和性能》对电话谐波因数测定有明确的计算公式，如下：

　　       该公式关键在于加权系数λn的数值获取。标准中提供了部分频率的加权系数，对于基波频率不是50Hz的信号，大部分频率的谐波标准中没有提供，需要自己选择插值运算获取。大多电机检验测定设备未提供THF指标。AnyWay变频功率阐释仪能够在检修的同时运算并显示电机试验国家标准中定义的THF、HVF、K、THD、HC等指标。

　　      国家标准GB755规定，发电机的空载线电压正弦畸变率必须小于5%。有些专业标准还规定了线kVA的同步发电机，THF应小于5%；对于功率在1000～5000kVA的同步发电机，THF应小于3%；对于容量在5000kVA以上的同步发电机，THF应小于1.5%。某些特殊运用场合的同步发电机(如军用发电机)，除了对上述两项指标做出规定外，还对输出电压波形的偏离系数、单次谐波含量等指标做出更加严格的规定淮南康明斯发电机。

　　      鉴于以上电压高次谐波的影响和标准规范对电压高次谐波的限制，发电机规划时必须采用相应对策，对电压高次谐波进行削弱和抑制。

　　产生电势高次谐波的起因具体有两大类：一是主极磁场非正弦分布致使的电势高次谐波；二是因为定子开槽引起的电势齿谐波。

　　     1、电线，对电话的危害

　　     2、电线%，因高次谐波出现的对电话的危害。

　　   注意：数据中心对于容量小于62.5kVA的机组，其线电压的电话谐波因数（THF）应不大于8%。 容量不小于62.5kVA的机组，其线电压的电话谐波因数（THF）应不大于5%。

　　       共模干扰和差模干扰是一种比较常载的类型办法。共模干扰是信号对地面的电位差，具体由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压送加所形成。共模电压有时较大，特别是采取隔离性能差的电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件故障(这就是一些系统I/O模件损坏率偏高的原由)，这种共模干扰可为直流、亦可为交流。 

　　      影响PLC控制系统的干扰源于通常危害工业控制设备的干扰源一样，大都发生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。干扰类型通常按干扰产生的因由、噪声的干扰模式和噪音的波形性质的不一样划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪音、浪涌噪音、高频振荡噪声等；按噪音的波形、性质不一样，分为持续噪音、偶发噪音等；按声音干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。 

　　     差模干扰是指用于信号两极间得干扰电压，具体由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接迭加在信号上，直接影响检测与控制精度。

　　      近30年来，发电机电子设备的运用日益广泛，也使得电力电子设备成为最大的谐波源。在各种发电机电子装置中，整流装备所占的比例最大。目前，常用的整流电路几乎都采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路，其中以三相桥式和单相桥式整流电路为最多。带阻感负载的整流电路所产生的谐波污染和容量因数滞后已为人们所领悟。直流侧采用电容滤波的二极管整流电路也是严惩的谐波污染源。这种电路输入电流的基波分量相位与电源电压相位大体相同，因而基波功率因数接近1。 但其输入电流的谐波分量却很大，给市电造成严重污染，也使得总的容量因数很低。另外，采用相控方式的交流电力调整电路及赫兹变流器等电力电子装备也会在输入侧出现大量的谐波电流。

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