THD өзін-өзі жүк: Армоникалар қалыптастыру құрылғыларын қалай жою атқарады
Кезде жалпы тармандық THD шектерінен ашық болғанда (мисалы, напряжение THDv > 5%, ток THDi > 10%), бұл барлық энергия цепи — Транзит → Тарату → Өндіру → Басқару → Жабысу үшін жабдықтарға органикалық зиян береді. Негізгі механизмдер қосымша жойылу, резонансиялық өтеу токтары, моментау өсу-кемулері және сапалық кедергілер. Зиян беру механизмтері мен белгілері жабдық түріне байланысты әртүрлі болады, төмендегідей:
1. Транзиттік жабдықтар: Атырау, желкилеу және өмір мерзімінің өтеуі
Транзиттік жабдықтар тікелей тармандық ток/напряжение қолданады. Армоникалық токтар энергия жойылуын және изоляцияның қысқартуын қатыстырады. Негізгі ескертуге тұратын компоненттер - транзиттік жолдар (кабель/жоқшы жолдар) және ток трансформаторлары (CTs).
1.1 Транзиттік жолдар (кабель / жоқшы жолдар)
Зиян беру механизми: Жоғары армоникалық дауыстар "көбірек эффектін" қатыстырады (жоғары дауыстардың токтары проводниктың бетінде концентратталады, әсерінің поперечного сечениясын азайтады), жолдың қарғысын арттырады. Қосымша медь жойылуы армоникалық ретінің квадратына пропорционалды (мисалы, 5-ші армоникалық медь жойылуы негізгісінен 25× артық).
Соңғы зияндар:
Атырау: THDi = 10% болғанда, медь жойылуы рейтингдік шарттарға қарағанда 20%-30% артық. Кабель температурасы 70°C-ден 90°C-ке дейін өседі (изоляция ұстануынан ашық), XLPE сыбынының желкилеуі мен жарылуы ынталады.
Өмір мерзімінің өтеуі: Узақ уақыт бойы атырау кабель өмір мерзімін 30 жылдан 15–20 жылға өтеуге алып келеді, олардың ішінде "изоляция жығылуы" және жабыс сілтеме қателері мүмкін. (Бір жыл ішінде үшінші армоникалық токтың өтеуінен екі 10кВ кабель жығылып, төлемдері 800,000 RMB-ден ашық болды.)
1.2 Ток трансформаторлары (CTs)
Зиян беру механизми: Армоникалық токтар (әсіресе үшінші және бесінші) CT демір құймағын "түрлендіру" жасайды, қатыстырылған және вихрь токтарының қосымша жойылуын (қосымша демір жойылуын) қатаң арттырады. Түрлендіру екінші жағындағы шығыс сигналын қырғылауын, негізгі токты туынды емес түрде көрсетеді.
Соңғы зияндар:
Демір құйма атырауы: CT демір құйма температурасы 120°C-ге дейін өседі, екінші жағындағы виткалардың изоляциясы жарылады, қатынастың туынды емес өзгеруін ынталады.
Қорғау қателері: Екінші жағындағы токтың қырғылауы қорғау релелерін (мисалы, өтеу токтың қорғауы) "қысқарту" деп қате анықтауын ынталады, жабыс қателерін ынталады. (Бөлшекті тармандықта CT түрлендіруінен 10 фидер қатесі болды, 20,000 үйді әсер етті.)
2. Тарату жабдықтары: Кездесіп келе жатқан қателер, жүйе стабилділігінің жоғалуы
Тарату жабдықтары тармандықтың "жоғары және төмен" бөліктерін байланыстырудың маңызды элементтері. THD шектерінен ашық болғанда, бұл ең тікелей зиян береді. Негізгі ескертуге тұратын құрылғылар - энергия трансформаторлары, конденсаторлық банкалар және реакторлар.
2.1 Энергия трансформаторлары (Тарату / Негізгі трансформаторлар)
Зиян беру механизми: Армоникалық напряжение трансформатор құймағында магниттік қатыстыру және вихрь токтарының қосымша жойылуын (қосымша демир жойылуын) қатыстырады; армоникалық токтар виткалардың медь жойылуын арттырады. Олардың бірге қосындысы жалпы жойылуын қатаң арттырады. Сымметриясыз үшфаза армоникалық токтар нейтраль токты (фаза токтан 1.5×-ға дейін) арттырып, локалдық атырауды қатыстырады.
Соңғы зияндар:
Демір құйма атырауы: THDv = 8% болғанда, трансформатор демір жойылуы 15%-20% артық. Демір құйма температурасы 100°C-ден 120°C-ке дейін өседі, изоляция масла (мисалы, 25# трансформатор масы) ынталады, кислоталықтық артық, диэлектрикалық қуаты төмендейді.
Виткалардың жығылуы: Узақ уақыт бойы атырау виткалардың изоляция катышы (мисалы, Nomex) карбонизацияланады, олардың ішінде жабыс сілтеме қателері мүмкін. Субстанцияның 110кВ негізгі трансформаторы үш жыл ішінде бесінші армоникалық токтың өтеуінен виткаларының жабыс сілтемесі болды, төлемдері 5 миллион RMB-ден ашық болды.
Өмір мерзімінің өтеуі: Узақ уақыт бойы THD өтеуі трансформатор өмір мерзімін 20 жылдан 10–12 жылға өтеуге алып келеді.
2.2 Параллель конденсаторлық банкалар (реактивті энергия қызметкерлері үшін)
Зиян беру механизми: Емделген реакциясы дауысқа бөлінетін (Xc = 1/(2πfC)), сондықтан жоғары дауысты армоникалық токтар өтеу токтарын қатыстырады. Конденсаторлар тармандық индуктивтіліктің (мисалы, бесінші ретті резонанс) резонансиялық токтарын қатыстыратында, ток 3–5× рейтингдік мәннен ашық болуы мүмкін - бұл конденсаторлардың рейтингінен өтеуі.
Соңғы зияндар:
Изоляция жығылуы: Өтеу токтар внутренние диэлектрики (мисалы, полипропилен фильм) ынталады, құю, қамырлау немесе жеңілдету ынталады. (Жұмыс орнында үш 10кВ конденсаторлық банка бір ай ішінде жетінші армоникалық токтың резонансиясынан қателесті, әр банканың алмастыру құны 150,000 RMB-ден ашық болды.)
Қорғау қателері: Резонансиялық токтар қорғау көміршілерін жығылады; қорғау жұмыс істей алмаса, өзін-өзі атыру ынталады.
2.3 Сериялық реакторлар (армоникалық токтарды қызметкерлері үшін)
Зиян беру механизми: Хат-хат қызметкерлері (мисалы, үшінші, бесінші) үшін колданылатын реакторлар узақ уақыт бойы армоникалық токтардың виткалар медь жойылуын арттырады. Армоникалық токтардан туындаған пульсирующий магниттық өрістер құйма қозғалысын қатыстырады, механикалық ынталануын ынталады.
Сарылау қысылуы: THDi = 12% болғанда, реактордың мис бөлшектері 30% астам артып, сарылау температурасы 110°C-нан жоғары көтеріледі, бұл изоляция бояуынын карбонизацияланып, қуысына әкеледі.
Бұрыштық шуы және ірілету: Трептациядің дауыс сымы гармоникалық трептациямен байланысты, жоғары децибел (85 dB) жасайды. Узак уақыт бойы трептация силициум алмаған табактарын жеделдетеді, үзілуін және гармоникалық басқарудың ерекше емес етуін әкеледі.
Айырмашылық зияндар:
3. Жаратылыстану жабдықтары: Шығыс шектеулері, Кейінгі қауіптілікті арттыру
Жаратылыстану жабдықтары - электр желісінің "энергия басы." THD-ның артықшылығы жұмыс істеместігіне теріс таасир етеді. Негізгі әсерден ұшыратын жабдықтар: синхронды генераторлар, жаңартылған инверторлар (КШ/шамал).
3.1 Синхронды генераторлар (Ис/Жау суу электростанциялары)
Зиян беру механизмі: Желідегі гармоникалық токтар генератордың статор сарылауына орталыққа қайта қоюға себеп болады, "гармоникалық электромагниттік момент" пайда болады. Бұл негізгі моментке қосылып, "пульсациялық момент" пайда болады, бұл трептацияны арттырады. Гармоникалық токтар статордың мис бөлшектерін де арттырады, бұл ортақ қысылуға әкеледі.
Айырмашылық зияндар:
Шығыс азайту: THDv = 6% болғанда, 300MW модулі ±0.5% сезімділік өсуінен 280MW-дан төмен шығыс азайтуына әкеледі, 5%-8% қызмет ететіндігі азайады.
Сарылау қысылуы: Статор температурасы 130°C-ге жетеді (A классы изоляция шектісі 105°C-нан жоғары), бұл изоляцияның жасалуын жеделдетеді және тізімдеу арасында киңістік ризиктоғанын әкеледі.
Ортақ ірілету: Трептацияның артуы ортақ (мисалы, цилиндрлік ортақ) ірілетуін 2-3 жылға дейін азайтады.
3.2 Жаңартылған инверторлар (КШ / Шамал)
Зиян беру механизмі: Инверторлар желідегі THD-ге (GB/T 19964-2012 бойынша) ұшыратын. Егер байланыс нүктесіндегі THDv > 5% болса, инвертор "гармоникалық қорғау" режимін инициализациялайды, зияндан қорғау үшін. Сонымен қатар, гармоникалық напряжение DC және AC жағдайлары арасында энергия балансын бұзылады, IGBT модулдерін қысылатын.
Айырмашылық зияндар:
Желіден бөліну: THDv = 7% болғанда, 1.5MW инверторлары 20 модуль бірдей уақытта бөлінген, бір күн ішінде 100,000 kWh шамал энергиясын қайтарып, 50,000 RMB жоғалтылған.
IGBT жогалуы: Узак уақыт бойы гармоникалық токтар IGBT модулдерінің (негізгі компонент) ауыстыруын қысылатын, температура 150°C-нан жоғары көтеріледі, "жылулық жоғалу" ризиктоғанын әкеледі. Араласқан инвертор үшін қызмет 100,000 RMB-нан асатын.
4. Басқару жабдықтары: Семплердің деформациясы, жүйелік қатарлықтар
Басқару жабдықтары - электр желісінің "мінез-ақылы және жүйелік системасы." THD-ның артықшылығы семплердің деформациясына және командалардың аномалиялық өтуіне әкеледі. Негізгі әсерден ұшыратын жабдықтар: қорғаулық реле, автоматтандыру жүйелері.
4.1 Қорғаулық реле (Артықшылық ток / Айырмашылық қорғау)
Зиян беру механизмі: Гармоникалық токтар преходтік CT сатырын сатып, семплердің ток графигін (мисалы, түз сызықты графигі) деформациялауына себеп болады, бұл қорғау алгоритмдерін тәуелсіздік пен фазаға қате бағалауына, қате амалдарды инициализациялауына әкеледі. Гармоникалық напряжение реленің энергия басына да әсер етеді, логикалық схемалардың қате жұмыс істеуіне әкеледі.
Айырмашылық зияндар:
Қате ауыстыру: THDi = 12% болғанда, преходтік CT сатырының деформациясы, артықшылық ток қорғауының "қысым кесілу" қате анықталуына, 10 көлемдік бөлінуіне, 20,000 үйдің 4 сағатқа энергиясын жоғалтуына әкеледі, бұл 2 миллион RMB-нан асатын экономикалық жоғалтуға әкеледі.
Ауыстыру жоқ: Егер гармоникалық әсер реленің энергия басында ±10% напряжение өсуіне әкелсе, логикалық схема қозғалмай, нақты зияндарда ауыстыру жоқ, зиянды жеделдетеді.
4.2 Автоматтандыру коммуникациялық жабдықтары (RS485 / Фибра модулдері)
Зиян беру механизмі: Гармоникалық токтар (мисалы, 10V/m RF әсері) электромагниттік радиациясы коммуникациялық линияларға қосылып, деректерді өткізу кезінде "биттердің қатесі" пайда болады. Гармоникалық напряжение дауыс модулдерінің синхронизациясын қысылатын, қателерді арттырады.
Айырмашылық зияндар:
Биттердің қате есебінің артуы: Гармоникалық әсерден RS485 коммуникациясының биттердің қате есебі 10⁻⁶-дан 10⁻³-ке дейін артты, бұл командаларды (мисалы, "конденсаторды ауыстыру") кешіріп, жоғалтуға әкеледі.
Модулдердің жогалуы: Жоғары дауыс гармоникалық токтар сигналдың изоляциялық схемасын (мисалы, фотокуплерлер) бұзауына әкеледі, бұл модулдердің жоғалуына әкеледі. Бір подстанция 5-ші гармоникалық әсерден 8 фибра модулін бір ай ішінде жоғалтып, қайтарып алған.
5. Пайдалану жабдықтары: Жұмыс істеместігінің төмендетілуі, өндірістік кездесулер
Пайдалану жабдықтары - электр желісінің "аксиомалық жүк." Жоғары техникалық және тактық жабдықтар THD-ның артықшылығынан ең көп ұшыратын. Негізгі әсерден ұшыратын жабдықтар: промышленные двигатели, точное оборудование (литографические машины / медицинские МРТ).
5.1 Жылмалық моторлар (Индуктивті / Синхронды моторлар)
Зиянды механизм: Гармоникалық напряжение мотордың статорының обмоткасында "гармоникалық ағымдар" пайда етеді, "теріс тізбекті айналу магниттік аймақтар" қалыптасады. Олар негізгі магниттік аймаққа көшірілгенде, олар "тормозтық момент" қалыптасады, бұл жылдамдықта өзгерістер мен теріс сейісті арттырады. Гармоникалық ағымдар статор/ротордың мүмкіндіктерін де арттырып, жалпы ыстықтыққа әкеледі.
Соңғы зияндар:
Эффективтіліктің төмендейі: THDv = 7% болғанда 100кВт индуктивті мотордың эффективтілігі 92% дан 85% төменге дейін төмендейді, жылына 50,000 кВтс артық энергия жұмсады (0,6 юань/кВт бағасында, қосымша электр энергиясының құны: 30,000 юань/жыл).
Жығылу: Айналу станоктың моторы 7-ші гармониканың ұзақ уақыт бойы таасырауына байланысты алты ай ішінде эки рет жығылды; статордың температурасы 140°C-ға шығып, әр моторды өзгертудің құны 2 миллион RMB-дан асқан.
Теріс сейіс және шуы: Мотордың теріс сейіс ынталануы 0,1g-ден 0,5g-ға дейін артты, шуы 90dB-ден асқан, жұмыс ортасына таасырауы және негіздердің ынталануына ықпал етті.
5.2 Тезірек есептеулер (Семиқұрдық литография машиналары / Денсаулық сақтау үшін MRI)
Зиянды механизм: Бұл құрылғылар өте таза напряжение (THDv ≤ 2%) талап етеді. Гармоникалық ағымдар ішкі энергия бөлшектеріндегі ырғайларды арттырып, ADC ынталануын төмендетеді, сонымен қатар функционалдық қабілетін зияндарды.
Соңғы зияндар:
Тезірек есептеулердің жою: THDv = 4% болғанда семиқұрдық литография машинасының лазердің орналасуу тезірек есебі 0,1μm-ден 0,3μm-ға дейін төмендейді, ваферлердің өндірісі 95% дан 80% ге дейін төмендейді, күн сайын 500,000 юаньға жетпей қалады.
Құрылғының тоқтатылуы: Гармоникалық ағымдар MRI градиенттік спиральдеріндегі ағым өзгерістерін пайда етеді, суреттерді таза қолдануға қолайлы емес, оларды тоқтатылады. (Бір тамырдасы үшінші гармониканың артықшылығына байланысты MRI операцияларын 2 күн ішінде тоқтатылды, 100,000 юаньға жетпей қалған диагностикалық кіріс.)
Жалпылау: THD-индукциялық құрылғы зияндарының негізгі ережелері
Индуктивті құрылғылар (Трансформаторлар, моторлар, реакторлар): "Қосымша зияндар" - гармоникалық ағымдар демір/мүмкіндіктерді арттырады, ыстықтық және көркемдікке зиян беру негізгі зияндар болып табылады.
Конденсаторлық құрылғылар (Конденсаторлар): "Резонанс өсу" - гармоникалық ағымдар оңай резонансқа әкеледі, изоляцияның құбылысы өзара қатыстыру негізгі зиян болып табылады.
Басқару құрылғылар (Реле, коммуникациялық жүйелер): "Ынталану өзгерісі" - гармоникалық ағымдар деректерді өзгертуге әкеледі, бұл қатарлы немесе өзін-өзі басқаруға әкеледі.
Тезірек есептеулер (Литография машиналары, MRI): "Толқындық өзгеріс" - гармоникалық ағымдар напряжение ырғайларын арттырады, бұл тезірек есептеулердің жоюына әкеледі.
Осылайша, энергия тармагында екі стратегия қолданылуы керек:
"Гармоникалық мониторинг (THD өлшеу қателігі ≤ ±0,5%) + Активті фильтрлеу (APF) / Пассивті фильтрлеу"
Ұлттық стандартының 5%-дік шекті THDv-ні сақтау арқылы құрылғылардың зияндарын бастапқы аспаптан бас алу.
