THD Overload: Harmoniklar qanday elektr tashkilotingizni yoyib yuboradi

Ammoqiy grid THD chegaralardan o'tganda (masalan, Voltage THDv > 5%, Current THDi > 10%), bu quvib boradi butun elektr tarmog'ida organik zarar — Elektr uzatish → Taqsimlash → Generatsiya → Boshqarish → Istifoda. Asosiy mekanizmlari qo'shimcha yo'qotmalar, rezonansli katta oqimlar, navbatiy zina tortishish va namuna inkorlantirishdir. Zarar mekanizmlari va ifodalash shakllari to'g'ridan-to'g'ri jihoz turi bo'yicha juda farqlanadi, quyidagi qatorlarda tafsil bilan bayon qilinadi:

1. Elektr uzatish jihozlari: O'sha narsa ishonchli ravishda yengilaydi, eskiroq bo'lib ketadi va omillik muddati drastik ravishda kamayadi

Elektr uzatish jihozlari to'g'ridan-to'g'ri tarmoq oqimini/elektronni ta'minlaydi. Armonikalar energiya yo'qotmalarni va izolyatsiya yengilashishini kuchaytiradi. Asosiy ta'sir ko'rsatkichlari elektr uzatish liniyalari (kablolar/ustma-ust) va oqim transformatorlari (CTs) bo'lib, ular eng ko'p ta'sirga uchradi.

1.1 Elektr uzatish liniyalari (Kablolar / Ustma-ust liniyalari)

• Zarar mekanizmi: Yuqori chastotadagi armonikalar "ko'z effect" ni kuchaytiradi (yuqori chastotali oqimlar konduktor sirtiga to'plangan holda, samarali kesmani kamaytiradi), liniya qarshiliklarini oshiradi. Qo'shimcha moshtaboy yo'qotmalar armonika tartibining kvadratiga ko'ra oshadi (masalan, 5-armonik moshtaboy yo'qotmasi asosiy qiymatdan 25× marta yuqorida).

• Maxsus zararlari:

• O'sha narsa ishonchli ravishda yengilaydi: THDi = 10% da, moshtaboy yo'qotmalar reyting shartlariga nisbatan 20%-30% oshadi. Kablolar temperaturasi 70°C dan 90°C ga (izolyatsiya sabrlovchiligi chegarasidan oshib ketadi), izolyatsiya qatlamlari (masalan, XLPE) tezroq eskilanishi va chiqmay boshlaydi.

• Omillik muddatning qisqarishi: Uzoq muddatdagi o'sha narsa ishonchli ravishda yengilash kabloning omillik muddatini 30 yildan 15–20 yigacha kamaytiradi, bu esa "izolyatsiya buzilishi" va qisqa o'tish xatolari sabablanishi mumkin. (Bir industriyaviy park bir yilda 3-armonika orqali ikki 10kV kabelni yong'oqtirdi, ta'mirlash narxi 800,000 RMB dan oshib ketdi.)

1.2 Oqim transformatorlari (CTs)

• Zarar mekanizmi: Armonika oqimlari (xususan 3-va 5-armonika) CT demir asoslarini "vorislik satish" holatiga keltiradi, bu esa histeresis va vorislik yo'qotmalarini (qo'shimcha demir yo'qotmalarini) aniqroq oshiradi. Satish ikkinchi tomondagi chiqish formasini inkorlantiradi, asosiy oqimni to'g'ri ifodalash imkoniyatini bekor qiladi.

• Maxsus zararlari:

• Asosiy yengilash: CT asosi temperaturasi 120°C dan oshishi mumkin, bu esa ikkinchi tomondagi spiralning izolyatsiyasini yong'oqtiradi va nisbat aniqliklarini buzadi.

• Himoya noto'g'ri ishlashi: Inkorlantirilgan ikkinchi tomondagi oqim himoya relelari (masalan, oqimdan himoya) xato "liniya qisqa o'tishi" deb hisoblab, xato trippingni aktivlashtiradi. (Taqsimlash tarmog'i CT satish sababli 10 ta feeder trippingga uchradi, 20,000 oilani ta'sir qildi.)

2. Taqsimlash jihozlari: Tezkor xatosi, tizimning barqarorligi buzilishi

Taqsimlash jihozlari tarmoqning "yuqori va past tomonini ulash" uchun muhim. THD chegaradan oshishi eng to'g'ri zarar ta'sir qiladi. Asosiy ta'sir ko'rsatkichlari kuchli transformatorlar, kondensator banklari va reaktorlar bo'lib, ular eng ko'p ta'sirga uchradi.

2.1 Kuchli transformatorlar (Taqsimlash / Asosiy transformatorlar)

• Zarar mekanizmi: Armonika voltajlari transformator asoslari ichidagi magnit histeresis va vorislik yo'qotmalarini (qo'shimcha demir yo'qotmalarini) oshiradi; armonika oqimlari spiralning moshtaboy yo'qotmalarini oshiradi. Bu ikkalasining jami umumiy yo'qotmalarini aniqroq oshiradi. Teng emas uch fazalik armonikalari ham neutral oqimini (faza oqimining 1.5× gacha) oshiradi, bu esa lokal yengilashni yana yengilashadi.

• Maxsus zararlari:

• Asosiy yengilash: THDv = 8% da, transformator demir yo'qotmalar 15%-20% oshadi. Asosiy temperaturasi 100°C dan 120°C ga oshadi, bu esa izolyatsiya yog'ini (masalan, 25# transformator yog'i) tezroq yengilashini, sur'atini oshiradi va dielektrik kuchni pasaytiradi.

• Spiralning yong'ilishi: Uzoq muddatdagi yengilash spiralning izolyatsiya qog'ozini (masalan, Nomex) karbon qiladi, bu esa qisqa o'tishlarga olib keliadi. Bir substantsiyada 110kV asosiy transformatori 3 yilda 5-armonika sababli spiralning qisqa o'tishiga uchradi, ta'mirlash narxi 5 million RMB dan oshib ketdi.

• Omillik muddatning qisqarishi: Uzoq muddatdagi THD chegaradan oshishi transformatorning omillik muddatini 20 yildan 10–12 yigacha kamaytiradi.

2.2 Paralel kondensator banklari (reaktiv kuch kompensatsiyasi uchun)

• Zarar mekanizmi: Kapasitiv reaktivlik chastota bilan kamayadi (Xc = 1/(2πfC)), shuning uchun yuqori chastotali armonikalar oshirilgan oqimni keltiradi. Agar kondensatorlar tarmoq induktivligi (masalan, 5-armonika rezonansi) bilan "armonika rezonansi" hosil qilsa, oqim reyting qiymatidan 3–5× gacha oshishi mumkin—bu kondensator reytingidan ancha oshib ketadi.

• Maxsus zararlari:

• Izolyatsiya buzilishi: Oshirilgan oqim ichki dielektrikni (masalan, polipropilen film) yong'oqtiradi, bu esa jarokchalash, bulgurish yoki hatto patishga olib keliadi. (Bir industriyaviy darsxona 7-armonika rezonansi sababli bir oy ichida uchta 10kV kondensator bankini buzdi; har bir bankning almashtirish narxi 150,000 RMB dan oshib ketdi.)

• Himoya noto'g'ri ishlashi: Rezonans oqimlari sig'naqqi oqimlarni yong'oqtiradi; agar himoya faoliyat ko'rsatmasa, yong'in xavfi oshadi.

2.3 Seriya reaktorlari (armonika cheklash uchun)

• Zarar mekanizmi: Har qanday armonikalar (masalan, 3-va 5-armonika) cheklash uchun foydalaniladi, lekin reaktorlar uzoq muddatdagi armonika oqimlar ostida spiralning moshtaboy yo'qotmalarini oshiradi. Armonikalardan kelib chiqqan pulsuraydigan magnit maydonlari reaktor asosidagi mexanik ushirishni kuchaytiradi, bu esa texnik ushirishni keltiradi.

• Maxsus zararlar:

• Bobinnaning yuqori haroratga tortilishi: THDi = 12% bo'lganda, reaktordagi moshtir qopqoch ziyoratlari 30% dan ko'proq oshadi; bobinnaning harorati 110°C ni oshib ketadi, bu esa izolyatsiya boya karbonizatsiya qilinib, chiqib ketadi.

• Yadroviy shovqin va ishlatilish muddati: Tez-tezlanish chastotasining garmonikalar bilan bog'lib qolishi, juda kuchli shovqin (>85 dB) hosil qiladi. Uzoq muddatdagi tez-tezlanish silisium metalli laminatsiyalarni ancha solaydi, bu esa nisbatan mag'natlashni kamaytiradi va garmonik ziyoratni bartaraf etish imkoniyatini yo'qotadi.

3. Generatsiya jihozlari: Chiqish chegarasi, xavf-xatarlarning oshishi

Generatsiya jihozlari tarmoqning "energiya manbai" hisoblanadi. THD ning yuqori darajasi ishlash barqarorligiga salbiy ta'sir ko'rsatadi. Asosiy ta'sir qilgan qurilmalar: sinxron generatorlar, yangi energiya invertorlari (FV/shamol).

3.1 Sinxron generatorlar (Istilik/ suv elektr stansiyalari)

• Zarar mekanizmi: Tarmoq garmonikalarini generatorning statordan bobinlariga orqali qaytaradi, shunda "garmonik elektromagnit tormaqa" yaratiladi. Bu asosiy tormaqa ustida qo'shilganda, "pulsatsiya tormaqa" hosil bo'ladi, bu esa tez-tezlanishni oshiradi. Garmonik ziyoratlari statordan moshtir qopqoch ziyoratlarini ham oshiradi, bu esa lokal yuqori haroratga olib keladi.

• Maxsus zararlar:

• Chiqish kamayishi: THDv = 6% bo'lganda 300MW lik birlikda pulsatsiya tormaqa sababli tez-tezlanish ±0.5% ga o'zgaradi, bu esa chiqishni 280MW dan pastga tushiradi, samaradorlikni 5%-8% ga kamaytiradi.

• Bobinnaning yuqori haroratga tortilishi: Statordaning harorati 130°C (A sinfdagi izolyatsiya chegarasidan 105°C oshib ketadi), bu esa izolyatsiya eskalanishini tezlashtiradi va turn-to-turn qisqa egallash xavfini oshiradi.

• Rulka ishlatilish muddati: Yuqori tez-tezlanish rulkalarni (masalan, koyak rulka) ishlatilish muddatini 5 yildan 2–3 yilga qisqartiradi.

3.2 Yangi energiya invertorlari (FV / shamol)

• Zarar mekanizmi: Invertorlar tarmoq THD ga (GB/T 19964-2012 bo'yicha) odatda sezgir. Agar ulash joyidagi THDv > 5% bo'lsa, invertor "garmonik himoya" rejimini yoqadi, bu esa zarar yetkazishdan saqlaydi. Qo'shimcha, garmonik voltaj DC va AC tomonlari orasidagi quvvat balansini buzadi, bu esa IGBT modullarining yuqori haroratga tortilishiga olib keladi.

• Maxsus zararlar:

• Tarmoqdan ajratilish: THDv = 7% bo'lganda, 20 ta 1.5MW lik invertor bir vaqtda tarmoqdan ajratiladi, bu esa bir kun ichida 100,000 kWh dan ortiq shamol energiyasini rad etadi, bu esa ~50,000 RMB miqdorda daromadni yo'qotadi.

• IGBT yanib ketishi: Garmoniklardan uzoq muddat ishlash IGBT modullaridagi (asosiy komponent) kluchlash ziyoratlarini oshiradi, bu esa haroratni 150°C dan yuqoriga olib keladi, bu esa "issiqlik paydo bo'lishi" xavfini oshiradi. Har bir invertor uchun ta'mirlash narxi 100,000 RMB dan oshadi.

4. Boshqaruv jihozlari: Namuna olingan ma'lumotlarning inqirozi, tizimda xato ishlash

Boshqaruv jihozlari tarmoqning "oyni va nerv tizimi" hisoblanadi. THD ning yuqori darajasi namuna olingan ma'lumotlarni inqirozga va buyruqlar yuborishini xato ishlashga olib keladi. Asosiy ta'sir qilgan qurilmalar: himoya rilelari, avtomatlashtirish aloqa tizimlari.

4.1 Himoya rilelari (O'tkazma / farqi himoya)

• Zarar mekanizmi: Garmonik ziyoratlari doimiy CT saturlashini olib keladi, bu esa olingan tok sinusoidal signalini (masalan, tepalangan toq sinusi) inqirozga olib keladi, bu esa himoya algoritmlarini amplituda va fazani noto'g'ri baholashga olib keladi, noto'g'ri amallarni bajarishga olib keladi. Garmonik voltaj ham rilelarning energetika manbalari bilan muammo yaratishi mumkin, bu esa logik devre ishlashini buzadi.

• Maxsus zararlar:

• Noto'g'ri tripping: THDi = 12% bo'lganda, CT saturlashi sababli olingan natija inqirozga uchradi, bu esa o'tkazma himoyasi "xattning qisqa egallashi" deb noto'g'ri aniqlaydi va 10 ta talaffuzlarni tripping qiladi, bu esa 20,000 uy-honada 4 soat davomida elektr energiyasini kesib yuboradi, bu esa 2 million RMB dan oshib boradigan dolzarb iqtisodiy zararlarga olib keladi.

• Tripping emas : Agar garmonik interferentsiya rilelarning energetika manbasida ±10% voltaj o'zgarishi sababli, logik devre crash qilishi mumkin, bu esa haqiqiy xatolarda tripping qilishni rad etadi, bu esa xato kengayishiga olib keladi.

4.2 Avtomatlashtirish aloqa qurilmalari (RS485 / fibra modullari)

• Zarar mekanizmi: Garmoniklardan kelib chiqqan elektromagnit radiatsiya (masalan, 10V/m RF interferentsiya) aloqa liniyalarga qo'shiladi, bu esa ma'lumot uzatishida "bit o'zgarishlarini" olib keladi. Garmonik voltaj ham soat modullarini buzadi, bu esa sinkronlashtirish xatolarini oshiradi.

• Maxsus zararlar:

• Bit xato darajasining oshishi: Garmonik interferentsiya sababli, RS485 aloqa bit xato darajasi distributsiya avtomatlashtirish tizimida 10⁻⁶ dan 10⁻³ ga oshadi, bu esa buyruqlarni (masalan, "kondensatorni o'zgartirish") bekor qilishga olib keladi.

• Modulning yanib ketishi: Yuqori chastotali garmonikalar aloqa modullaridagi signal izolyatsiya devrelarini (masalan, optokuplerlar) buzadi, bu esa xatosizlikka olib keladi. 5-chi garmonik interferentsiya sababli, bir substantsiyada 8 ta fibra moduli oy ichida buzilib ketdi.

5. Istifodalangan jihozlar: Samaradorlikning pasayishi, ishlab chiqarish xavflari

Istifodalangan jihozlar tarmoqning "terminal yuk" hisoblanadi. Sanoat va aniq jihozlar THD ning yuqori darajasidan eng ko'p zarar oladi. Asosiy ta'sir qilgan qurilmalar: sanoat motorlari, aniq jihozlar (litografiya mashinalari / tibbiy MRI).

5.1 Sanoat motorlar (induksiya / sinkron motorlar)

• Zarar mekanizmi: Garmonik voltaj motor stator navlari ichida "garmonik toklar" yaratadi, bu esa "manfiy tartibda aylanuvchi magnit maydonlar" hosil qiladi. Bu maydonlar asosiy maydonga qo'shilganda, "to'xtatish kuchini" yaratadi, bu esa tezlik o'zgarishlariga va oshirilgan titretishga olib keladi. Garmonik toklar stator/rotor mis'kal zararlarini ham oshiradi, bu umumiy issiq bo'lishga olib keladi.

• Xususiy zararlari:

• Effektivlikni pasaytirish: THDv = 7% bo'lgan 100 kW induksiya motorda effektivlik 92% dan 85% gacha pasayadi, bu esa yillik 50,000 kWh qo'shimcha elektr energiyani sarflaydi (0.6 yuan/kWh narxida, qo'shimcha elektr energiya narxi: 30,000 yuan/yil).

• Yog'otish: Dem shakarkonaning valzh motori 7-harmonika tashqarisi uzoq muddat davom etganligi tufayli, yarim yilda ikki marta yog'oldi; stator harorati 140°C ga yetdi. Har bir motor almashtirish narxi 2 million RMB dan oshib ketdi.

• Titretish & ovqat: Motor titretish tezlanishi 0.1g dan 0.5g gacha oshdi, ovqat 90dB dan oshdi, ish joyi muhitiga ta'sir qilib, asosiy ushlagich bosqinlashishini tezlab berdi.

5.2 Aniq texnika (poluprovodnik litografiya mashinalari / tibbiy MRI)

• Zarar mekanizmi: Bu qurilmalar juda saf voltaj (THDv ≤ 2%) talab qiladi. Garmonikalar ichki elektr manbalari ichidagi garmonik aniqlikni oshiradi va ADC namunalarini kamaytiradi, nihoyatda funktsionalizmni ziddiyatga soladi.

• Xususiy zararlari:

• Aniqlikni yo'qotish: THDv = 4% bo'lgan poluprovodnik litografiya mashinasida lazer pozitsionlash aniqliqlari 0.1μm dan 0.3μm gacha pasaydi, bu esa plitka foydasi 95% dan 80% gacha pasayadi, kuniga 500,000 yuan ni o'tkazadi.

• Qurilma to'xtatish: Garmonikalar MRI gradient spiralida tok o'zgarishlarini olib keladi, bu esa aniq rasmga olib kela olmaydi, to'xtatishga majbur qiladi. (Bir shifoxona 3-harmonika ko'payishi sababli MRI ishlarini 2 kun to'xtatdi, bu esa 100,000 yuan diagnoska daromadini yo'qotdi.)

Xulosa: THD-ni o'zgartirish orqali qurilma zararlarining asosiy qoidalari

• Induktiv qurilmalar (transformatorlar, motorlar, reaktorlar): "Qo'shimcha zararlarga" sensitiv — garmonikalar temir/mis'kal zararlarni oshiradi, bu esa issiq bo'lish va eskalanish asosiy zararlardir.

• Kapatsitiv qurilmalar (kapatsitorlar): "Resonansiyali oshirilgan tok" — garmonikalar oson resonansiyani olib kela oladi, bu esa tok oshirilganda dielektrik parchalanish asosiy zarar hisoblanadi.

• Boshqaruv qurilmalari (relelar, aloqa tizimlari): "Namuna inkorrektnosti" — garmonikalar ma'lumotlarni inkorrektnostga olib kela oladi, bu esa noto'g'ri amallarni bajarish yoki amalga oshmagan holda qoldirishga olib keladi.

• Aniq qurilmalar (litografiya mashinalari, MRI): "Garmonik deformatsiyasi" — garmonikalar voltaj garmonikasini oshiradi, bu esa aniqlikni yo'qotishga olib keladi.

Shuning uchun, elektr tarmog'ida ikki strategiya qo'llanishi kerak:
"Garmonik monitorlash (THD o'lchov xatosini ≤ ±0.5% qilib boshqarish) + Aktiv filtrlash (APF) / Pasiv filtrlash"
bu esa milliy standart chegarasi 5% ichida THDv ni saqlash, bu esa manbada qurilma zararlarini oldini olishga yordam beradi.