Армоникалық THD Тәсірі: Жарықтың Оңайға Кadar

Гармоникалық THD қателерінің электр энергиялық жүйелерге тигізетін таасирін екі аспекттен талдау керек: "нақты түрде сүйектенген THD шектерін (әлсіз гармоникалық мазмұн)" және "THD өлшеу қателері (тура емес мониторинг)" — біріншісі жүйе құрылғылары мен стабилділікті тікелей зияндары, ал екіншісі "жалған немесе оқиғаларды ұмытқан" себептерінен туындаған тура емес мерзімдер. Бұл екеуі бірге жүйе ризиктерін арттырады. Таасирлер барлық энергиялық түрінде жүзеге асат — өндіру → жеделдету → тарату → пайдалану — қауіпсіздік, стабилділік және экономикасына таасир етеді.

Негізгі таасир 1: Әлсіз нақты THD-ның (жоғары гармоникалық мазмұн) тікелей зияны

Егер сүйектенген THDv (бұлтқы деңгейдегі жалпы гармоникалық искемдестік) ұлттық стандарттарды (жалпы сүйектер үшін ≤5%) немесе THDi (акымдың жалпы гармоникалық искемдестігі) құрылғылардың терпілуін (мисалы, трансформаторлар ≤10%) астам болса, ол жүйе аппараттарына, іске қосу стабилділігіне және пайдаланушы құрылғыларына физикалық зиян тудырады.

• Жеделдету жүйелері: Жоғарылау және қызыту

• Мыс жоғарылаулары: Гармоникалық акымдар жеделдету сызықтарында (мисалы, 110кВ кабелдері) "күйік эффектін" жасайды, жоғары дауысты акымдарды кондуктор бетінде концентрат етеді, қарама-каршылықты және мыс жоғарылауларын гармоникалық ретімен арттырады.
  Мысал: Егер THDi 5%ден 10%-ға дейін жоғарылағанда, сызық мыс жоғарылаулары 20%-30% (I²R арқылы есептелген) артады. Узақ уақыт істеу проводының температурасын (мисалы, 70°C дан 90°C-ға) жоғарылатын, изоляцияның қыстауын және сызықтың өмір сүру уақытын (30 жылдан 20 жылға) қысуына әкеледі.

• Жоғарылаған напряжение кемуі: Гармоникалық напряжерлер негізгі напряжерге қосылады, жүк жағында волна формасын бұзылады. Жақсы түрде қажет болатын пайдаланушылар (мисалы, полупроводник заводтары) несімделген напряжерлердің үлкенінен құрылғыларын тоқтатуы мүмкін, бір оқиға үшін он міллион теңгеге дейін төлеуге міндеттілер.

• Тарату құрылғылары: Қызыту, зиян және өмір сүру уақытының азайылуы

• Трансформаторлардың қысынуы:
  Гармоникалық акымдар "қосымша демір жоғарылауларын" (вихрь токтарының жоғарылауы гармоникалық дауыстың квадратымен) жоғарылатын. THDv=8% болғанда, трансформатордың демір жоғарылаулары рейтингдік шарттарға қарағанда 15%-20% артады, ядро температурасын (мисалы, 100°C дан 120°C-ға) жоғарылатын, изоляция масының қыстауын жылдамдатады, бөлшек жарылу немесе қысылуға әкелуге мүмкіндік береді (мисалы, электр станциясы 5-ші гармоникалықтың қысылуынан 10кВ трансформаторын жоғалтты, тікелей зияндар бір миллионнан асатын).
  Бірдей емес үшфазалы гармоникалар нейтраль жолдың акымын (фаза акымының 1.5×) жоғарылатын, нейтраль қызыту және жарылу ризиктерін, үшфазалы напряжение дисбалансын арттырады.

• Конденсаторлық банкалардың резонанс қысылуы:
  Конденсаторлар гармоникалық үшін төмен инпеданс құрайды, олар қол қойылып, "гармоникалық резонанс" қолданылады (мисалы, 5-ші гармоникалық резонанс конденсатордың акымын 3–5× рейтингдік мәнге дейін арттыруы мүмкін), бұл изоляцияның жыртылуы немесе пішірудің әсерін қолданады. Бір промышленное цех за месяц повредило три 10кВ конденсаторных установки из-за резонанса 7-й гармоники, стоимость ремонта превысила 500,000.

• Өндіру құрылғылары: Шығыс өсу және эффективтіліктің төмендеуі

• Синхронды генераторлардың шығыс шектеуі:
  Сүйектенген гармоникалық акымдар генератордың статор обмоткасына қайта қосылады, "гармоникалық момент" жасап, вибрацияны (сурғау өсу ±0.5%), шығысты (мисалы, 300МВт блок THDv=6% болғанда 280МВ-ға төмендейді) және статор температурасын жоғарылатын, генератордың өмір сүру уақытына әсер етеді.

• Жаңартылған инверторлардың сүйектену қателері:
  Фотоэлектрстанция/шамал инверторлары сүйектенген THD-ге қатты. Егер сүйектену нүктесіндегі THDv > 5% болса, инверторлар "гармоникалық қорғау" режимін активтейді және бөліседі (GB/T 19964-2012 бойынша), бұл жаңартылған энергияның қысылуына әкеледі (мисалы, үшінші гармоникалықтың қысылуынан шамал электростанциясы бір күнде 100,000 кВт·с айналымын жоғалтты).

• Басқару жүйелері: Жүйе қателеріне әкелетін қате іске қосу

• Реле қорғау қателері:
  Гармоникалық акымдар ағымдық трансформаторларды (АТ) үзілу қателеріне әкеледі, олардың өзара қозғалысын және дифференциалды қорғау үшін тура емес өлшемдерін қолданады. Мисалы, қосылған 5-ші гармоникалық акым АТ әріптік акымын бұзылады, ол өзара қозғалыс қорғауы "сызықтың қысылуын" жалған тағайындауына әкеледі, бұл кеңінен таралған қысылуға әкеледі (мисалы, THDi=12% болғанда тарату тармогында 10 сызық қысылуы 10,000 отбасын әкелді).

• Автоматтау жүйесінің хабарлау қателері:
  Гармоникалық электромагнитті түрде басқару хабарлау сызықтарына (мисалы, RS485, оптикалық түрде) қосылады, олар өнімділікті (10⁻⁶ ден 10⁻³-ке) жоғарылатын, басқару командаларын (мисалы, "қысылу сызығы" командасы өтпейді, қысылу қатарын кеңейтеді) кешіктерін және қате жасауына әкеледі.

• Пайдаланушы құрылғылары: Пайдалану қабілетінің төмендеуі және кездесуі

• Промышленные двигатели перегреваются и выходят из строя:
  Под воздействием гармонических напряжений асинхронные двигатели генерируют "отрицательный последовательный момент", что вызывает колебания скорости, увеличение вибрации и повышение потерь меди в статоре. При THDv=7% эффективность двигателя снижается на 5%-8%, температура повышается на 20–30°C, а срок службы сокращается вдвое (например, металлургический завод потерял два прокатных стана за шесть месяцев из-за 7-й гармоники, стоимость ремонта превысила 2 миллиона).

• Точное оборудование теряет точность:
  Чувствительное оборудование, такое как литографические машины для полупроводников и медицинские МРТ-системы, требует очень чистого напряжения (THDv≤2%). Избыточный THDv увеличивает погрешности измерений — например, точность гравировки литографической машины падает с 0.1μm до 0.3μm из-за гармоник напряжения, снижая выход продукции с 95% до 80%.

Негізгі таасир 2: THD өлшеу қателерінің (тура емес мониторинг) косвені ризиктері

THD өлшемдеріндегі қателер (мисалы, нақты THDv=6%, өлшемдеу нәтижесінде 4%, қате = -2%) "жаңа түрдегі сәйкестік" же "оңайлау" кезінде ризиктерді және экономикалық қойылыстарды арттыруға әкеледі — бұл өзінде, " деректердің искежілетіні пішінімен жаңартылған жауаптарға әкеледі."

• Асқар мөлшерлердің Анықталмауы: Кешірімді Митигация, Жаңартылған Зиян
  Егер өлшемдеу нәтижесіндегі THD нақтығынан төмен болса (мисалы, нақты THDv=6%, өлшемдеу қате -1%, көрсетілген 5%), ол "гармоникалық сәйкестік" деген жалған белгі береді, фильтр орнату (мисалы, APF) үшін уақытты ұзақтарады. Бұл уақытша гармоникалық жиналуға мүмкіндік береді:

• Краткосрочный: Трансформаторлар, конденсаторлар және басқалардың өзара қысынуы және жоғалуы шексіз артады.

• Долгосрочный: Система резонансына қарай, қолданыстағы электр желісінің құлап қалуы мүмкін (мисалы, үшінші гармоникалық анықталмауынан кейін екі жыл ішінде бір аймақтық электр желісінде резонанс пайда болды, 5 подстанция құлап қалды).

• Жаңа мөлшерлердің Жаңа Қабылдануы: Жаңартылған Инвестиция, Жаңартылған Қойылыстар
  Егер өлшемдеу нәтижесіндегі THD нақтығынан жоғары болса (мисалы, нақты THDv=4%, өлшемдеу қате +1%, көрсетілген 5%), ол "гармоникалық асқар мөлшер" деген жалған белгі береді, қажетті емес фильтр орнатуға әкеледі:

• Экономикалық қойылыс: 10кВ/100А APF құрылғысы ~500,000 тұрады; егер митигация қажет болмаса, құрылғы қолданылмайды (жыл сайын 20,000 техникалық көрсету).

• Система ауытқулары: Жаңартылған фильтрлер жаңа резонанс нүктелерін пайда етуге мүмкіндік береді (мисалы, бесінші гармоникалық фильтр орнату үшінші гармоникалық резонансын алып келеді), жаңа ризиктер пайда болады.

• Деректердің Искежілеті: Электр Желісінің Планирования және Диспетчерлеуін Әсер Етеді
  THD өлшемдеріндегі қателер гармоникалық таралу деректерін искежілетіп, уақытша планированияға әсер етеді:

• Мысал: Аймақтың мониторингі орташа THDi=8% (нақты 6%) көрсетеді, бұл гармоникалық митигация қабілетін жоғары деңгейде қамтамасыз етеді (екі фильтр станциясын құрып, инвестиция 10 миллионнан астам).

• Диспетчерлеуде, дұрыс емес THD деректері гармоникалық басталуын тәсілді тауып, түсіндіргенде (мисалы, ФЭБ станциясын қате тауып, оның өнімін шектеу), жаңартылған энергия интеграциясына әсер етеді.

Негізгі Әсер 3: Экономикалық Жоғалу — Түпнусқа Қойылыстардан Деректерге

Гармоникалық THD қателері (асқар мөлшерлер мен өлшемдеу қателерін включительно) құрылғылардың зияны, энергия қолданысының артуы және өндіріс уақытының тоқтауы арқылы маңызды экономикалық жоғалуға әкеледі, үш қойылыс категориясында өлшенеді:

Қорытынды: THD қаттарының энергетикалық жүйелерге тигізетін негізгі тағылым цептері

Гармоникалық THD қаттарының негізгі тағылымы каскадтау цептері бойынша жүреді: "түрлендіру деформациясы → жабдықтардың зияндалуы → жүйенің стабилдігінің азайтуы → экономикалық жою." Өлшемдердегі қаттар бұл цептерді арттырып немесе қате бағалап өтеді:

• Артықшылық нақты THD - бұл "басты қауіп", энергетикалық жүйенің аппараттық құрылғыларына туындап, стабилдікті азайтады;

• THD өлшемдеріндегі қат - бұл "ештеңек ерекшеліктері", туындаған ризиктордың салдарын қате бағалап, ресурстарды жоюға әкеледі;

• Сонымен қатар, екеуі де қауіпсіздік ризиктеріне (жабдықтардың жылуы, жүйенің құлауы) және экономикалық жоюларға (тамIRDардың құны, энергияның жоюы, өндірістің тоқтатылуы) әкеледі.

Сондықтан, энергетикалық жүйелерде "тоқтаулы мониторинг (THD өлшемдеріндегі қат ≤ ±0.5%) + әсерлі қолдану (нақты THDv 5% астында)" деген екі жолды қолдану керек, бұл оларды толығымен жоюға ықпал етеді.