康明斯发电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智能控制在康明斯发电机组的应用越来越广泛。柴油发电机组控制装置的可靠性直接危害到工业企业的安全生产和经济运转，而控制机构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设备上，因此，大多数工作因素处于备用发电机电路和备用发电机装置所形成的恶劣电磁环境中。要增强柴油发电机组可靠性，电力系统设计人员只有预先了解各种干扰才能高效保证系统可靠运转。

“谐波”一词起源于声学。有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪已经奠定了良好的基础。傅里叶等人提出的谐波剖析方法至今仍被广泛应用。电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就导致了人们的注意。当时在德国，由于操作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研究的经典论文柴油发电机启动步骤图。

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系统谐波问题的大量论文。70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力机构、工业、交通及家庭中的运用日益广泛，谐波所造成的损害也日趋严重。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机构谐波和用电装备谐波的标准和规定。

谐波研讨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小，使电气装备过热、产生振动和噪音，并使绝缘老化，使用年限缩短，甚至产生事故或烧毁。谐波可引起电力系统局部并车谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会导致继电保护和自动装置误动作，使电能计量发生混乱。对于电力装置外部，谐波对通信装置和电子设备会出现严重干扰。

理想的发电机所提供的电压应该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产生，对发电机是一种污染，它使用电装备所处的环境恶化，也对周围的能耐电力电子装置广泛应用以前，人们对谐波及其危害就进行过一些研讨，并有一定认识，但那时谐波污染还需要严惩没有导致足够的重视。谐波对发电机和其他装置的损害大致有以下几个方面。

（1）谐波使发电机中的元件出现了附加的谐波损耗，减少了发电、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过热甚至出现火灾。

（2）谐波影响各种电气设备的正常工作。 谐波对电机的危害除致使附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重高温。谐波使电容器、电缆等装备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏。

（3）谐波会引起发电机中局部的并机谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述（1）和（2）的损害大大增加，甚至引起严重事故。

（5）谐波会对邻近的通信机构发生干扰，轻者产生噪音，减轻通信质量；重者导致住处丢失，使通信系统不能正常作业。

为处理发电机电子机构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装置来补偿谐波，这对各种谐波源都是实用的；另一条是对电力电子机构本身进行整改，使期不产生谐波，且容量因数可控制为1，这当然只适合于作为具体谐波源的电力电子系统。

装设谐波补偿系统的传统方案就是采用LC调谐滤波器。这种方案既可补偿谐波，又可补偿无功容量，而且组成大概，一直被广泛使用。这种手段的详细缺点是补偿特征受市电阻抗和运转状态危害，易和机构出现并机谐振，致使谐波放大，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**规定，电话谐波因数（THF）就是指电压波形中基波及各次谐波高效值加权平方和的平方根值与整个波形有效值的百分比，因高次谐波发生的危害称为电话谐波系数，即THF。

由于交流发电机的电压数据并不可能达到恒定无变化状态，一般在国际或国家所规定的电压范围上下幅度波动，这些波动会对通信系统的通话品质和联络品质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》对电话谐波因数检测有明确的计算公式，如下：

该公式关键在于加权系数λn的数值获取。标准中供应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，需要自己采用插值运算获取。大多电机测定测定设备未供应THF指标。AnyWay变频功率分析仪能够在测定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%。某些特殊应用场合的同步发电机(如*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。

鉴于以上电压高次谐波的危害和标准规范对电压高次谐波的限制，发电机规划时必须采取相应措施，对电压高次谐波进行削弱和抑制。

发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导致的电势高次谐波；二是因为定子开槽导致的电势齿谐波。

1、电线，对电话的影响

2、电线%，因高次谐波发生的对电话的影响。

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用的类别步骤。共模干扰是信号对地面的电位差，详细由大电串入、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，特别是采用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偏高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可切换成差模电压，直接影响测控信号康明斯发电机样本，造成元器件故障(这就是一些装置I/O模件故障率过高的缘由)，这种共模干扰可为直流、亦可为交流康明斯发电机型号规格。

危害PLC控制系统的干扰源于通常危害工业控制装备的干扰源一样，大都出现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。干扰分类通常按干扰出现的缘由、噪音的干扰模式和噪音的波形性质的不一样划分。其中：按噪声出现的原由不同，分为放电噪音、浪涌噪音、高频振荡噪音等；按噪音的波形、性质不一样，分为连续噪声、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，直接影响测量与控制精度。

近30年来，发电机电子装置的运用日益广泛，也使得电力电子机构成为较大的谐波源。在各种发电机电子装置中，整流系统所占的比例较大。目前，主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较多。带阻感负载的整流电路所出现的谐波污染和容量因数滞后已为人们所知晓。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，给电网造成严重污染，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机构也会在输入侧发生大量的谐波电流。