供電系統(tǒng)中的諧波產生及管理的探討

楊永娣

【摘要】諧波在供電系統(tǒng)中的廣泛存在，對電網和電力設備產生了嚴重的危害。伴隨著工業(yè)化和自動化程度的迅速提高，非線性設備和負荷大量使用，使諧波將越來越多地產生。作為供電部門，須進一步認識諧波問題的嚴重性，并以積極的態(tài)度從技術和制度兩個層面減少諧波對供電系統(tǒng)的危害，降低損失，以保證電網和電力設備的安全運行。

【關鍵詞】諧波；危害；管理

【中圖分類號】TD611 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）01—0304-01

諧波污染已成為電力系統(tǒng)的三大公害之一。供電系統(tǒng)中的諧波問題已引起各界的廣泛關注，為保證供電系統(tǒng)中所有的設備能正常工作，必須加強對諧波的管理并采取有力的措施，抑制并防止電網中因諧波危害所造成的嚴重后果。

1 諧波的產生和電力線路中諧波的類型

所謂諧波是指一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數倍，有數字頻譜的特征。諧波主要產生于兩類元件：含半導體的非線性電氣元件；含電弧和鐵磁非線性設備。由于這兩類元件廣泛存在于電力線路中，所以諧波來源于三個渠道：—是發(fā)電源產生的諧波；二是輸配電系統(tǒng)產生的諧波；三是用電設備產生的諧波。可見諧波存在于電力生產、傳輸、轉換和使用的各個環(huán)節(jié)，具有普遍存在的特征。

2 諧波對電力線路的危害

2.1 對輸電線路的危害

由于輸電線路阻抗的頻率特性，線路電阻隨頻率的升高而增加。在集膚效應的作用下，使導體對諧波電流的有效電阻增加，從而增加了設備的功率損耗、電能損耗，使導體發(fā)熱，破壞絕緣，嚴重時造成短路，甚至引起火災。另外，由于輸電線路存在著分布的線路電感和對地電容及無功電容等電感和電容的存在，它們與系統(tǒng)母線側及系統(tǒng)串聯或并聯，組成串聯回路或并聯回路時，可能會發(fā)生串聯諧振或并聯諧振，導致在線路中產生很高的諧振電壓，嚴重時會使電力系統(tǒng)或用電設備的絕緣擊穿，造成惡性事故。

2.2 影響線路的穩(wěn)定運行

為保證線路與設備的安全，保證線路的穩(wěn)定運行，電力線路中使用了大量繼電保護和自動裝置及低壓開關設備。但由于諧波的影響，這些按基波量設定的高靈敏度繼電保護和自動裝置如變電站主變的復合電壓啟動過電流保護裝置，母線差動保護元件誤動以及線路各種型號的距離保護、高頻保護、故障錄波器、自動準同期裝置等發(fā)生誤動或使晶體管繼電器產生誤動或拒動，嚴重威脅供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全運行。諧波電流使斷路器的鐵耗和銅耗增大而發(fā)熱，造成脫扣困難或額定電流降低或脫扣電流降低等不正常現象，出現誤動作或不動作。

2.3 對電力設備的危害

當含諧波的電壓加在電容器兩端時，因為諧波頻率高，電容器對諧波阻抗很小，使電容器電流變大，導致電容器溫度升高，損耗系數增大、附加損耗增加，容易發(fā)生故障，影響電容器的使用壽命，嚴重時會引起電容器過負荷甚至爆炸。同時諧波還可能與電容器一起在電網中造成電力諧波諧振，使電網的諧波加劇，產生諧波擴大現象，危害更大。同時，由于諧波電壓的存在增加了變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及絕緣的電場強度，諧波電流的存在還增加了銅損，也會對大大增加非對稱性負荷的變壓器勵磁電流的諧波分量，因此會減少變壓器的實際使用容量。

2.4 對用電設備的影響

諧波對電力用戶電動機的影響最為明顯。諧波能使電機產生附加的損耗和轉矩，并能減少電動機的絕緣壽命。諧波產生的脈沖轉矩，會導致出現電機轉軸扭曲和機械振動的問題，發(fā)出很大的噪聲。此外，諧波還對計算機網絡、通信等弱電設備產生干擾；還影響電力測量的準確性和計量儀表的精確性，甚至導致計量設備無法工作；諧波對人體也有不良的影響。

3 供電系統(tǒng)諧波的管理

3.1 通過技術措施，減少諧波的危害

減少諧波目前采用的方法是：①運用由L、R、C元件構成諧振回路，可阻止與諧振回路的諧振頻率相同或相近頻率的諧波進人電網；②利用可控的功率半導體器件向電網注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流趨向零；③在諧波源處并聯加裝靜止無功補償裝置，可以有效減少波動的諧波量、改善功率因數、穩(wěn)定母線電壓、降低三相電壓不平衡度等，提高供電系統(tǒng)承受諧波的能力；④將電容器組的某些支路改為濾波器或采取串聯電抗器，也可以采取限定電容器組的投入容量。

3.2 加強管理，減少諧波的危害

各部門各負其責，盡量不把本部門管轄范圍內的諧波傳送到其他線路，如發(fā)電部門提高發(fā)電機制造的工藝水平，提高三相繞組絕對對稱性，鐵心的均勻一致性，從源頭上減少諧波的產生，同時對輸送出的電流實行檢測，不把電廠的諧波送到供電部門；對于供電部門來說，諧波的產生不可避免，但是通過一定的技術手段，加強監(jiān)測，實時控制，并通過加大供電系統(tǒng)短路容量、提高供電系統(tǒng)的電壓等級、加大供電設備的容量、盡可能保持三相負載平衡等措施，可以提高電網抗諧波的能力。

3.3 加強對用戶端諧波的管理

（1）加大對諧波的危害性和治理方面的宣傳，使用戶深刻認識諧波治理的重要性，諧波治理是保證電網和設備安全穩(wěn)定運行的舉措。

（2）用電用戶產生的諧波對電網影響也最大，因此必須加強對用戶的管理，按照GB 17625.1-2003《電磁兼容限值諧波電流發(fā)射限值（設備每相輸入電流≤16A）》，要求購置的用電設備，經過試驗證實，符合該標準限值才允許接入到配電系統(tǒng)中；GB/T14549《電能質量公用電網諧波》規(guī)定的注入公共連接點的諧波電流允許值的用戶，必須安裝電力諧波濾波器，以限制注入公用電網的諧波，限制消除諧波對電力設備及裝置的有害影響；

（3）加大用電檢查力度，對于已運行的電能質量污染源用戶進行補立檔案，本著“誰干擾，誰污染，誰治理”的原則，進行諧波源當地治理，即對于產生大量諧波的用戶，在用戶變的低壓側加裝濾波裝置，將諧波限制在標準允許的范圍內。

4 結束語

諧波問題是復雜的，要解決供電系統(tǒng)中的諧波問題，必須要多方面共同努力，通過制定相關政策、健全相關制度和技術創(chuàng)新，一定可以把諧波控制在較微小的范圍內，從而保證電網和電力設備的安全運行，杜絕因諧波造成的電力安全事故。

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