配電網中的諧波及治理

摘要：隨著電子元器件被大量地在電氣設備上使用，產生的諧波對配電網路產生的危害日益加劇，對電網及用電設備帶來巨大的安全隱患，解決諧波問題能有效地降低能耗和延長電氣設備的壽命。文章通過對諧波進行分析和論述，依據其形成原理找到破解之法對諧波問題進行治理。

關鍵詞：配電網；諧波問題；諧波源

中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）03-0129-02

近年來，我國的社會經濟發展迅速，經濟的快速崛起對電力的需求也日益增加，導致用電負荷的不斷加大，面對電力資源短缺的問題要加大新電廠的建設力度，同時對已有網路也要進行優化減少既有線路的電力損失，配電網路中的諧波就是導致電力損耗的一個重要因素，必須采取措施對其進行有效防治，從而真正提高輸供電質量。

1 諧波具有的特征及其測度

一個周期電氣量的正弦波分量被稱作為諧波，這種波的頻率為基波頻率的整數倍。在經過理論分析后發現配電網的諧波主要是由非線性負荷引起的，非線性負荷所吸收的電流值與加載的端電壓值呈現非線性的特征。這種形式的負荷產生的電流為非正弦波，同時還會造成電壓出現波形畸變的現象。這種具有周期性的畸變波由傅立葉級數分解后會產生一些大量基頻的分量，這些分量就被命名為諧波。

非線性負荷在產生基頻整次諧波的同時還能夠有比基頻更低的次諧波，以及比基波高的非整數倍數的諧波。要對供電質量進行完善就必須對存在的諧波展開治理，在此之前，必須對諧波的類型有清楚的認識，較為常見的諧波有準穩態、波動、快速變化和間諧波等4種類型。由于波在變化過程中其隨機性較大，想做到對其進行精準的變化量值分析較為困難，在通常情況下是通過運用數理統計的方式來對其實施測度的。

對某一區域或是全網的諧波進行測度較單點的測度更為復雜和困難，主要是要能夠準確定位出諧波源以及采用何種測度模型進行測量。在定位諧波源時通常運用功率方向技術與瞬時負荷參數分割技術。分析諧波的模型包括非線性時域仿真模型、線性與非線性頻率分析模型等3種。它們都是對配網電路進行線性化修正，而在具體的修正模擬中采取了不同的技術手段。

2 配電網的諧波源分析

在整個配電網路中發、輸、配、用電各環節諧波都是存在的，但在入戶用電環節其諧波的產生最大。在發電環節，理論上三相繞組發電機應當是完全對稱布置的，發電機鐵芯同樣應是均勻的，這樣在運轉工作中不會產生諧波，然而由于生產工藝水平和技術手段等多方面的原因，這種完全的均勻對稱性無法實現，導致工作中仍然有一定量的諧波產生。

在整個輸變電線路中有眾多的變壓器設施，而這些變壓器的鐵芯部件飽和，由于磁化曲線存在非線性的特征，同時設備在額定工作環境下運行使磁密在磁化曲線近飽和段以上，這些因素的綜合作用造成了磁化電流出現了尖頂形，其中含有眾多的奇次諧波，而隨著變壓器設施鐵心飽和度的升高，它的工作點線性的偏離也會越大，從而導致諧波電流大幅度上升，某些時候其偏離程度甚至能夠超過額定電流值的5%。

在用戶用電的環節產生的諧波是最多的，例如變頻設施、晶閘管整流器和家用電器等設備在使用中都會有諧波的產生。當前晶閘管整流技術被廣泛用于充電設備以及電源開關等設備中，在使用過程中它們吸收電網半周的正弦波，這樣會有另外的半周正弦波留在電網上，而它的分解會導致大量的諧波產生。相關統計數據顯示將近40%的諧波是由整流設備引起的，它是產生諧波的最大電氣設施。變頻技術現在也被大量用于家用電氣的生產中，常見的變頻形式主要有交一直一交變頻與交一交變頻，它們運用的都是相位控制技術，這就會在進行頻率變換時產生復雜的諧波，如整次、分次諧波等。

3 配電網中諧波的危害性

現實中諧波產生的危害較大，在配電系統中它會對線路上安裝的各種保護與測度設施產生干擾，在這些設備中一般都安裝有電磁式繼電器以及感應繼電器等元器件，由于諧波的干擾作用極易引起設備的誤動或者拒動，很多情況下設備發生的不明原因的誤動與拒動都是由于諧波的干擾產生的，諧波的存在對配電系統的安全性和穩定性帶來了重大隱患。

諧波對變壓器的影響主要是對它的銅元件與鐵元件的耗損，由于諧波的存在會引起較大的噪音，從而對變電場所附近的環境造成污染，對工作人員也會產生不利影響。諧波在電力電容器元件中會引起端電壓值的上升，造成發熱量的增加，損耗增多且更容易老化影響其正常使用壽命。

異步電動機的大量使用也會產生諧波，會對異步電動機產生較大的損耗。其中由于負序諧波引起的負序旋轉磁場，造成電機會有制動力矩的存在，使電機的部分功率白白損耗掉。而組成電路斷路器的電磁與熱磁元器件，也會因為諧波的干擾產生誤動或拒動，對這個線路帶來安全隱患。諧波會對電能表的精確計量產生影響，電能表是測度用戶電能耗用的儀器繳費的依據，諧波可導致其計量精度下降，甚至引起其計量的紊亂。

諧波還會對人體健康產生危害，它能對人體細胞產生刺激作用，造成細胞的電位上下波動或是產生可逆翻轉，一旦其波動翻轉頻率與諧波的頻率一致時就會引起共振，危害人體的心臟和大腦等。

4 配電網諧波的治理措施

上文對諧波的危害進行了分析，針對其存在的危害必須采取相應的措施來加以應對。

首先，需要加大對相關標準和規范的執行力度，加強宣傳教育活動，普及相關知識，讓人們明白治理諧波的重要意義，能夠做到節能增效，同時也是為了使電網系統能夠安全的運行，保障電力資源的穩定供應。

其次，電力運營單位要實時地對電網的運行情況進行監控分析，及時摸排諧波源的位置，掌握現場資料，通過對資料的分析弄清楚其產生的原因加以解決和規避，對經常出現問題的區段要建立觀察站點，方便信息的收集。同時用戶與電力部門之間也應建立起相互監督的體制機制，用戶對電力部門提供的電力資源質量進行監督，而電力部門也對用戶的電氣設備進行諧波測度和評價，在雙方共同努力下減少諧波污染的發生。

第三，要對已經產生和傳播中的諧波進行隔離與削弱，例如可以在網路中裝配相應的濾波器件，從而減少配電網上的諧波，在電氣設施的設計制造上要加大技術投入，在進行規劃設計時就對諧波進行規避和減弱，控制在標準范圍內保障安全。

最后，在諧波的治理工作中，需要各方的通力配合和資金的落實，只有在政府、電力企業和用戶的共同努力下才能取得諧波治理的勝利，使線路及人體的安全得到保障。

參考文獻

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作者簡介：王竹南，男，阜新礦業集團瓦斯綜合利用公司副經理，高級工程師，研究方向：瓦斯發電

技術。