淺談電網(wǎng)諧波的危害及治理

吳昊

摘 要：近年來(lái)，在各個(gè)領(lǐng)域中非線(xiàn)性設(shè)備都得以廣泛的應(yīng)用，這就導(dǎo)致大量的高次諧波被注入到電網(wǎng)中，從而導(dǎo)致電網(wǎng)電壓正弦波形出現(xiàn)畸變，影響電能的質(zhì)量，對(duì)電網(wǎng)中保護(hù)裝置和自動(dòng)化裝置的正常運(yùn)行帶來(lái)較大的影響，不利于電網(wǎng)運(yùn)行的安全性。由于諧波所帶來(lái)的危害較大，所以需要加強(qiáng)對(duì)諧波進(jìn)行治理，以便于能夠有效的對(duì)供貨電品質(zhì)進(jìn)行改善。文章從諧波的來(lái)源入手，對(duì)諧波對(duì)電網(wǎng)的危害進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步對(duì)諧波具體治理措施進(jìn)行了具體的闡述。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)；諧波；來(lái)源；危害；治理措施

前言

諧振波干擾已成為當(dāng)前電力系統(tǒng)中對(duì)電能質(zhì)量造成影響的重大問(wèn)題，其所帶來(lái)的危害較大，但對(duì)于諧波可以通過(guò)采取必要的措施來(lái)進(jìn)行抑制，這是一項(xiàng)綜合性的治理過(guò)程中，通過(guò)對(duì)諧波進(jìn)行治理，可以有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)供貨電品質(zhì)進(jìn)行改善，強(qiáng)化對(duì)諧波治理的各項(xiàng)規(guī)范措施，特別是當(dāng)前農(nóng)村電網(wǎng)中，需要對(duì)諧波治理給予充分的重視，認(rèn)識(shí)到諧波治理對(duì)于節(jié)能降損及確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要性。

1 諧波的來(lái)源

1.1 來(lái)自非線(xiàn)性負(fù)荷

隨著當(dāng)前電子技術(shù)的快速發(fā)展，大量的非線(xiàn)性負(fù)載被加入到供電系統(tǒng)中，而且在家用電器、工業(yè)交變及直接變換裝置中非線(xiàn)性設(shè)備都有廣泛的應(yīng)用，而這些非線(xiàn)性設(shè)備即是諧波的主要來(lái)源。

1.2 來(lái)自系統(tǒng)的影響

（1）在電力系統(tǒng)中，由于交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部的定子和轉(zhuǎn)子之間存在一定的氣隙，而且在鐵心齒、槽及工藝等諸多因素的影響，氣隙分布不均勻，從而導(dǎo)致三相電勢(shì)中會(huì)有一定數(shù)量的奇次諧波產(chǎn)生；（2）電網(wǎng)中有大量的變壓器，當(dāng)變壓器處于空載或是過(guò)勵(lì)磁時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生奇次諧波，而且還會(huì)形成較為穩(wěn)定的諧波源；（3）在變壓器或是電容器投切過(guò)程中，由于會(huì)存在空載的情況，這種情況下會(huì)有合閘涌流注入到電網(wǎng)中，從而導(dǎo)致突發(fā)性諧波源產(chǎn)生。

2 諧波對(duì)電網(wǎng)的危害

當(dāng)電網(wǎng)中產(chǎn)生的諧波數(shù)量達(dá)到一定程度時(shí)，則這些諧波則會(huì)影響到電網(wǎng)運(yùn)行的安全性，會(huì)對(duì)電網(wǎng)中的電氣設(shè)備帶來(lái)較大的危害，由于諧波而對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的危害主要有以下幾個(gè)方面：

2.1 諧波對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的危害

（1） 當(dāng)諧波達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)有電壓諧振產(chǎn)生，從而在線(xiàn)路產(chǎn)生諧振過(guò)電壓使線(xiàn)路及設(shè)備的絕緣被擊穿，從而導(dǎo)致短路故障產(chǎn)生；（2）在電力系統(tǒng)中存在諧波時(shí)，會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置產(chǎn)生誤動(dòng)作，從而對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的正常性和安全性帶來(lái)較大的影響；（3）在電力系統(tǒng)中諧波數(shù)量較大時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中多數(shù)的監(jiān)視和測(cè)量?jī)x表產(chǎn)生誤差；（4）諧波還會(huì)對(duì)電網(wǎng)中通訊系統(tǒng)帶來(lái)較大的影響，使通信清晰度降低，而且由于諧振的存在，還會(huì)對(duì)通訊系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重的干擾；（5）當(dāng)諧波注入到電力系統(tǒng)中時(shí)，不僅會(huì)對(duì)功率因數(shù)補(bǔ)償效果造成較大的影響，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)失控的狀態(tài)。

2.2 諧波對(duì)電網(wǎng)電氣設(shè)備的危害

現(xiàn)階段電網(wǎng)中的電氣設(shè)備基本都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化的運(yùn)行方式，所以在電氣設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中需要通信網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)傳輸，在信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中電子設(shè)備可能會(huì)不同程度的受到諧波的影響，從而影響到電氣設(shè)備運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。比如變壓器、輸電線(xiàn)路、電動(dòng)機(jī)、繼電保護(hù)裝置以及計(jì)量?jī)x表等，在運(yùn)行時(shí)，都需要通過(guò)電流的輸送來(lái)完成電壓的供給，如果諧波電流對(duì)電壓產(chǎn)生影響，則會(huì)造成線(xiàn)路或者電子設(shè)備的損耗增加，同時(shí)導(dǎo)致保護(hù)裝置出現(xiàn)誤動(dòng)和據(jù)動(dòng)等現(xiàn)象，從而引發(fā)故障的發(fā)生。如果在電容器兩端有諧波電壓產(chǎn)生時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致電容器有較小的阻抗產(chǎn)生，而且隨著諧波次數(shù)的增加，電容器所產(chǎn)生的阻抗則會(huì)越來(lái)越小，從而導(dǎo)致電容器出現(xiàn)過(guò)載或是燒毀的情況。諧波的出現(xiàn)會(huì)降低信號(hào)的傳輸質(zhì)量，對(duì)線(xiàn)路產(chǎn)生物理干擾，從而擾亂電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，為電網(wǎng)的正常運(yùn)行帶來(lái)了巨大的危害，所以急需采取有效的措施來(lái)治理諧波對(duì)電氣設(shè)備所帶來(lái)的危害，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

3 諧波具體治理措施

3.1 濾波

濾波是將一個(gè)電信號(hào)中若干種成分中的一部分交流信號(hào)過(guò)濾掉，通常是將電網(wǎng)或是電力設(shè)備中一些不需要的交流信號(hào)利用濾波的手段將其去掉。通過(guò)濾波的手段可以有效的對(duì)諧波，特別是高次諧波進(jìn)行消除。濾波有有源濾波和無(wú)源濾波之分，而且實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，無(wú)源濾波應(yīng)用較多，而且其在應(yīng)用過(guò)程中也能夠產(chǎn)生較好的效果，而且具有較好的經(jīng)濟(jì)性。濾波通常包括串聯(lián)濾波、并聯(lián)濾波和低通濾波三種形式，其中串聯(lián)濾波可以對(duì)三次諧波具有較為明顯的抑制效果，而并聯(lián)濾波則可以將多次諧波濾出，而且能夠給系統(tǒng)提供無(wú)功補(bǔ)償，在消除諧波及凈化電源過(guò)程中具有非常好的效果。而低通濾波則對(duì)治理高次諧波具有非常好的效果。

利用并聯(lián)電容器補(bǔ)償能夠有效的治理諧波，具體補(bǔ)償過(guò)程中主要有以下幾種補(bǔ)償方式：

一是集中補(bǔ)償方式。在總降壓變電所或是負(fù)荷較大的配電所的高壓母線(xiàn)上集中安裝高壓電容器。二是分散補(bǔ)償。當(dāng)車(chē)間變電所其用電負(fù)載較為分散，而且功率因數(shù)較低時(shí)，則可以在低壓配電室內(nèi)安裝低壓并聯(lián)電容器。三是就地補(bǔ)償。當(dāng)電動(dòng)機(jī)與供電點(diǎn)距離較完，而且屬于大中型容量，并需要連續(xù)進(jìn)行工作時(shí)，需要對(duì)其采用無(wú)功功率就地補(bǔ)償裝置，這樣可能效的確保功率因數(shù)的提高，而且能夠有效的減少線(xiàn)路損失，降低總電流，能夠有效的確保變壓器負(fù)載率的提升。

3.2 接地

通過(guò)正確的接地，可能有效的以地系統(tǒng)外來(lái)干擾起到有效的抑制作用，而且設(shè)備本身對(duì)外界的干擾也能夠有效的降低。但在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，存在著系統(tǒng)內(nèi)電源零線(xiàn)、地線(xiàn)不分的情況，而且控制系統(tǒng)屏敝地連接也較為混亂，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性帶來(lái)較大的影響。在正常接地過(guò)程中，變頻器的接地需要與其他動(dòng)力設(shè)備的接地點(diǎn)有效的分開(kāi)，不能共用接地。

3.3 屏蔽

屏蔽干擾源是抑制干擾的最有效的方法。通常變頻器本身用鐵殼屏蔽，不讓其電磁干擾泄漏；輸出線(xiàn)最好用鋼管屏蔽，特別是以外部信號(hào)控制變頻器時(shí)，要求信號(hào)線(xiàn)盡可能短，且信號(hào)線(xiàn)采用雙芯屏蔽，并與主電路線(xiàn)及控制線(xiàn)完全分離，決不能放于同一配管或線(xiàn)槽內(nèi)，周?chē)娮用舾性O(shè)備線(xiàn)路也要求屏蔽。為使屏蔽有效，屏蔽罩必須可靠接地。

3.4 采用多相脈沖整流

在條件允許或是要求諧波限制在比較小的情況下，可采用多相整流的方法。12相脈沖整流THDV大約為10%～15%，18相脈沖整流的THDV約為3%～8%，滿(mǎn)足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的要求。缺點(diǎn)是需要專(zhuān)用變壓器，不利于設(shè)備的改造，價(jià)格較高。

3.5 采用電抗器

在變頻器的輸入電流中頻率較低的諧波分量（5次諧波、7次諧波、11次諧波、13次諧波等）所占的比重是很高的，它們除了可能干擾其他設(shè)備的正常運(yùn)行之外，還因?yàn)樗鼈兿牧舜罅康臒o(wú)功功率，使線(xiàn)路的功率因數(shù)大為下降。在輸入電路內(nèi)串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法。

4 結(jié)束語(yǔ)

電網(wǎng)的供電質(zhì)量對(duì)區(qū)域生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)和人民生活帶來(lái)較大的影響，電網(wǎng)諧波的存在會(huì)對(duì)電能質(zhì)量帶來(lái)嚴(yán)重的污染，所以需要加大對(duì)電網(wǎng)諧波進(jìn)行治理，努力提高電網(wǎng)諧波治理技術(shù)，同時(shí)進(jìn)一步對(duì)相關(guān)制度進(jìn)行完善，確保電網(wǎng)諧波治理能夠取得良好的效果，確保電力系統(tǒng)能夠?yàn)樯鐣?huì)提供更加清潔的能源。

參考文獻(xiàn)

[1]李紅，楊善水.電力系統(tǒng)諧波的檢測(cè)與發(fā)展[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009（9）.

[2]吳京，果明明，徐忠富.信號(hào)與系統(tǒng)分析[M].國(guó)防科技大學(xué)出版社，2010.

[3]高西全，丁玉美.數(shù)字信號(hào)處理[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2008.