探究諧波治理技術在變電站中的應用

汪 梅（廣東電網清遠英德供電局，廣東英德，513000）

探究諧波治理技術在變電站中的應用

汪 梅
（廣東電網清遠英德供電局，廣東英德，513000）

本篇文章具體闡述了在變電站系統中諧波電流是如何產生的及其危害性，概論了在治理諧波方面的種種科學技術方法，并且分析介紹了關于解決諧波電流的危害的方案，希望可以對廣大同行或類似的工業工程有所幫助。

諧波治理 ；變電站；產生；危害

1 諧波的產生、危害及其管制標準

1.1 諧波的產生

所有人公認的諧波的定義是：“頻率是基波頻率整數倍的一個周期電氣量的正弦波分量”。各種諧波源里都含有電氣系統的諧波以及變壓器，非線性的用電設備和帶鐵芯的電抗器等。

1.2 諧波的危害和影響

1.2.1 諧波的危害

諧波電流有很多方面都有對變電站系統造成不可避免的危害。例如：如果諧波電流突然增高，那么就會產生特別明顯的集膚效應，這將會引起輸電電纜和配電線路的傳輸導線的電阻增大，從而導致傳輸導線溫度升高而引起導線絕緣面壽命減短，而發生接地短路，從而將會埋下一個隨時可能發生的火災。所以，為了我國公民用電的安全和預防災害的發生，我們必須對這個隱患進行解決。

1.2.2 諧波的影響

同時諧波電流還會對負載關聯電容器有所影響，其體現在：

1）諧波電流會將變電站電網的公共電網所連接的用電設備增添更多的電流損耗，這會大大的降低變電站電力傳輸以及所連接用電設備的效率，而且會增加在運輸途中導線對電流的損耗。并在相關機制系統中，引發儀器過熱，部分嚴重情況將會導致發生火災。

2）如果諧波電流增加那么在變電站輸電電路的導線選擇上將會產生嚴重的問題，如果導線與中性線的相對橫截面的吻合度按照傳輸諧波的多少來計算的話，那么突然增加的諧波將會導致用電器的靈敏度降低，從而將會影響到用電器的壽命大大縮短，這將是所有用電用戶都不愿意看到的一面。

3）其次諧波還會導致變電站傳輸電流所用導線由于電流的突然性增大而使導線溫度升高，造成不必要的電流損耗在導線上，并且還會使導線表面以及用電設備過熱及絕緣老化，輕則導線和用電設備壽命降低，重則導致火災發生。

4）在通訊系統設備中，諧波還有很大的危害，諧波會產生時而嚴重時而輕微的噪音影響，嚴重危害通訊通話質量，使用戶體驗實用度大大降低。

5）如果諧波使電網和補償電容器之間產生了諧振，那么就會講其中的電流放大數十倍，電流過分的強大，就會導致燒毀所練電路的所有導線及設備，嚴重時還會引起電容器爆炸，引發嚴重的安全事故。

6）所帶負載產生諧波，便會影響該電路諧波所能傳輸到的所有工作區的所有設備的正常工作運行，從而引起的超標諧波會使其加速器運行紊亂。

綜合上述現象引發的用電設備和導線過熱導致火災、用電設備的壽命嚴重縮短、影響通訊質量、電容器的爆炸等等這些都將嚴重影響到我們生活的質量和安全。因此將變電站中的諧波消滅變得尤為重要，需要得到我們的高度重視，消除諧波對于國家電網的長時間正常工作服務與民，具有重要的意義。

表1 諧波電流允許值

1.3 諧波管制標準

由于諧波對世界人民造成了嚴重的危害，世界上基本所有的國家都著手制定計劃來管制諧波，讓諧波基本不復存在。在我國高級科學技術人才的努力下，制定了我國諧波治理標準為GB/ T14549-93《電能質量 公用電網諧 波》。其中，諧波電流允許值如表1所示。

2 諧波治理技術研究

想要管制諧波，那么就必須得花費一些必要的費用，從而必須得用用戶是否能夠接受管制諧波所需要的費用。所以，我們設計裝置必須得從成本較為低廉的基礎上做起，讓幾乎所有的公民都可以遠離諧波的干擾。技術研究表明，如果可以將形成的無源諧波濾除，從而形成一個LC串聯回路，并且將此回路和該系統并聯。實驗發現，諧波頻率為4、6、12時，諧振也會隨著它到這個點上。由此實驗可以證明，諧振頻率與濾除的諧波頻率在該串聯回路結構一致。隨著研究的不斷跟進，發現電抗器與電容器串聯起來即可形成無源諧波濾除裝置，且所需費用非常低廉，但是濾除諧波的效果不符合理想效果，但仍在國家管制諧波的范圍之內，使諧波不會影響正常的生活。

3 治理方法

在科學技術人員的研究之下，發現了很多種減小諧波影響的技術方法，但是所有減小諧波影響的技術方法都必須滿足所需成本較為低廉，而且還能將諧波減小到國家管制諧波的最小程度，最大的爭取以低成本，換來高效率的諧波治理效果。在長期的對加速器設備的諧波檢測后發現，加速設備的諧波主要集中發生在第三次和第五次諧波，三次諧波電流含量在一般負載的情況之下就可以達到73%。五次諧波電流含量可達55%，由于必須符合制造成本較為低廉，可采用電抗器與電容器串聯起來形成無源諧波濾除器來抑制諧波，而且可以同時兼顧動態無功補償作用。在不同的作業環境中，加速器工作的需求也有所不同，如在有無功補償裝置的作業環境中工作時，要在補償電容器倆端的一側加裝12%～13%的串聯電抗器。而沒有無功補償裝置，在安裝補償器的同時要兼顧動態無功補償作用。串聯電抗器可分為三類：限流電抗器、失諧或消諧電抗器、調諧或濾波電抗器，同時在選用濾波電抗器時，所選電容器也行采用濾波電容器。加速器正常工作時需要相電壓為220V標稱電壓的供電電源，所以與加速器串聯的無源諧波濾除裝置中的電抗器應能在工頻加諧波電流不大于1.35倍額定電流下長期正常運行，且可用于低壓系統電路中，還需符合國家標準噪聲控制在45dB以內。

無源濾波主要表現方式有五種。其中雙調諧濾波器、雙調諧帶高通濾波器、三階高通濾波器在平常都不經常被人們所使用。常用的單調諧濾波器是專門用于諧波電流較大的低次諧波，二階和C型阻尼高通濾波器是設計用于除掉次數較高的諧波。

4 濾波保護

要使濾波的效果達到理想效果，就要從無源濾波器的工作機制上來分析，無源濾波器是分析沒有阻抗或者真實環境較小阻抗下的諧波分流。由此可知，該設備會受到電網傳輸諧波阻抗的影響，系統諧波阻抗不在正常范圍之內時都會使濾波的效果不理想。除此之外與電網阻抗和濾波支路相似的阻抗還有可能發生諧振。

在調諧電路中有很多設備器件，這些器件并不都是線性器件，但如果不是線性器件，則會嚴重影響電網的正常運行，因此為了保護主電網，我們需要對每一條調諧電路進行保護性檢查。所用的保護設備要能在瞬間電流浪涌時，保護其不會因此的干擾而斷開連接，在特殊情況下，采用壓敏電阻器來控制瞬態電流過大。而浪涌電流是由于電容器工作時所引起的連鎖反應，同時也會產生過電壓，因此控制電容器的安裝方位及其型號變得尤為重要。

再者，保護裝置應該能夠應對一切的突發轉變情況，從而高效的確保裝置安全，支持長期的過電流來保護設備不受影響。從經濟性方面考慮，制造保護裝置應符合廣大民眾的經濟狀況，還應讓裝置可持續使用較長。

配置諧波濾除器時要考慮電抗器和電容器的規格問題，從而確保電網的諧振頻率不和出現的諧波頻率相同，當電網諧振頻率和電網中出現的諧波頻率相近的時候，則會導致過電流放大，引起干擾這就會嚴重損耗電網元件。電網有存在的非線性原件產生的諧波電流流入其所并聯的支路中，則會產生過電壓，影響電網正常運行工作。

5 結語

如今諧波的產生嚴重違反了我國可持續發展以及生態平衡的要求，所以在如今日益發達的科學技術的發展下，我國要在治理諧波技術方面越發的成熟，讓本身是我國經濟發展的重要推力的電力系統為我國貢獻更多的力量，使我國在眾多國家之中得以脫穎而出。

[1]《鋼鐵企業電力設計手冊》編委會，鋼鐵企業電力設計手 冊，冶金工業出版社.

[2]李煒,陳劍.220kV公坪變電站諧波治理的研究[R].中國國際供電會議.

[3] GB/T14549-93.電能質量 公用電網諧波[S].中國標準出 版社.

[4] GB50227-2008.并聯電容器裝置設計規范[S].中國計劃 出版社.

汪梅（1986.11）女，貴州貴定人，學歷：本科，電力工程技術工程師，現從事變電管理工作。

To explore the harmonic control technology application in substation

Wang Mei
（Guangdong power grid qingyuan British power supply bureau,Guangdong Yingde,513000）

This article elaborates on the harmonic current in the transformer substation system is how to produce and its harmfulness, the introduction to the science and technology of governance of harmonic method, and analysis is introduced about the solutions of the harm of harmonic current, hope can help the majority of peers or similar industrial engineering.

harmonic governance; Substation; Produce; harm