電網諧波問題的分析與解決方法

摘 要進入21世紀以來，在經濟和技術發展的推動下，為我國電力行業的發展帶來了極大的推動作用，尤其是農村電力的發展，有效的滿足了人們的多樣化用電需求。但是，在農村地區，因為投入了較多的非線性負荷，因此，日益嚴重的諧波污染開始出現在農村電網中，所以，本文通過分析農村地方電網的諧波之后，制定出了一套科學的治理對策。那么，通過本文對相關內容的分析與闡述，從而為有關單位及工作人員在實際工作中提供一定的幫助作用，為促進保證我國農村穩定、安全的用電提供相應的保障。

【關鍵詞】農村地方 電網諧波分析 治理分析

在科技發展的推動下，我國農村電網也取得了前所未有的發展，很多工業開始向農村轉移，這樣很多輸電線路都要被重新建設與改造；其次，對于現存的電力資源還應該高效的進行應用，將電力損耗降低。因為有不平衡的負荷存在于農村電網中，很多設備都屬于高能耗。因此，就會有越來越嚴重的諧波污染出現在這些設備中，從而就會嚴重的影響著農村供電系統。所以，如何確保我國農村電力行業的穩步發展，就需要有關部門及工作人員在工作中將諧波污染問題高度的重視起來。

1 問題的闡述

近些年來，在經濟與科技發展的推動下，加快了我國農村本身地方產業的發展，新建了許多工廠，例如小煤礦廠、鋼鐵廠、水泥廠等。一些企業為了穩固生產成本，多數都開始由城市轉移到鄉村，成為了農村工業隊伍中的一份子。并且，隨著農民生活水平的日益提升，農村家庭中的家電種類和數量也越來越多，對應的，也就會逐漸的增加農村電網負荷的數量和種類，并且，有很多的晶閘管可控開關、電弧爐、換流裝置等非線性設備存在于這些負荷中，這些投入及應用，就會將越來越多的高次諧波注入到農村電網中，進而畸變問題也不斷出現在電流諧波和電網諧波中，從而就會逐漸的降低電能質量，問題輕則會增加發熱量、自動裝置與繼電保護裝置誤動作、機械與電氣諧波、元件功率損耗等。一旦問題嚴重，會導致重大事故出現在電力系統中。

1.1 變壓器濾波故障

有很多的電力變壓器存在于配電與輸電系統中，由于有飽和問題容易出現在變壓器內鐵心中，在磁化曲線近飽和段上存在額定工作磁密度和磁化曲線的非線性特征。這樣就造成有尖頂形出現在磁化電流中，有很多的奇次諧波存在于內部。越高的變壓器鐵心飽和度，就在線性更遠的距離處存在工作點，從而就會有越大的諧波電流，一旦問題較重，三次諧波電流，同額定電流的5%相吻合。如下表為某地母線電壓的諧波情況。

通過表1能夠得知，同負荷高峰進行比較，負荷低谷時就會將10KV母線電壓提升5%左右，然而，卻在很大程度上提升了諧波電壓值，尤其是提升了1倍左右的諧波，也提升了近一倍的總諧波，這樣電能質量相關規定中的諧波限定值就會被10KV母線諧波電壓所超過。

1.2 保護裝置受諧波影響

自動控制裝置與繼電保護裝置會受到諧波的影響，從而出現拒動和誤動問題，例如，有諧波分量容易出現在變壓器空載合閘激磁涌流中，這樣誤動作問題就極易出現在繼電保護裝置中。

1.3 諧波問題出現在電弧爐中

在鄉鎮的冶煉企業中廣泛的應用了中頻電弧爐，它有著投資少、技術含量低的特征，它是污染農村電網的主要諧波。有很多的諧波電流被電弧爐生成出來，從而就會有非常嚴重的諧波污染問題出現在農村電網中。尤其是農村電網內部的一些不合理的供電形式，居民用戶同鄉鎮企業應用同一條供電線路，這樣用戶家電被燒毀和用戶計量表被燒毀的問題就會經常發生。

2 諧波所帶來的傷害

在應用了大量的電弧爐、中頻爐后，這樣會有很多的諧波電流出現，從而造成有畸變問題出現在電壓正弦波中。

諧波會將一定的附加損耗帶給供電線路。因為鄰近效應和集膚效應，隨著頻率的增加，線路電阻也會增加，從而就會嚴重的浪費掉一部分電能，正常的情況給下，不會有過大的電流從中性線中流過。因此，它具有較細的導線，當在中線流過的電流產生三次諧波時，可能會造成導線發熱、導線絕緣老化、損壞導線，一旦問題嚴重，還會造成火災問題的出現。

諧波還會誘發公眾電網的串聯諧振與并聯諧振，進而就會不斷的放大諧波，從而嚴重的影響著電網的運行效果。

同時，各個用電設備的運行穩定性也會受到諧波的影響，造成也有振動、發熱等現象出現在電動機等設備中，對電子裝置的工作精度帶來影響，從而縮短設備壽命、損壞家用電器、降低產品質量。

諧波造成難以投運電網10KV電容補償裝置。例如這樣的案例，在某個工業園區中，因為很多單位都應用了中頻爐，并且他們的電流分量和電壓的分量都嚴重的超標，所以，造成難以正常的投運10KV饋出線路分散補償電容，因此，就會出現較低的功率因素，增加功率損耗。

3 分析諧波

在整個農村負荷用電量中，農村地方工業用戶的用電量占據了30%左右，可以說它占據著很大的比例，很多城市所限制的非線性負荷用電企業開始紛紛的轉入到鄉村，成為了地方工業用戶中的一部分，所以說，農村電網的諧波源就是由這些非線性的負荷所構成的，比如，石灰廠、小煤礦廠、水泥廠等。在交流側會有大量的高次諧波生成于換流器交流-直流轉換的過程中，在分析了12相整流電路后得知，可以用以下公式表示電網側總電流：

在這個式子中，變壓器的變化用N表示，恒定直流電流用Id表示，在交流電路中總共有12K±1次的特征諧波出現在換流的過程中，K的值取正整數。在一般的情況下都可適用，一旦換流器的脈動在各個基波周期中都是P，這樣就會有N=KP±1的特征諧波出現在交流電路中，從而就會嚴重的污染的整個電網的運行系統。

在整個電力系統中，例如，一些工廠所使用的電弧爐為其中一個非常關鍵的諧波源。有這樣幾個原因會誘導電路產生諧波：首先，電弧和電弧起燃延遲的高度都屬于非線性；其次，有著一定的隨機性存在于電弧爐負載中。在電流過零時，會熄滅交流電弧，當弧隙的介質電壓被弧隙電壓超過時，就會再次增加其電壓強度，從而造成有不連續的電弧電流波形出現；因為非線性的伏安特性存在于電弧中，這樣隨著不斷增大的電流，電阻就會被降低。所以，電壓和電弧電流都會出現較大的畸變，一旦能夠穩定的燃燒電弧，這樣基波生成整數倍諧波。在熔化期，負載的隨機性較強，電弧間電磁力互相作用和正在熔化爐料持續運動，所以，這樣就會十分明顯的隨機性出現在電弧爐的諧波中。在基波量的20%左右控制著高次諧波幅值，并且，這樣的概率會達到70%左右，因此，就會有非常嚴重的諧波。

4 治理諧波

4.1 治理諧波的總則

110KV及其以下為我們國家農村電網電壓的基本壓值范圍，500MV·A左右為短路容量范圍，所以，對諧波的承受能力不強，受干擾和諧波的危害就非常的嚴重。為了避免系統不受諧波影響，要按照GB/T14549-93標準去做。

4.2 治理農村電網諧波

在運行統計資料的基礎上，對于很多負荷點的諧波，農村地方電網都不能夠給予滿足，諧波源在其中通常都比較大。例如煤礦的脈動整流設備和鋼廠的電弧爐等，這樣才會在標準值以外存在著注入的諧波電壓值。因此，主要應該從較大的諧波源出發來對農村地方電網的諧波污染進行治理，將最為合適的抑制對策制定出來，將電弧爐與換流器所導致的諧波電壓控制在合理的范圍內，從而將電網的安全運行效率提升上來，從而有效的保障用戶設備與電網電能設備的質量，所以，應該針對這樣幾個方面進探究：

n=kp±1為換流器的特征諧波，一旦將換流裝置脈動數P增加進去，對應的也會增加n的值，同時Ii/n≈In，因此，利用將換流器相數增加的方式，用12脈動整流取締6脈動整流，從而實現降低諧波和實現平滑波形的目的。

在分析了三相橋式整流器換相經過之后，發現隨著不斷增大的電抗觸發角，換相角也會隨之而增大，但是，隨著出現越大的換相角，就會有越平滑的波形變化，這樣同正弦波就越接近，從而就會在某種程度上改變換流器的內部構造，降低觸發角，增加換相電流，對諧波的電流進行有效的限制。

應該從源頭出發抑制直流電弧爐所帶來的諧波污染，從源頭開始，就是在系統中接入電弧爐后，就需要將合理的接入點選擇出來，同時，需要有足夠大的接入點系統短路容量。由于電網有著較大的短路容量，這樣就會有較強的諧波承受能力，而且，還可以將小額定值的濾波器裝設在接入點附近，將無源濾波器配置于其中。

對于基波有源電力濾波器難以有效的予以承受，所以，可以對額定值小、容量小的裝置進行應用。通常利用無源濾波器就可以補償諧波，從而就可以將諧波有效的降下來。通常有串并聯、電容器和電抗器串聯一同構成了無源濾波器，在一些概率范圍內調控諧波頻率，所以，可以將需要濾掉的諧波吸收掉；諧波隔離器是有源濾波器的一大特征，對無源濾波器的濾波特性予以改善，這樣電源阻抗就不會影響到無源濾波器，并且，有諧振問題容易出現在無源濾波器和電網中，它有著快速響應與高度可控性特征，對于各次諧波都可以有效的進行跟蹤補償，對于不斷變化的所需的無功功率可以自動生成，并且，系統不會輕易的影響到特性，沒有放大諧波的危險問題出現在其中。所以，對于混合式的電力濾波方式進行應用，從而獲取最優化的濾波裝置性價比。

應該在在線性負荷區內確保變壓器工作，盡可能的通過兩臺變壓器共同工作的方式進行季節性供電，加大力度調查基層單位的負荷用電情況，因為主要有三次諧波和兩次諧波存在于變壓器空載合閘勵磁涌流中，這樣在治理的過程中就可以應用到LC無源濾波的方式。在變壓器阻抗變化特性的基礎上，可以對LC諧振型濾波器進行應用。

5 結語

綜上所述，一旦有諧波問題出現在農村電網中，對于農村的電能指標就會帶來非常嚴重的影響，將電網的供電可靠性就會降低，不但對電氣裝置的正常運行會帶來傷害，還會增加額外的電能損耗，從而對電氣裝置的使用壽命帶來極大的傷害。在農村地方電網中，諧波污染成為了其中一大公害，所以，農村電網部門需要應用有效的管理措施與技術措施相結合的方式，不斷的評估和監測電能質量，從而將農村電網的管理效果提升上來。對合適的優化技術進行應用，然后綜合的治理和防范其中可能出現的諧波問題，確保能夠按照相應的秩序完成農網建設與電力負荷的控制，從而保障我國農村經濟向著更好的方向發展。

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作者簡介

張鵬（1980-），男，甘肅省民勤縣人。西北師范大學雙學士學位?，F為河西學院講師，主要研究方向為電氣工程。

作者單位

河西學院物電學院 甘肅省張掖市 734000