淺析電力系統(tǒng)諧波的危害與檢測

楊怡 仵亞男

（中國平煤神馬集團電務廠 河南省平頂山市 467000）

淺析電力系統(tǒng)諧波的危害與檢測

楊怡 仵亞男

（中國平煤神馬集團電務廠 河南省平頂山市 467000）

隨著電力電子裝置日趨廣泛的應用，諧波污染越來越受到人們的重視。本文介紹了諧波問題及研究現(xiàn)狀，簡要闡述了電力系統(tǒng)諧波的危害，并結合竹園變電站實際提出了一種粗略估算電力系統(tǒng)是否含有高次諧波的方法。

諧波電流；諧波電壓；頻率；電容

1 諧波問題及研究現(xiàn)狀

“諧波”一詞起源于聲學。有關諧波的數(shù)學分析在18世紀和19世紀已經(jīng)奠定了良好的基礎。傅里葉等人提出的諧波分析方法至今仍被廣泛應用。

電力系統(tǒng)的諧波問題早在20世紀20年代和30年代就引起了人們的注意。當時在德國，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C.Read發(fā)表的有關變流器諧波的論文是早期有關諧波研究的經(jīng)典論文。

到了20世紀50年代和60年代，由于高壓直流輸電技術的發(fā)展，發(fā)表了有關變流器引起電力系統(tǒng)諧波問題的大量論文。E.W.Kimbark在其著作中對此進行了總結。70年代以來，由于電力電子技術的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭中的應用日益廣泛，諧波所造成的危害也日趨嚴重。世界各國都對諧波問題予以充分的關注。國際上召開了多次有關諧波問題的學術會議，不少國家和國際學術組織都制定了限制電力系統(tǒng)諧波和用電設備諧波的標準和規(guī)定。

我國對諧波問題的研究起步較晚。吳競昌等人1988年出版的《電力系統(tǒng)諧波》一書是我國有關諧波問題較有影響的著作。夏道止等1994年出版的《高壓直流輸電系統(tǒng)的諧波分析及濾波》是近年出版的代表性著作。此外，唐統(tǒng)一等人和容健綱等人分別獨立翻譯了J.Arrillaga等的《電力系統(tǒng)諧波》一書，也在國內有較大的影響。

有關諧波問題的研究可以劃分為以下四個方面：

（1）與諧波有關的功率定義和功率理論的研究；

（2）諧波分析以及諧波影響和危害的分析；

（3）諧波的補償和抑制；

（4）與諧波有關的測量問題和限制諧波標準的研究。

2 諧波的危害

理想的公用電網(wǎng)所提供的電壓應該是單一而固定的頻率以及規(guī)定的電壓幅值。諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對公用電網(wǎng)是一種污染，它使用電設備所處的環(huán)境惡化，也對周圍的通信系統(tǒng)和公用電網(wǎng)以外的設備帶來危害。在電力電子設備廣泛應用以前，人們對諧波及其危害就進行過一些研究，并有一定認識，但那時諧波污染還不嚴重，沒有引起足夠的重視。近四五十年來，各種電力電子裝置的迅速普及使得公用電網(wǎng)的諧波污染日趨嚴重，由諧波引起的各種故障和事故也不斷發(fā)生，諧波危害的嚴重性才引起人們高度的關注。諧波對公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的危害大致有以下幾個方面：

（1）諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設備的效率，大量的3次諧波流過中性線時會使線路過熱甚至發(fā)生火災。

（2）諧波影響各種電氣設備的正常工作。諧波對電機的影響除引起附加損耗外，還會產(chǎn)生機械振動、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴重過熱。諧波使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以致?lián)p壞。

（3）諧波會引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，這就使得上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起嚴重事故。

（4）諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作，并會使電氣測量儀表計量不準確。

（5）諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質量；重者導致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。

3 粗略檢測電源中是否含有高次諧波的簡單方法

根據(jù)電容器對頻率敏感的原理，用測量電容電流的辦法，初步判斷電源中是否含有高次諧波。

圖1 判斷電源是否含有高次諧波原理圖

以我廠所轄的竹園變電站諧波測量為例，運用此原理在35kV1#站變的低壓側進行測量，測試結果如表1所示。

表1 竹園變電站35kV 1#站變處諧波測量數(shù)據(jù)

由測量結果可見，實測電流值與理論電流值相差不大，且存在儀表自身誤差和讀數(shù)誤差的影響。因此可以判定，測量時竹園站35kV1#站變處高次諧波的含量不大。

4 結束語

諧波問題越來越受到人們的重視和關注，電力電子技術的進步與發(fā)展，將出現(xiàn)新的諧波源，分布式發(fā)電系統(tǒng)的諧波、智能電網(wǎng)的諧波問題等需要深入研究，認清諧波的危害，掌握諧波的檢測方法，是我們分析研究諧波問題的前提和關鍵，諧波抑制技術需要多學科知識交叉融合，發(fā)現(xiàn)與研究新的諧波治理理論與技術是保障電力系統(tǒng)安全運行的必然要求。

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2016-4-15