淺談工業供配電的諧波危害與治理

張至棟

能拓電力股份有限公司

1、供配電系統諧波的來源

在供配電系統中，發電、配電及用電等每個環節中都可能會有部分諧波產生，尤其是在供配電系統中，含半導體的非線性元件是產生諧波的主要來源，例如通風機、帶式輸送機及各種變頻器等。變壓器非線性負載在實際運行過程中，存在非線性磁化曲線及鐵芯內飽和等特征，因此會直接造成磁化電流呈堅定性，其中存在大量的奇性諧波，變壓器飽和度直接決定了諧波產生的尖頂，變壓器鐵芯飽和度越高，工作點偏離線形就越遠，進而產生大量諧波電流，嚴重時三次諧波電流都會達到額定電流的5%。

2、諧波所產生的危害

首先，我們要充分認識到諧波是具有一定危害性的，并且如果不加以及時處理的話，那么還極容易造成次生災害的出現，在這種情況下，配電系統最常出現這一問題，并且在電路并聯的過程中，也存在諧振的可能性，當工業生產中應用到電容器件時，這一問題就會突出的顯現出來，在這種情況下，無論是串聯的設備還是并聯的設備，都會造成極大的影響，設備的損壞尤為突出，這就是諧波問題對配電系統造成的不良影響。

在諧波的影響下，電流以及電壓也會在這種情況下出現變形的情況，波形會發生畸變，此時如果使用測量儀器對電流以及電壓進行相應的測量，那么結果與真實的結果也會存在較大的差異性，在這種情況下，就會自動進行繼電裝置的保護，進而引發一系列的錯誤指令，配電系統就不能正常的為工業生產提供電力的支援。

在電機旋轉磁場中，諧波電流會在這一環境中產生相互作用的影響，這一影響是負面的，在這一環境中還會出現脈動轉矩的狀況，與電機有關的設備在這種情況下會出現不同程度的振動，這時就會對工業生產產生負面的影響，尤其是對工作效率造成不良反應，同時伴有極大的噪聲污染，工作人員的健康也受到了極大的威脅，因此，諧波在工業生產中的不良影響是極為嚴重的，必須要及時加以制止才能有效的將配電系統控制在安全的使用范圍內。

除此之外，諧波所產生的危害還在于會將相關的危害進行累加，這樣一來電氣設備就不能進行正常的應用，電力設備在使用中自身的溫度無法得到有效的控制就會不斷升溫，最終就造成了電氣設備的運行超出了正常的范圍之內，因而大大縮短了設備的使用壽命，在工業生產中，電力設備是重要的組成部分，如果設備的正常運行都不能得到有效的保障，那么就會對經濟以及社會生活造成嚴重的損害。

3、工業供配電的諧波治理

3.1 耦合干擾

解決耦合干擾就是合理布置諧波源輸電線路和被干擾線路的距離、走向。諧波源輸電線路與被干擾設備輸電線路，控制線路平行敷設時，若未采取穿鋼管等屏蔽措施，間隔最好不小于30cm，控制線與諧波源的輸電線路交叉時，應成90度交叉布線。

3.2 安裝濾波器及靜止無功補償裝置

現階段所應用的濾波器分為無源與有源兩種，前者是通過將串聯或并聯L、C的濾波器連接在變壓器二次側出口，使其產生與諧波相對應的諧振，濾波器兩側的電壓在諧波發生時幾乎消失，縮減變壓器一次側諧波分量，但在應用的過程中需要考慮電網抗阻和運行狀態對補償實際效果的干擾，而且當并聯應用與濾波器形成并聯諧振會加大諧波的危害性，對濾波器的使用性能構成直接的威脅，所以前者的實際應用范圍受到嚴重的限制；而后者是在諧波電流從補償對象上已經檢測出后，利用補償裝置生成與其大小相同但極性相反的補償電流，使基波分量這種不會產生實際影響的因素生成，此種濾波器受電網抗阻的影響較小，所以應用范圍較大。而針對在工業生產中應用的軋鋼機等非線性沖擊負荷設備產生的隨機諧波，應針對行的安裝靜止無功補償裝置，使供配電系統整體抗諧波能力得到提升。

3.3 諧波源電源側加裝濾波電抗器

3.3.1 諧波源電源側加裝濾波電抗器為了不使電壓降得太低影響設備的運行，加裝的電抗器其電抗率一般在3%～5%為宜。

3.3.2 變頻器對于變頻器，還可在其直流環節加裝直流電抗器，改善其輸入功率因數，從而減小諧波的產生。

3.3.3 諧波源諧波源的接地線與受干擾設備的接地線分開，其接地極距離不小于5m。

3.4 合理選擇電力電纜

在供電系統中，如果電纜選擇出現了問題，很容易會造成火災，因此選擇電纜時應該充分考慮由于諧波而導致的發熱問題，按照諧波的影響程度來確定電纜的截面積。對于諧波擾動源設備配線進行選擇時，應該保證載流量留有的裕量是足夠的，并盡可能選用放大一級的電纜截面，這樣可以有效提升電纜的負載承載能力及耐用性。除此以外，三相四線制系統中確定中性線截面積時，應該綜合考慮高次諧波電流和三次諧波電流流入時所造成的集膚效應，避免由于集膚效應而引發的電纜發熱問題，避免火災的發生。

3.5 采取適當的隔離、補償和減小措施

針對諧波的產生和傳播的特點，采取相應的隔離、補償和減小措施。在配電網中，主要存在的是三次諧波污染，可以在諧波檢測的基礎上，通過適當加裝濾波設備來減小諧波注入電網。對于各種電氣設備的設計者，在設計初始，就要考慮其設備的諧波污染度，采取措施將諧波限制在標準允許的范圍內。

總之，諧波不僅會對工業供配電正常生產造成影響，而且會帶來不小的經濟損失，因此，配電系統諧波分析與治理十分必要，需要重點加強研究。

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