電氣設計中諧波危害及濾波裝置的選擇

步顯彬

（沈陽匯豐電力自動化有限公司）

摘要：文章首先對電氣設備使用中諧波的產生形式以及原因進行介紹，在此基礎上總結出諧波產生后所帶來的危害，分別從不同設備所存在的影響來開展。最后整理出有效的諧波過濾裝置安裝方法，以及根據不同諧波類型對過濾裝置的選擇原則，促進電路系統的使用安裝提升，最大程度的降低電路系統損耗問題。

關鍵詞：電氣設計；諧波危害；濾波裝一、電氣設備使用中諧波的產生

1、晶閘管整流設備及變頻裝置

當電流通過這部分裝置時，會進行一個分流處理，在這一過程中電流之間的差距過導致干擾出現，這部分器件產生諧波的幾率也是最大的，如果不能科學的進行控制，其諧波在電氣電路中會持續存在，其產生幾率高達30%。諧波的具體大小是隨著電容變化而變化的，在控制過程中也需要選擇有效的技術方法。變頻器屬于保護裝置，應用在功率較大的電氣設備中，例如發動機與風干機等，其產生諧波的原理與晶閘管整流控制系統相似，均為電容增大影響下產生的，這兩部分諧波在電氣設計中也是重點解決的，否則長時間存在會導致電氣系統的保護裝置失去功能，控制系統所檢測得到的數據也與實際情況不符合，最終造成管理效果達不到理想標準。

2、電弧爐設備及氣體電光源設備

其運行過程中受伏安特性的影響很容易產生電流，長時間在此環境下最終導致電流超出了額定標準，金屬熔煉受到影響。諧波所帶來的危害不僅僅是電氣系統失去穩定性，對所生產的產品質量安全也存在嚴重影響。氣體光電源用于照明使用，諧波的產生會導致照明光通量受到影響，其使用功率也超出了安全標準，在此環境下最終導致設備運行使用穩定性不足，造成照明設備燒毀的現象出現[1]。這兩方面因素是諧波產生比較常見的原因，其中也涉及到其他因素，如果不能處理好系統之間的諧波影響問題，電氣設計方案自然也是不科學的，針對這些問題，所開展的設計工作中會重點探討解決措施。

二、電氣設備中諧波的危害

當電氣電路系統中存在諧波，繼續使用也增大了諧波所帶來的影響，增大了用電設備的損耗，額定的安全使用壽命因此而大大減少，設備中的電子元器件也會頻繁的損壞，整體電氣系統的運行成本因此而增大[2]。其危害是持續存在的，直到諧波被過濾掉在系統中消失。三相四線制接電模式中，諧波的產生增大了零線中的電流流量，這種的環境下電路系統繼續運行使用最終會導致接地部分線路喪失功能，線路的保護功能自然也不能夠實現。用戶進戶部分的電網中如果存在電容補償，與供電線路之間會產生振動磁波，諧波也因此而產生，最終導致用電設備損壞，并且電流流經穩定性也因此受到影響，并不能達到預期的供電效果。電容器在電路系統中受諧波震蕩影響損耗增大，當損耗達到一定值后電容失去保護功能，使用安全性不能得到保障。

三、電氣設置中濾波裝置的選擇

1、無源濾波器

將電感、電阻以及電源燈系統組成部分相互結合，形成一個濾波系統，通過這種方法在使用中也能避免受到質量安全隱患的影響，無源濾波器能夠同時應對多種電路系統諧波震蕩問題，尤其是針對電流傳輸過程中電容差導致的影響效果更加明顯。形成這一濾波器最簡單的方法是將電容與電感采取串聯方式連接，形成一個共同的體系，這樣在系統應用過程中所遇到的諧波震蕩問題才能得到有效解決，也符合當前的運行使用需求。該組合方法可以解決一次或者多次諧波問題，采取不同的組合方法也能幫助提升問題的解決效率，對于常見的組合形式，所選擇的內容更要與實際情況保持相同，確保用電設備在系統中的運行使用安全，達到理想的運行控制效果。這種濾波形式常常應用在諧波單一的線路系統中[3]。

2、有源濾波器

這種濾波器可以有針對性的對諧波進行過濾，安全防護效果也更智能化，是單一方法中所不能達到的。隨著電氣設備使用，諧波產生可能是間斷的，而有源濾波器可以做到動態濾波，隨著諧波震蕩影響產生及時對其進行控制，避免出現更嚴重的影響。不規則的諧波產生后在大小與波形上都有很大變化，此時繼續采用無緣濾波器效果自然也不理想，在電氣設計階段會對濾波器的功能形式進行合理控制，達到更理想的設計效果來應對不同特征的諧波，確保電氣設備使用中的功能可以正常實現。諧波被過濾時如果方法不恰當很容易造成諧振問題，對供電系統產生更大的干擾，有源濾波器能夠將系統中的諧波全部吸收，這樣就不會出現繼續深入影響的現象，對于震蕩也能夠起到預防控制作用。在一些精密電氣儀器中會選擇這種濾波方法，雖然在波形控制中需要投入更大的成本，但其效果確是十分理想的。

四、有源濾波裝置的安裝位置

單一的電氣設備進行諧波濾波控制時，可以選擇離諧波源較近的位置處安裝，達到更理想的安裝效果，在諧波產生過程中便能夠對其作出有效控制，通過這種方法來確保用電系統整體穩定性。安裝在配電箱處僅適合單一的諧波源，并且諧波影響也比較簡單，對于復雜的電氣電路諧波影響，要觀察配電柜處的電流走向，在低壓電源處選擇安裝有效的濾波器。在一些大型商場等用電比較復雜的系統中，諧波濾波器要安裝到具體的用電設備處，通過這種方法來避免運行中出現諧波不能完全過濾的現象。選擇濾波器安裝位置是電氣線路設計中十分重要的項目，通過這種簡答方法來繼續加深控制，可以達到理想的使用穩定效果，同時更能夠對用電設備起到安全保護作用，避免在安全使用年限內出現過度損耗的問題。如果不能確定準確的安裝位置，在設計中可以先選擇幾個試驗點，在根據檢測得到的結果來確定最終位置，通過這種方法來開展的電氣設計其規劃方案更具有可行性，應用后也能達到系統的諧波過濾需求，是當前比較常用的設計安裝方法之一。

結語：隨著電力電子技術的發展與進步，將出現新的諧波源，而且有源濾波器造價太高，受硬件限制，在大容量場合無法使用。有源濾波容量單套不超過100kVA，目前最高適用電網電壓不超過690V。濾波器的技術有待于挖掘。

參考文獻：

[1]寧志毫，羅隆福，許加柱，邵鵬飛，趙志宇.變壓器鐵心諧波磁通抑制技術及其在工業整流中的應用[J].湖南大學學報（自然科學版），2011（12）：28-29

[2]邵鵬飛，羅隆福，寧志毫，許加柱，李勇，ChristianRehtanz感應濾波技術應用于工業定制電力系統的運行經驗分析[J].電力自動化設備，2011（04）：29-30

[3]廖聞迪，羅隆福，朱軍，張勛奇，梁崇淦，陳躍輝，周冠東.非正交解耦理論與集成于整流變壓器的線性電抗器[J].中國電機工程學報，2015（13）：20-21置