電力諧波對電力設備的影響及其應對策略研究

邢大江

（國家電投集團河南電力檢修工程有限公司，河南 新鄉 453011）

伴隨科學技術的不斷發展，各式各樣的非線性用電裝置等在電力系統中的使用十分普遍，給電力系統造成了一定的諧波污染，并且降低了電能供給的質量，擾亂了電力系統的可持續發展。電力諧波含量會影響到波形的質量，同時對電力系統造成極大威脅，導致電力設備發熱、減少使用周期、引發電流諧振或者電壓諧振等，進而對全面電力系統的有序運行造成不利影響，所以要求對電力諧波分布狀況產生的原因展開分析，制定可行針對的應對策略。因此，就電力諧波對電力設備的影響及其應對策略開展研究，有著十分重要的現實意義。

1 電力諧波概述

（1）電力諧波。對于電力諧波含義的界定，在國際層面較為統一的認識是：電力諧波是指一個周期電氣量的正弦波的分量，其頻率為工頻基波頻率的整倍數；在我國的國家標準中，電力諧波是指借助傅里葉級數，對周期性交流量開展分解，獲取頻率在1以上的整數倍的分量；而從廣義角度而言，不論是何種與交流電網中工頻頻率不同的成分，均可稱為電力諧波。因為正弦加壓于非線性負載，基波電流引發畸變形成諧波。其中，較為常見的非線性負載包括有整流器、變頻器、開關電源、不間斷電源等。

（2）電力諧波形成原因。①發電系統形成的電力諧波。由于制造工藝技術的制約，好比鐵心絕對均勻技術、發電機三相繞組絕對對稱技術等，生成電源基波電勢期間必然會一并生成諧波電勢，該種電勢受自身性能的制約會使得電網波形發生轉變，因為電力系統對應產生的諧波幅值相對小，因而當前即便認識到此期間會形成電力諧波，然而有效的應對策略相對不足，往往會直接予以忽略。②電力系統形成的電力諧波。電力變壓器鐵心飽和、非線性磁化曲線等因素均會致使形成電力諧波，并且電力諧波的實際大小、影響覆蓋面與該部分因素的實際情況緊密關聯，依托對電力系統的全面剖析，該種原因形成的電力諧波的規模相對小，因而倘若對其制定相應的應對策略會造成不必要的人力、物力損耗，因而在治理過程中，通常不將該部分的電力諧波視為重點。③用電設備形成的電力諧波。經由對電力諧波檢測可知，非線性用電設備直接與電網進行連接是形成電力諧波的主要原因，非整數次諧波、整數次諧波等多元化、影響水平較高的電力諧波，都是非線性用電設備所造成，因而針對電力諧波的治理大多集中在用電設備形成的電力諧波上。

2 電力諧波對電力系統的危害

（1）電力諧波在電力線路中的危害。①電力諧波不利于電力線路的正常運行。電力系統中的電路顯露、電力變壓器大部分均由電磁式繼電器來檢測，進而在故障出現的狀況下，為電力線路及設備安全提供可靠保障。然而因為電磁式繼電器、晶體管繼電器、感應式繼電器通常會受到電力諧波的影響而產生誤動作，所以自身保護作用往往難以得到有效發揮。如此一來，電力諧波必然會對電力系統的有序運行造成極大危害。②電力諧波不利于電能質量。電力系統中電力諧波會使得電流、電壓波形出現改變。例如，在三相配電線路中，相線中3整倍數諧波會在中性線上累積，從而使得中性線電流水平大于相線上的電流；民用電力系統中的中性線會形成諸多的奇次諧波，且尤為3次諧波含量最多。

（2）電力諧波在電力設備中的危害。①電力諧波不利于電力變壓器。電力變壓器不僅是諧波源，還是傳遞其它諧波源并產生諧波的重要環節。電力諧波會致使電力變壓器局部放電強度及介質損耗增多，所以要縮減電力變壓器的實際使用容量，即在對電力變壓器額定容量進行選取的過程中，應當權衡流出電力系統的諧波含量。同時，諧波的出現還會使電力變壓器出現更大的噪音，時常還會形成金屬聲。②電力諧波不利于電力電容器。倘若電力電容器組回路的阻抗呈容性時，并聯電力電容器的諧波電流會發揮放大作用，尤其是倘若系統等值感抗、電力電容器組回路容抗生成諧振前提，形成電流諧振時，就算是極小的諧波電流同樣會放大數倍，進一步使得電力電容器過電流，并且加大了諧振電流，同樣會造成電力電容器損耗的加劇，導致電力電容器過熱或者損壞。③電力諧波不利于電力電纜。在電力諧波次數為高頻率升高的情況下，再加上伴隨電纜導體截面積的不斷增大，趨膚效應會越來越顯著，進一步造成導體交流電阻升高，導致電纜允許通過的電流縮減。

（3）電力諧波在用電設備中的危害。①電力諧波不利于電動機。在電動機運行過程中，電力諧波的出現，會在很大程度上提升電動機的附加損耗，還可能使電動機出現溫度過高的情況。特別是在電動機運行期間，倘若出現負序諧波，則會產生對應的負序旋轉磁場，進而對電動機帶來制動影響，使得電動機無法正常出力。②電力諧波不利于電壓開關設備。在配電用斷路器的運行過程中，通常而言，在諧波電流的影響下，會使電磁性斷路器出現鐵耗提升而發熱的情況；會使得電子型、熱磁型斷路器出現額定電流下降的問題。由此表明，電力諧波的出現極可能導致斷路器出現誤動作。

3 電力諧波的應對策略

電力諧波問題儼然轉變成為一類電力污染及公害，得到社會各界的熱點關注。伴隨節能減排、發展低碳經濟呼聲的不斷高漲，采取科學有效的技術手段對電力諧波開展治理變得尤為必要。如何進一步促進電力設備的安全有序運行，可以將下述策略作為切入點。

（1）合理調節非線性用電設備與電源相互間的電氣距離。合理調節兩者的電氣距離是由有意識地縮減電力系統阻抗，促使供電電壓等級升高，將電力諧波產生的實際危害得以有效降低。就好比通過反復的電力諧波治理后，某供電廠逐一在2個100kV變電所設置一回35kV專線母線上的諧波測量值依舊十分接近國家標準，然而供電局在這一供電廠周邊區域新設立220kV變電所，憑借較大容量的同步發電機的作用，直接通過5回35kV專線供電，基于電氣距離相較之前的顯著降低，使電力設備所受電力諧波的危害得以有效減少，因而可起到治理電力諧波的作用。值得一提的是，這種方法對人力、物力投入及電力規劃的協調適用性提出了較為嚴苛的要求。

（2）抑制電容器電壓。倘若在電力系統中，選取選相斷路器對電力電容器予以投切，可有效消除投切電容器期間形成的瞬態電壓，進一步緩解電力諧波的出現。如果電力諧波與電力電容器一同存在，電容器則會使得諧波電流更加強勁，進而對電力系統造成負面影響。對此可以選擇使用濾波電抗器來減少諧波頻率，進一步達到縮減諧波電流的目的。

（3）調節電力諧波隔距。眾多實踐得出，電力系統中形成的電力諧波不僅會對本級電力系統造成威脅，在電力變壓器處理后，還會對上級甚至若干級電力系統造成影響，因而在治理期間，務必要對其影響程度及影響范圍開展治理，秉承該種思路，研究人員展開了反復的探索研究，如在對三相整流變壓器開展接線的過程中，選取YO/Y、Y/△、YO/△的應對策略，對3次及3的倍數次諧波均可收獲可靠的治理成效，使電力諧波在全面電力系統中的影響程度及影響范圍得到盡可能縮減。

（4）設置濾波器。濾波器包括有源和無源濾波器。其中有源濾波器是一類新型用以實時抑制電力諧波、補償無功的電力電子裝置，匯集有高速計算機、電力電子自動調節等技術，可憑借電流互感裝置檢測到的負荷電流諧波含量，經由對應的處理，借助逆變器，形成與系統各次諧波大小一致、相位相反的諧波電流，傳輸至電力系統中，對電力諧波開展消除或中和。無源濾波器通常利用電路的諧振原理來達到消除諧波的目的，其中涵蓋了電阻、電抗器等結構。在實際應用過程中能夠與諧波源進行連接，實時抑制電力諧波、補償無功的效果。無源濾波裝置原理簡單、投入成本小、后期使用與維護方便，對于吸收高次諧波可發揮尤為明顯的成效。相較于無源濾波器，有源濾波器具備以下優勢：①結合電力系統中的電力諧波，開展自動控制，無需對負荷諧波次數予以考慮；②不會出現過載危險；③與電源設備具備可靠的兼容性；④可與電氣網絡任意位置開展了解；⑤可與相同電力系統中并聯多個，提升電力諧波治理的質量及效率；⑥有效彌補以往電力諧波抑制劑無功補償手段中的弊端，達成實時跟蹤補償。在濾波器實際設置中，通常為了獲取理想的濾波成效，會對有源與無源濾波器開展聯合設置，由此可使它們各自的優勢得到全面發揮，促進收獲最佳的濾波成效。

4 結語

在電力系統中，電力諧波必然存在，其產生的負面影響并非一時形成，而是日月累計的。在影響初期并不突出，但隨著時間的推移而累積，電力諧波的危害會逐步顯現，導致不可估量的后果。伴隨節能減排、發展低碳經濟呼聲的不斷高漲，采取科學有效的技術手段治理電力諧波變得尤為必要。鑒于此，電力企業相關人員務必要不斷鉆研研究、總結經驗，提高對電力諧波內涵及其成因的有效認識，強化對電力諧波危害的全面分析，結合電力諧波的實際情況，通過“合理調節非線性用電設備與電源相互間的電氣距離”、“抑制電容器電壓”、“調節電力諧波隔距”、“設置濾波器”等，積極促進電力系統的有序健康發展。

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