電力系統(tǒng)諧波產(chǎn)生及治理探析

王占倉 祁國葉

[摘? 要：隨著電氣自動化技術(shù)水平不斷的提高，電力系統(tǒng)裝機(jī)容量不斷加大，電網(wǎng) 中電力電子元件的使用也越來越多，致使大量的諧波電流注入電網(wǎng)，造成正弦波畸變，電能質(zhì)量下降，不但對電力系統(tǒng)的一些重要設(shè)備產(chǎn)生重大影響，對廣大用戶也產(chǎn)生了嚴(yán)重危害。研究和治理供配電系統(tǒng)中的高次諧波，對改于供電質(zhì)量、確保電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有著十分重要的意義。經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展帶來供電緊張，為解決供電緊張，諧波是導(dǎo)致電力損耗增加，供電質(zhì)量下降的重要因素。不僅要建設(shè)許多新的電廠和輸電線路，還要高效利用現(xiàn)有的電力資源，減少電力損耗。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);諧波;治理]

一、電力系統(tǒng)諧波產(chǎn)生的原因及危害

1.當(dāng)正弦波電壓施加在非線性電路上時，電流就變成非正弦波，非正弦電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生壓降，會使電壓波形也變?yōu)榉钦也ā７钦也捎酶盗⑷~級數(shù)分解，其中頻率與工頻相同的分量稱為基波，頻率大于基波的分量稱為諧波。在電力系統(tǒng)中，諧波是指多少倍于工頻頻率的交流電，簡稱“次”，一般是指從2次到30次范圍。如5次諧波電壓（電流）的頻率是250赫茲，7次諧波電壓（電流）的頻率是350赫茲;超過13次的諧波稱高次諧波。電力諧波對電力網(wǎng)（包括用戶）危害是十分嚴(yán)重的，它是一種電力污染。

2.由于線路，熒光燈、調(diào)光燈、計(jì)算機(jī)等負(fù)載，會產(chǎn)生大量的奇次諧波，其中3次諧波的含量較多，三相配電線路中，相線上的3的整數(shù)倍諧波在中性線上會疊加，使中性線的電流值可能超過相線上的電流。另外，相同頻率的諧波電壓與諧波電流要產(chǎn)生同次諧波的有功功率與無功功率，從而降低電網(wǎng)電壓，浪費(fèi)電網(wǎng)的容量，對電力設(shè)備的危害

（1）對電力電容器的危害

當(dāng)電網(wǎng)存在諧波時，投入電容器后其端電壓增大，通過電容器的電流增加得更大，使電容器損耗功率增加。使電容器過電流和過負(fù)荷，損耗功率超過上述值，使電容器異常發(fā)熱，在電場和溫度的作用下絕緣介質(zhì)會加速老化。尤其是電容器投入在電壓已經(jīng)畸變的電網(wǎng)中時，還可能使電網(wǎng)的諧波加劇，會使電容器鼓肚、擊穿或爆炸。

（2）對電力變壓器的危害

諧波使變壓器的銅耗增大，其中包括電阻損耗、導(dǎo)體中的渦流損耗與導(dǎo)體外部因漏磁通引起的雜散損耗都要增加。諧波還使變壓器的鐵耗增大，這主要表現(xiàn)在鐵心中的磁滯損耗增加，諧波使電壓的波形變得越差，則磁滯損耗越大。

（3）對電力電纜的危害

由于諧波次數(shù)高頻率上升，再加之電纜導(dǎo)體截面積越大趨膚效應(yīng)越明顯，從而導(dǎo)致導(dǎo)體的交流電阻增大，使得電纜的允許通過電流減小。另外，電纜的電阻、系統(tǒng)母線側(cè)及線路感抗與系統(tǒng)串聯(lián)，提高功率因數(shù)用的電容器及線路的容抗與系統(tǒng)并聯(lián)，在一定數(shù)值的電感與電容下可能發(fā)生諧振。

（4）對用電設(shè)備的危害，對電動機(jī)的危害

諧波對異步電動機(jī)的影響，主要是增加電動機(jī)的附加損耗，降低效率，嚴(yán)重時使電動機(jī)過熱。尤其是負(fù)序諧波在電動機(jī)中產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場，形成與電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩，起制動作用，從而減少電動機(jī)的出力。另外電動機(jī)中的諧波電流，當(dāng)頻率接近某零件的固有頻率時還會使電動機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動，發(fā)出很大的噪聲。

（5）對弱電系統(tǒng)設(shè)備的干擾

對于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信、有線電視、報(bào)警與樓宇自動化等弱電設(shè)備，電力系統(tǒng)中的諧波通過電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)與傳導(dǎo)方式耦合到這些系統(tǒng)中，產(chǎn)生干擾。其中電感應(yīng)與靜電感應(yīng)的耦合強(qiáng)度與干擾頻率成正比，傳導(dǎo)則通過公共接地耦合，有大量不平衡電流流入接地極，從而干擾弱電系統(tǒng)。

（6）影響電力測量的準(zhǔn)確性

目前采用的電力測量儀表中有磁電型和感應(yīng)型，它們受諧波的影響較大。特別是電能表（多采用感應(yīng)型），當(dāng)諧波較大時將產(chǎn)生計(jì)量混亂，測量不準(zhǔn)確。

二、電力系統(tǒng)諧波治理方法

想要最大限度的減少電力系統(tǒng)的損失，就要研究電力系統(tǒng)中的諧波治理方案。

1.在電力系統(tǒng)中加裝交流濾波器

當(dāng)已經(jīng)確定諧波源設(shè)備以后，在近距離諧波源處安裝濾波器是防止諧波電流注入電網(wǎng)的最有效辦法。濾波器工作的基本原理就是在靠近諧波源的地方吸收諧波電流。而等到諧波電流進(jìn)入高壓電網(wǎng)后再采取措施，無論技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上都是不可行的。

2.在諧波源附近加裝有源濾波器

在諧波源處安裝有源濾波器，它會向電網(wǎng)中注入與原有諧波電流幅值相等、相位相同，方向相反的電流，從而使電源的總諧波電流抵消為零。從而獲得一正弦波。有源濾波器是與供電系統(tǒng)關(guān)聯(lián)工作的，它只控制諧波電流，基波電流并不流過該有源濾波器。

3.加隔離變壓器

隔離變壓器可以消弱均衡的三次諧波電流傳回到電源。通常在這種變壓器的使用者會裝設(shè)一個旁路的電路以避免在進(jìn)行變壓器的維護(hù)工作時長時期對負(fù)荷停止供電。使用隔離變壓器的時候要適當(dāng)提高額定值，否則也會產(chǎn)生電壓畸變和過熱。

4.在無功補(bǔ)償?shù)耐瑫r加裝電抗器

將特定電抗百分率的串聯(lián)電抗器配置到并聯(lián)電容器組中，一般是用來限制諧波對電容器的危害及治理，以及改善電網(wǎng)電壓波形的。諧波在電力系統(tǒng)中造成的各種電力污染，嚴(yán)重威脅著電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，要長期堅(jiān)持對電力諧波的治理措施才能從根本上改變電力現(xiàn)狀，提高電力系統(tǒng)運(yùn)營的安全性。

三、總結(jié)

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，電能質(zhì)量問題已越來越引起用戶和供電部門的重視。應(yīng)用先進(jìn)的電能質(zhì)量測試儀器不僅能大大提高電能質(zhì)量的監(jiān)測與治理水平，同時還可建立先進(jìn)可靠的電能質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，及時分析和反映電網(wǎng)的電能質(zhì)量水平，找出電網(wǎng)中造成電能質(zhì)量諧波及故障的原因，采取相應(yīng)的措施，為保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供重要的保障。

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作者簡介

王占倉，男，講師，從事電氣運(yùn)行教學(xué)工作。