淺談企業(yè)諧波治理

【摘要】分析企業(yè)諧波的來源及危害，提出如何治理諧波。

【關(guān)鍵詞】諧波；電網(wǎng)；整流；治理

一、企業(yè)諧波產(chǎn)生的原因

（1）電源自身諧波。諧波是指對(duì)周期性非正弦交流量進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解所得到的大于基波頻率整數(shù)倍的各次分量，通常也稱為高次諧波，而基波是指其頻率與工頻相同的分量。當(dāng)電網(wǎng)中的諧波電流較大時(shí)，稱之為電網(wǎng)污染。諧波在電網(wǎng)誕生時(shí)就存在，由于制造工藝的問題，電樞表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布稍稍偏離正弦波，從而使產(chǎn)生的電流稍微偏離正弦，這部分諧波分量只有在多路供電時(shí)才對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生影響。電力變壓器由于其磁化曲線的非線性也產(chǎn)生少量諧波。（2）非線性負(fù)載產(chǎn)生。諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。第一，隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，晶閘管整流在不間斷電源、穩(wěn)壓裝置、自動(dòng)控制等許多方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用，給電網(wǎng)造成了大量的諧波。就電力系統(tǒng)中的供電電壓來說，可以認(rèn)為其波形基本上是正弦波，由于晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，根據(jù)任何重復(fù)的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量，在電網(wǎng)電流中含有大量的諧波。第二，變頻器也是企業(yè)諧波污染的另一重要因素。變頻調(diào)速在企業(yè)應(yīng)用較為廣泛，常用于風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備中。變頻器是把工頻電變換成各種頻率的交流電，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備。變頻器控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出直流電壓進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。隨著變頻調(diào)速的發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)造成的諧波污染也越來越嚴(yán)重。第三，軟啟動(dòng)器也造成了諧波污染。大功率設(shè)備如送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)的起停都采用了軟啟動(dòng)器，因?yàn)檐泦?dòng)器采用三對(duì)反并聯(lián)的晶閘管實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓，由于晶閘管是典型的非線性器件，因此在使用過程中也會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行及電網(wǎng)造成了不良影響。第四，照明系統(tǒng)也產(chǎn)生諧波。目前廣泛使用的是熒光燈、節(jié)能燈、金屬鹵化物燈等都屬于非線性負(fù)載，在節(jié)能的同時(shí)也給電網(wǎng)帶來了大量的諧波。

二、諧波造成的危害

諧波對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備和負(fù)載的影響，基本分為兩方面：一是熱應(yīng)力；二是負(fù)載損壞。諧波會(huì)增加設(shè)備的損耗而加劇熱應(yīng)力。電壓畸變而導(dǎo)致電壓峰值增大，可能導(dǎo)致電纜絕緣擊穿或設(shè)備損壞。（1）所有接于電網(wǎng)中的設(shè)備的損耗都會(huì)增加，溫升增加。諧波對(duì)電機(jī)的影響除引起附加損耗，還會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和過電壓，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)矩降低，過熱甚至燒毀。（2）由于諧波的頻率較高，諧波源的諧波電流流入變壓器時(shí)增加了變壓器的銅損耗和鐵損耗，導(dǎo)致變壓器容量減小。（3）諧波能引起補(bǔ)償用電力電容器過熱、過壓，諧波電壓使電容器產(chǎn)生額外的功率損耗，并聯(lián)電容器其容抗隨著諧波頻率增大而減少，產(chǎn)生過電流，加速絕緣老化進(jìn)程，增加絕緣擊穿故障。（4）諧波會(huì)影響互感器的計(jì)量精度。諧波源將其吸收的一部分電網(wǎng)電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹C波發(fā)送到電網(wǎng)中去，因此電能表會(huì)將諧波能量當(dāng)作發(fā)電來進(jìn)行計(jì)算，從而導(dǎo)致計(jì)量誤差，增加企業(yè)的額外費(fèi)用。（5）精密電子設(shè)備會(huì)被嚴(yán)重干擾，導(dǎo)致不能正常工作，甚至燒毀。（6）由于繼電保護(hù)機(jī)構(gòu)是根據(jù)工頻正弦波的變化規(guī)律作為動(dòng)作激勵(lì)設(shè)計(jì)的，當(dāng)波形畸變嚴(yán)重時(shí)各種保護(hù)裝置和自動(dòng)控制裝置的動(dòng)作都會(huì)受到影響，造成繼電保護(hù)裝置與自動(dòng)控制裝置的誤動(dòng)作或拒動(dòng)作，影響企業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)。

三、諧波治理的措施

諧波治理是個(gè)綜合治理過程，一方面應(yīng)從源頭抓起，加強(qiáng)設(shè)備的管理防止諧波的產(chǎn)生，更重要的一方面是提高認(rèn)識(shí)，積極進(jìn)行諧波治理，防止災(zāi)害產(chǎn)生。目前國(guó)內(nèi)一些企業(yè)已開始重視諧波的污染，取得了節(jié)能和提高電網(wǎng)品質(zhì)的雙重效果。解決電力電子裝置和其它諧波源污染問題的基本思路有兩條：一是裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置，即采用LC組成的無源調(diào)諧濾波器；二是對(duì)電力電子裝置本身進(jìn)行改造，改進(jìn)整流裝置，采用多相脈沖整流使其盡量不產(chǎn)生諧波，由于其電流電壓同相位，稱高功率因數(shù)整流器或高功率因數(shù)變流器。目前，諧波抑制的一個(gè)重要趨勢(shì)是采用有源電力濾波器。其基本原理是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)中電流，快速分離出諧波電流分量，發(fā)出控制指令，實(shí)時(shí)產(chǎn)生大小相等方向相反的補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)濾除諧波電流。這種濾波器能對(duì)頻率和幅值都變化的諧波電流進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，其運(yùn)行不受系統(tǒng)的影響，也不會(huì)產(chǎn)生諧波放大，同時(shí)可補(bǔ)償無功功率，提高功率因數(shù)是一種較先進(jìn)的諧波抑制技術(shù)。但由于其造價(jià)較高，只適用于小容量諧波補(bǔ)償。

隨著企業(yè)的技術(shù)改造及設(shè)備升級(jí)換代，非線性電力設(shè)備愈加廣泛應(yīng)用，由此導(dǎo)致電力系統(tǒng)中諧波問題越來越嚴(yán)重，一方面造成了電力設(shè)備的損壞，加速絕緣老化，誘發(fā)火災(zāi)等安全事故；另一方面也影響了計(jì)算機(jī)、可編程控制器等自動(dòng)化控制設(shè)備正常工作，直接擾亂了人們正常的生產(chǎn)、生活。本著誰污染，誰治理的原則企業(yè)應(yīng)加大投入，抑制電網(wǎng)污染，使電網(wǎng)中其他用戶使用到清潔的電能，肩負(fù)起企業(yè)應(yīng)擔(dān)負(fù)的社會(huì)責(zé)任。