簡(jiǎn)談電源諧波產(chǎn)生的危害與治理

方力恒

（天津鐵路信號(hào)有限責(zé)任公司,天津 300300）

為了保證鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩⒔?jīng)濟(jì)運(yùn)行以及用電設(shè)備及用戶人身的安全，必須對(duì)諧波造成的危害和影響加以限制。原水電部于1984年頒布《電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定》（SD126-1984）;國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局于1993年頒布《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》（GB/T14549-1993）,體現(xiàn)國(guó)家與電力部門對(duì)諧波造成的危害和影響十分重視。因此諧波也是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。

1 諧波的產(chǎn)生

在理想的供電系統(tǒng)中，在只含有線性元件（電阻、電感、電容）的簡(jiǎn)單電路里，電流和電壓都是正弦。而在實(shí)際的供電系統(tǒng)中由于有非線性負(fù)荷存在，當(dāng)電流流過與所加電壓不呈線性關(guān)系的負(fù)荷時(shí)就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波。由于系統(tǒng)中諧波阻抗的存在，這些高次諧波中電流也會(huì)引起電源電壓波形畸變。

諧波的產(chǎn)生主要來自3個(gè)方面：1）發(fā)電源質(zhì)量不高；2）輸配電系統(tǒng)；3）用電設(shè)備。

鐵路沿線站段用電，大部分由大的電廠供電，發(fā)電源多少會(huì)產(chǎn)生一些諧波，但一般來說很少。而由小水利發(fā)電的發(fā)電源質(zhì)量較差，容易產(chǎn)生諧波。輸配電系統(tǒng)中主要是變壓器產(chǎn)生諧波，由于變壓器鐵芯的飽和、磁化曲線的非線性，加上設(shè)計(jì)變壓器時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性，其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而產(chǎn)生奇次諧波。用電設(shè)備中產(chǎn)生的諧波最多，尤其是非線性負(fù)荷。

2 諧波的危害

電源電壓波形奇變?cè)斐呻娫粗C波污染，使發(fā)電源質(zhì)量下降，輸配電系統(tǒng)中的設(shè)備出現(xiàn)許多異常現(xiàn)象和故障，內(nèi)容如下。

1）晶體管式集成電路裝置的動(dòng)作量非常小、動(dòng)作時(shí)間非常短，因此它的啟動(dòng)數(shù)據(jù)容易受到諧波影響，而出現(xiàn)異?，F(xiàn)象和故障。

2）利用信號(hào)過零取樣的控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)過零點(diǎn)的數(shù)字式繼電器式或微機(jī)保護(hù)都會(huì)受到諧波的影響和干擾。

3）對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置關(guān)鍵處理模塊的正常工作產(chǎn)生干擾，從而引起保護(hù)裝置誤動(dòng)作或拒動(dòng)作。

4）對(duì)數(shù)字型差動(dòng)保護(hù)裝置由于電流波形畸變而出現(xiàn)誤動(dòng)作的可能。

5）對(duì)交流電動(dòng)機(jī)，由于諧波電流通過使諧波附加損耗增加，引起電動(dòng)機(jī)過熱、機(jī)械振動(dòng)和噪聲增大，以至造成損壞。

6）諧振和諧波放大。

7）諧波電壓對(duì)信號(hào)電源的影響。

由于電源被諧波污染后，電源輸出三相電壓忽高、忽低，使系統(tǒng)無法穩(wěn)定工作。

3 諧波引發(fā)的問題及治理

有幾種常見多發(fā)問題是由諧波引起的，如電壓畸變、過零噪聲、中性線過熱、變壓器過熱、斷路器的誤動(dòng)作等。諧波電流在電源系統(tǒng)內(nèi)及保護(hù)裝置內(nèi)均會(huì)造成故障問題，但其影響和解決措施方法不一樣，需要分別處理。

1）采用無源諧波濾波器：由電感、電容、電阻構(gòu)成的諧波治理和無償補(bǔ)償。如圖1所示。

它一般由若干個(gè)無源慮波器并聯(lián)而成。在某一個(gè)頻帶內(nèi)呈現(xiàn)低阻抗，吸收相應(yīng)的諧波電流，從而使電網(wǎng)中諧波電流減少，達(dá)到抑制諧波的目的。同時(shí)無源濾波器還能補(bǔ)償一定數(shù)量的無功。其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、方便。缺點(diǎn)是只能抑制固定的幾次諧波，并對(duì)某次諧波在一定條件下會(huì)產(chǎn)生諧振而使諧波放大、體積重量較大。

2）采用隔離變壓器：可以用一臺(tái)DYN接法的隔離變壓器來消弱諧波的影響。隔離變壓器要適當(dāng)提高額定值；否則，也會(huì)產(chǎn)生電壓畸變和過熱。

3）采用串聯(lián)電抗器: 串聯(lián)電抗器是根據(jù)檢測(cè)出的諧波，恰當(dāng)選擇串聯(lián)電抗器的百分電抗值，經(jīng)過分析計(jì)算，由主要存在的諧波次數(shù)來選擇電抗器的百分電抗值，如表1所示。

表1 串聯(lián)電抗器選擇情況

實(shí)測(cè)情況，電源電容引起的諧波電流以5次和7次為主，因此可選用6%～13%電抗值?。?/p>

4）采用有源諧波濾波器：目前有源濾波器被廣泛應(yīng)用，它在工作時(shí)主動(dòng)地注入一個(gè)電流來精確地補(bǔ)償由負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流，就會(huì)獲得一個(gè)正弦波。這種濾波設(shè)備的工作是靠數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)來控制，并與供電系統(tǒng)并聯(lián)工作，它只控制諧波電流，基波電流并不流過該濾波器。

5）加強(qiáng)非線性用電設(shè)備接入電源的管理工作：審定諧波源接入電源，是為了檢查諧波源注入電源的諧波電流及其在系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波電壓是否符合限制諧波標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。如果不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，應(yīng)采取必要措施加以制止。

4 加強(qiáng)諧波管理工作

1）諧波情況的普查：測(cè)量電源中的諧波電壓、電流和諧波潮流方向，以查明諧波源，為采取措施提供依據(jù)。

2）諧波的監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置：在電源中諧波或其他諧波畸變嚴(yán)重的鏈接點(diǎn)上設(shè)置諧波警報(bào)或諧波電流、電壓表，監(jiān)視該點(diǎn)的諧波變化以便采取措施。

3）加強(qiáng)新的諧波源負(fù)荷接入電源時(shí)的檢測(cè)，不符合要求的負(fù)荷不允許接入電源。

4）加強(qiáng)諧波事故分析：特別要注意諧振和放大造成的事故，采取措施予以消除，并記錄在案以備后查。

5 結(jié)束語

本文介紹了諧波的產(chǎn)生、危害以及采取的治理方法及管理辦法。提醒大家對(duì)諧波所造成的事故危害性高度重視，避免事故的發(fā)生。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及高新技術(shù)產(chǎn)品對(duì)高質(zhì)量電能的要求，建設(shè)綠色電源將會(huì)提到更重要的日程，抑制諧波污染已成為人們?yōu)橹餐Φ姆较颉?/p>

[1] 程浩忠，艾芊，朱子述.等.電能質(zhì)量[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.