電力系統(tǒng)中諧波污染的危害與治理研究

摘要：日趨嚴(yán)重的諧波污染不僅影響供電可靠性，還嚴(yán)重危害電力設(shè)備，其與功率因數(shù)降低、電磁干擾并稱電力系統(tǒng)的三大公害。文章結(jié)合實際工作經(jīng)驗，分析了電力系統(tǒng)中諧波污染的危害，并提出了相關(guān)治理辦法。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；諧波污染；電能損耗

中圖分類號：TM714 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0057-02

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會生活水平的提高，供電可靠性和穩(wěn)定性日益重要。在供電系統(tǒng)中，當(dāng)正弦基波電壓施加于非線性元件和設(shè)備（主要指各種整流設(shè)備、變流器、交直流換流設(shè)備、PWM變頻器等節(jié)能和控制用的電力電子設(shè)備，日光燈、交流電弧爐、變壓器、發(fā)電機組及鐵磁諧振設(shè)備等）時，由于設(shè)備吸收的電流與施加的電壓波形不同，致使電流發(fā)生了畸變，諧波電流注入到與負(fù)荷相連的電網(wǎng)中，從而產(chǎn)生了諧波。研究諧波污染的抑制對于電力系統(tǒng)安全運行有著非常重要的意義。

1 諧波污染的危害

諧波產(chǎn)生的根本原因是由于電力線路呈一定阻抗，等效為電阻、電感和電容構(gòu)成的無源網(wǎng)絡(luò)，非線性負(fù)載產(chǎn)生的非正弦電流造成了電路中電流和電壓畸變。諧波污染帶來的危害主要作用于電力系統(tǒng)本身和用戶兩個方面，下文進行分析：

1.1 諧波對電力系統(tǒng)的危害

1.1.1 對電網(wǎng)的影響。電網(wǎng)中如果產(chǎn)生高次諧波電流，將增加輸電線路功耗，如果電纜輸電，還容易形成諧波諧振，導(dǎo)致絕緣擊穿。諧波還能造成電網(wǎng)電壓與電流波形發(fā)生畸變，影響三相交流電的對稱性，影響電力正常輸送。

1.1.2 對電動機和發(fā)電機的損害。諧波造成電動機過熱，增加了電動機的附加損耗，降低了工作效率。其中負(fù)序諧波產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場，形成與電動機旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩，起制動作用，從而減少電動機的出力。在電力設(shè)備中，3、5次諧波對發(fā)電機的危害最為嚴(yán)重，渦流的產(chǎn)生使發(fā)電機噪聲變大，使用壽命減短，引起發(fā)電機震蕩，嚴(yán)重時造成轉(zhuǎn)軸扭曲，金屬疲勞斷裂。

1.1.3 對繼電保護的危害。繼電保護裝置若是按基波負(fù)序量整定其整定值大小，當(dāng)諧波干擾疊加到極低的整定值上時，就引起繼電保護及自動裝置誤動或拒動，動作失去選擇性，可靠性降低，從而造成系統(tǒng)事故，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運行。

1.1.4 對無功補償電容器的影響。諧波電流的產(chǎn)生將會加重電容器的負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致電容器因過負(fù)荷或過電壓而損壞，由諧波引起的發(fā)熱和電壓升高意味著電容器使用壽命的縮短。

除以上提到的危害，諧波對變壓器、熔斷器、斷路器等其他設(shè)備也造成了不同程度的危害，有待進一步重視和探討。

1.2 諧波對電力用戶的影響

產(chǎn)生諧波負(fù)荷的用戶，從系統(tǒng)中吸收基波功率而向系統(tǒng)送出諧波功率。這樣受諧波影響的用戶既從系統(tǒng)吸收基波功率又從諧波源吸收無用的諧波功率，其后果是諧波源用戶少付電費而受害的用戶反要多付電費。另外，諧波的產(chǎn)生對用戶電動機、補償電容器、自動控制裝置、生活用電、用電安全等均有影響。

2 諧波治理措施

諧波的治理途徑就是降低諧波源的諧波含量，可以從產(chǎn)生諧波的非線性負(fù)荷和受諧波污染危害的電力設(shè)備和裝置兩方面著手：

2.1 加裝濾波器

濾波器分為無源濾波器和有源濾波器兩種，作用是阻止高次諧波進入電網(wǎng)，其原理是運用由L、R、C元件構(gòu)成諧振回路，可阻止與諧振回路的諧振頻率相同或相近頻率的諧波進入電網(wǎng)。由于無源濾波器容易受系統(tǒng)參數(shù)影響，對某些諧波具有放大作用，因而建議安裝有源濾波器，其可控性和響應(yīng)性較高，而且可以消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振危險，同時也能自動跟蹤補償變化的諧波。

2.2 加強管理，阻止諧波的傳輸

由于諧波是以電流的形式傳輸?shù)?，因此可以通過加強管理的方法使諧波的傳輸范圍得到控制。首先是加強對供電線路的管理，將產(chǎn)生諧波的負(fù)荷的供電線路和對諧波敏感的負(fù)荷供電線路分開，這樣就可以阻止非線性負(fù)荷產(chǎn)生的畸變電壓傳導(dǎo)到線性負(fù)荷上去，防止諧波負(fù)荷電流造成的諧波電壓畸形產(chǎn)生。電路要實現(xiàn)多重化和多元化，降低諧波成分。

各部門各負(fù)其責(zé)，盡量不把本部門管轄范圍內(nèi)的諧波傳送到其他線路，加強監(jiān)測，實時控制，提高電網(wǎng)抗諧波的能力。把好投運關(guān)，對具有諧波源和系統(tǒng)公用電網(wǎng)系統(tǒng)，進行諧波預(yù)測計算，對于超出允許值的客戶，需采取限制諧波的措施，與公用設(shè)備同時投運，也就是說，對客戶工程同時設(shè)計、同時施工、同時接入使用。新設(shè)備投運后，進行諧波實測復(fù)核，合格者才允許正式接網(wǎng)運行。

2.3 加裝無功功率靜止型無功補償裝置

對于大型沖擊型負(fù)荷，可裝設(shè)無功功率的靜止型無功補償裝置，以獲得補償負(fù)荷快速變動的無功需求，改善功率因數(shù)，濾除系統(tǒng)諧波，減少向系統(tǒng)注入諧波電流，穩(wěn)定母線電壓，降低三相電壓不平衡度，提高供電系統(tǒng)承受諧波能力。本文推薦以自飽和電抗型的無功功率靜止型無功補償裝置，其可靠性高，容易操作，反應(yīng)速度快，能夠有效解決大型非線性負(fù)荷產(chǎn)生的電壓波動、電壓閃變、負(fù)序電壓、諧波危害等。

2.4 增加換流裝置的相數(shù)

換流裝置是供電系統(tǒng)的主要諧波源之一。理論分析表明，換流裝置在其交流側(cè)與直流側(cè)產(chǎn)生的特征諧波次數(shù)分別為pk±1和pk（p為整流相數(shù)或脈動數(shù)，k為正整數(shù)）。當(dāng)脈動數(shù)由p=6增加到p=12時，可以有效地消除幅值較大的低頻項（其特征諧波次數(shù)分別為12k±1和12k），從而大大地降低諧波電流的有效值。

2.5 開關(guān)電源干擾的抑制

一般采用的辦法是電源濾波、屏蔽及減少開關(guān)電源本身干擾能量。減少開關(guān)電源本身干擾，利用改善線圈繞制工藝，確保繞組之間緊密耦合，以減少變壓器漏感。還可以在高頻整流二極管上串入可飽和磁芯線圈，利用流過反向電流時因磁芯不飽和而產(chǎn)生的較大電勢阻止反向電流

上升。

3 結(jié)語

綜上所述，本文從電網(wǎng)、電力設(shè)備、用戶等方面分析了諧波污染的危害，并提出了治理諧波污染的一些具體辦法，對于保證電力系統(tǒng)正常的經(jīng)濟運行具有重要的意義。隨著技術(shù)的進步，在治理諧波污染的問題上必定會產(chǎn)生更科學(xué)的措施，從而更加高效地抑制諧波對電網(wǎng)的污染，提高供電質(zhì)量。

參考文獻

[1] 王京超.探討電力系統(tǒng)中諧波污染的危害與治理[J].

城市建設(shè)理論研究，2012，（6）.

[2] 黃建峰.電力系統(tǒng)諧波產(chǎn)生機理探析[J].科技資訊，

2011，（22）.

[3] 郭漢橋，羅乾超，褚麗麗.電力系統(tǒng)中諧波的產(chǎn)生、

危害及綜合治理[J].電氣開關(guān)，2008，（2）.

[4] 陳桑紅.并聯(lián)電容器與諧波的相互影響及解決措施

[J].機電信息，2011，（24）.

作者簡介：章穎（1983—），女，浙江杭州人，浙江省天正設(shè)計工程有限公司工程師，研究方向：供配電。endprint