淺談配電網(wǎng)諧波的危害及其治理措施

摘 要：諧波對于電網(wǎng)的危害性已成為行業(yè)共識，如何治理諧波是擺在供電企業(yè)面前一個(gè)亟待解決的重要課題。文章作者首先對諧波危害作了介紹，隨后結(jié)合自身工作實(shí)踐對諧波的治理措施作了簡要探討。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)諧波；危害；治理措施

引言

配電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的原因是當(dāng)電流經(jīng)過負(fù)載時(shí)，電流與所加的電壓不是線性關(guān)系，而是形成非正弦電流。諧波頻率是基波頻率的整倍數(shù)，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。電網(wǎng)諧波會造成電壓、電流波形的畸變，形成線路異常故障、異?，F(xiàn)象，對電網(wǎng)構(gòu)成危害，如何有效治理諧波，是供電企業(yè)當(dāng)前亟待解決的一個(gè)重要課題。

電網(wǎng)諧波來源有兩種，第一種是電源，即發(fā)電機(jī)設(shè)備、變壓器等。隨著可控硅等電子勵(lì)磁裝置的出現(xiàn)，發(fā)電機(jī)的諧波分量增大了。發(fā)電機(jī)的端電壓超過額定電壓10%以上時(shí)，由于電機(jī)的磁飽和，電壓的3次諧波明顯增加。變壓器的電源側(cè)電壓超過額定電壓10%以上時(shí)，也會造成二次側(cè)電壓的3次諧波明顯增加。第二種是用戶，也就是非線性用電設(shè)備。包括：電弧爐和電焊機(jī)等類型的電弧加熱設(shè)備；電解電鍍等類型的整流直流設(shè)備；變頻空調(diào)、變頻設(shè)備等交流整流再逆變備；開關(guān)電源設(shè)備等。

1 電網(wǎng)諧波的主要危害

第一，諧波對于配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成危害。在配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中對常規(guī)配電設(shè)備進(jìn)行保護(hù)以及測量通常采用的是電磁式繼電器以及感應(yīng)繼電氣元件，而諧波會在一定程度上引發(fā)這些元件的誤動或是拒動；在實(shí)際的電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行中，這些元件都是為了有效保障配電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定，因此無論是誤動還是拒動現(xiàn)象的出現(xiàn)都會在一定程度上影響配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行安全。第二，諧波對電力網(wǎng)絡(luò)設(shè)備造成危害。在電網(wǎng)運(yùn)行中，諧波的出現(xiàn)會對電力設(shè)備造成不同程度的影響和危害。例如諧波能夠使電力變壓器在一定程度上形成銅損或鐵損，影響電網(wǎng)變壓器正常穩(wěn)定工作。諧波對于電力電容器也具有較大影響，表現(xiàn)在諧波可加大電容器的損耗，加速其老化從而影響其正常使用。諧波也會使得計(jì)量裝置產(chǎn)生誤差，而電能表是用戶電力計(jì)量的主要工具，是用戶電費(fèi)計(jì)量的憑證，諧波嚴(yán)重的話甚至?xí)斐捎?jì)量混亂；第三，諧波會通過靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)以及傳導(dǎo)等多種方式耦合入通訊系統(tǒng)，影響通信的正常運(yùn)行。第四，諧波給人體健康帶來危害。諧波的出現(xiàn)一般會伴隨噪音，長期的噪音會形成噪聲污染，同時(shí)也極大的干擾人們的工作和生活。此外，諧波會給人體的細(xì)胞帶來刺激，造成正常細(xì)胞的翻轉(zhuǎn)，當(dāng)人體細(xì)胞的翻轉(zhuǎn)頻率與諧波接近相同，就對人體的大腦與心臟的健康帶來更多危害。第五，諧波會干擾計(jì)算機(jī)、儀表等一些自動化設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，容易形成誤動，降低測量精度。第六，諧波能在一定程度上影響通信信號質(zhì)量，干擾信號正常傳遞，極端狀況下甚至?xí)p壞設(shè)備。在一些特殊情形下，供電電壓波動和閃變會導(dǎo)致電網(wǎng)三相電壓的不平衡，影響電氣設(shè)備的正常使用，甚至危及電網(wǎng)安全。

2 配電網(wǎng)諧波治理措施

2.1 定期進(jìn)行諧波檢測

電網(wǎng)公司要定期組織專業(yè)人員對所轄電路諧波狀況進(jìn)行系統(tǒng)性的調(diào)查，在科學(xué)研究的基礎(chǔ)上確定諧波產(chǎn)生的位置及原因。對于配電網(wǎng)諧波不穩(wěn)定且變化較大的位置，應(yīng)長期進(jìn)行觀察，對諧波數(shù)據(jù)進(jìn)行長期研究。技術(shù)上講，要減小非線性用電設(shè)備與電源間的電氣距離，通過降低系統(tǒng)阻抗來提高供電電壓等級。非線性用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波，對本級電網(wǎng)會構(gòu)成直接的影響，經(jīng)過變壓器傳變后還會給上級電網(wǎng)帶來影響。如何進(jìn)行諧波隔離，把這些非線性用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)的影響降到最低，也是諧波治理的基本思路。

2.2 加強(qiáng)新建、擴(kuò)建諧波用戶的管理

在受理用戶的報(bào)裝資料時(shí)，業(yè)擴(kuò)人員必須嚴(yán)格把關(guān)，對于用戶填寫的設(shè)備清單、營業(yè)執(zhí)照名稱、經(jīng)營范圍等要嚴(yán)格核對，判斷其是否屬于化工冶金、金屬機(jī)械、電解、造紙、塑料加工等存在諧波污染行業(yè)用戶。如果用戶存在諧波污染，對于其用電申請必須做好嚴(yán)格的諧波治理措施，在諧波源投入運(yùn)行后，還要進(jìn)行復(fù)測，只有在復(fù)測合格后才能供電。用戶如果確定會產(chǎn)生諧波，為防止用戶生產(chǎn)時(shí)不做消諧裝置的投入，就必須要求在消諧設(shè)備總開關(guān)和產(chǎn)生諧波的設(shè)備間設(shè)置聯(lián)鎖裝置，確保諧波源設(shè)備和濾波裝置同時(shí)使用。

2.3 降低電流波形

在配電網(wǎng)諧波的綜合治理中，雖然濾波電路可以有效的抑制電流的干擾。但是對于解決電流波形出現(xiàn)畸變現(xiàn)象仍然存在一定的技術(shù)漏洞。在配電網(wǎng)諧波治理中必須通過有效的措施降低電流波形，避免畸變的形成，科學(xué)的減少電流諧波含量。

2.4 對于電容器進(jìn)行改造

當(dāng)配電網(wǎng)頻率增加時(shí)，電容性電抗有隨之減少的特性。電容器對供電電壓的諧波分量特別敏感，即相對較小比例的諧波電壓可以引起很大的電流流入電容回路。如果電容器組或電力系統(tǒng)所連接的電抗的自然頻率接近與一個(gè)特定的諧波，就會發(fā)生局部諧振，因此，在配電網(wǎng)中電流增高時(shí)，可以使用有源電力濾波器、混和濾波器、并聯(lián)諧波濾波器、諧波抑制電抗器。

2.5 安裝濾波器

對于配電側(cè)和用戶側(cè)諧波治理的方法，一般是通過安裝濾波器來減少諧波分量。濾波器分為有源濾波器和無源濾波器兩大類。

有源濾波器的基本工作原理是把電源側(cè)的電流波型與正弦波相比較，差額部分由有源濾波器進(jìn)行補(bǔ)償，這是諧波治理的發(fā)展方向?，F(xiàn)階段由于功率電子元件容量做不大、電壓做不高，而且成本很高，大規(guī)模推廣應(yīng)用難度較大。有源諧波補(bǔ)償是目前消除交流電源側(cè)諧波，改善波形畸變的新型補(bǔ)償方法，有源諧波補(bǔ)償可改善波形畸變，只要一套有源濾波補(bǔ)償裝置即可，無需多個(gè)諧波濾波器，能隨機(jī)補(bǔ)償，尤其對于非特性諧波能起到更好的補(bǔ)償效果。

無源濾波器是通過L、C串聯(lián)或并聯(lián)，使其在某次諧波產(chǎn)生諧振，當(dāng)發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，使濾波器兩端該次諧波的電壓很小，幾乎接近于零，這類濾波器往往接在變壓器的二次側(cè)出口處，從而使變壓器的一次側(cè)該次諧波的分量也很小，達(dá)到對該次諧波治理的目的。無源濾波裝置技術(shù)較為成熟，成本不高，可以進(jìn)行無功補(bǔ)償，其利用電感、電容等元件的諧振特性，在阻抗分流網(wǎng)路中形成低阻抗支路，從而減小流向電網(wǎng)的諧波電流。當(dāng)前已成為配電網(wǎng)最為有效的諧波治理措施之一。應(yīng)用實(shí)踐中，為防止濾波特性改變，要注意對濾波補(bǔ)償負(fù)載參數(shù)的控制。

2.6 加裝靜止無功補(bǔ)償裝置

對于電弧爐、電力機(jī)車、卷揚(yáng)機(jī)等變化較為快速的諧波源，除了會產(chǎn)生諧波，一般還會引發(fā)供電電壓的閃變及波動，某些情形下還會形成電力電壓三相不平衡狀況，這些都會對公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量構(gòu)成影響。在諧波源處并聯(lián)裝設(shè)靜止無功補(bǔ)償裝置是解決該問題的主要措施。靜補(bǔ)裝置的基本結(jié)構(gòu)是由快速可變的電抗或電容元件組合而成（兩者都可變或一個(gè)元件可變）。除了綜合改善電能質(zhì)量這一直接效果外，靜補(bǔ)裝置在電網(wǎng)中已成為控制無功、電壓，限制系統(tǒng)過壓，改善供電穩(wěn)定性，增加系統(tǒng)阻尼的重要技術(shù)措施。對于諧波源用戶而言，靜補(bǔ)裝置還能給他們帶來諸多的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。例如，煉鋼電弧爐采用靜補(bǔ)后可以降低損耗、縮減熔煉時(shí)間、提高功率因數(shù)、節(jié)能降耗、提高產(chǎn)量、延長爐襯使用壽命等。

參考文獻(xiàn)

[1]馬曉蕾，尹忠東，周麗霞，等.電力系統(tǒng)諧波檢測綜述[J].四川電力技術(shù)，2008（02）.

[2]湯玉明.住宅小區(qū)公用電網(wǎng)諧波治理方案[J].電力需求側(cè)管理，2010（01）.

[3]李少坤.電網(wǎng)諧波的危害及抑制技術(shù)的綜述[J].硅谷，2008（22）.

作者簡介：李建民（1979，11-），男，漢族，就職于國網(wǎng)晉城供電公司計(jì)量室，助理工程師。