電流諧波對電氣設(shè)備的危害及控制

仝 帥

（蘇州建筑裝飾設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 蘇州 215000）

電流諧波對電氣設(shè)備的危害及控制

仝 帥

（蘇州建筑裝飾設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 蘇州 215000）

電氣設(shè)備中許多地方都會出現(xiàn)諧波現(xiàn)象，這種情況遍布于我們的生活之中，本文就經(jīng)過研討分析電氣設(shè)備中發(fā)生諧波的危害性，提出了個(gè)人的一些見解，希望能為同行與相關(guān)單位提供參考。

電流諧波；電氣設(shè)備；危害及控制

引言：在非線性阻抗性類型的電力設(shè)備實(shí)行供電時(shí)，諧波的出現(xiàn)有很大機(jī)率，諧波會對電力體系出現(xiàn)較大的影響，妨礙電氣設(shè)備的正常運(yùn)作，特別是電容器、變壓器和電機(jī)設(shè)備。本文講述了諧波對電氣設(shè)備的影響，分析了造成電氣設(shè)備出現(xiàn)諧波的原因，并依據(jù)這些原因提出了可使用的有效治理措施。希望可以經(jīng)過維護(hù)電氣設(shè)備的正常運(yùn)行和保障電氣設(shè)備的供電質(zhì)量，降低諧波出現(xiàn)的損害，為同類行業(yè)提供有效的參考。

1、諧波源

諧波源的產(chǎn)生與電氣體系中的線性負(fù)荷與非線性負(fù)荷相關(guān)。

1.1 線性負(fù)荷

線性負(fù)荷是指只含有線性元件(電阻、電感或電容)的負(fù)荷，對于這類負(fù)荷，流過的電流和所施加的電壓呈線J哇關(guān)系，假如施加的電壓為正弦波，而流過的電流也是正弦波，比如白熾燈、電動(dòng)機(jī)。

1.2 非線性負(fù)荷

流過的電流和所加的電壓不呈線性關(guān)系的負(fù)荷，屬于非線性負(fù)荷。在電氣體系中，有許多具備非線性特性的電氣設(shè)備，這些設(shè)備運(yùn)行時(shí)會在電網(wǎng)出現(xiàn)諧波電流或出現(xiàn)諧波電壓，這類設(shè)備是電氣體系中重要的諧波源。在海洋石油體系中這類設(shè)備有∶帶有功率電子器件的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備、電源開關(guān)、變頻傳動(dòng)裝置、整流器、充電器、交流控制器、照明控制體系、變壓器、、啟動(dòng)中的大電機(jī)、弧焊機(jī)和其它產(chǎn)生電弧的設(shè)備等。這些設(shè)備產(chǎn)生的電流是非正弦形的，其諧波分量使系統(tǒng)正弦電壓產(chǎn)生畸變。而這其中又以大容量的變壓器、電潛泵變頻器、UPS、鉆井設(shè)備等為主要的諧波源。

2、諧波危害分析

2.1 電氣設(shè)備平常工作受阻

就部分二相供電的電氣設(shè)備來說，當(dāng)其處于基頻狀況下時(shí)，二項(xiàng)系統(tǒng)中的各個(gè)使用相線接法的中點(diǎn)電壓都發(fā)生相位移動(dòng)情況，且移動(dòng)角度為120°。假如各個(gè)相位都具備相等的負(fù)荷能量，那么中性線的電流量處于0值狀態(tài)。如果發(fā)生二項(xiàng)負(fù)荷不均衡的情況，就只能夠使用去除均衡值的形式，讓電流進(jìn)入中性線，在現(xiàn)實(shí)操作中能夠應(yīng)用這一辦法來去除中性線所具備的普通容量。但由于諧波具備較高的頻率，通常不能實(shí)行常規(guī)的抵消操作，讓中性導(dǎo)線發(fā)生過熱情況，最后導(dǎo)致電氣設(shè)備工作受阻。另外，部分場所的電力體系對供電質(zhì)量有較高要求，但其電氣設(shè)備又沒有配備專門的諧波過濾元件，也會因?yàn)楣╇娰|(zhì)量降低而發(fā)生電氣設(shè)備工作受阻的狀況。

2.2 電氣設(shè)備供電系統(tǒng)老化加快

由于諧波具備較高的頻率，因此電力系統(tǒng)中的正弦波也較高，從而很大機(jī)率導(dǎo)致造成電氣設(shè)備的供電元件產(chǎn)生發(fā)生渦流損耗上升和磁滯的情況。還有供電元件的絕緣材料部分受到的電應(yīng)力也跟著升高，銅耗能量跟著升高，溫度增加，噪聲變大，最后讓電氣設(shè)備的供電元件老化加快，減少了全體的使應(yīng)用年限。

2.3 電氣設(shè)備產(chǎn)生毀損

如果電氣設(shè)備中存在大量的諧波，就會導(dǎo)致電氣設(shè)備負(fù)荷過大。由于很多電氣設(shè)備長期處在供電變動(dòng)狀態(tài)，如果滿足某些特定的原因變成并聯(lián)或串聯(lián)的諧振條件，并同時(shí)滿足必定頻率，就發(fā)生諧波振蕩情況。很大機(jī)率會導(dǎo)致電氣設(shè)備中的電機(jī)模塊發(fā)生振蕩力矩，甚至引起機(jī)械共振，最后造成電氣設(shè)備被損壞。另外，諧波振蕩還能影響電氣儀表的準(zhǔn)確度。比如太大的高次諧波電流流入電能表也許燒電流線圈，頻次太高時(shí)，電能表也許停轉(zhuǎn)或燒壞。假如諧波的電壓值太高，而且與電力系統(tǒng)的電壓實(shí)行疊加，就會導(dǎo)致電容器兩端的電壓增加，最后引起過電壓情況。

3、諧波的治理辦法

3.1 從供電源頭增強(qiáng)治理

諧波的發(fā)生一般是在供電部分，為了減少諧波對電氣設(shè)備的影響，處理的根本在于從供電源頭增強(qiáng)治理。例如，能夠?qū)€性負(fù)荷和非線性負(fù)荷從公共連接點(diǎn)著手分開供電，使得非線性負(fù)荷發(fā)生的諧波不會影響到線性負(fù)荷。另外，實(shí)施無功補(bǔ)償也是從供電源頭減少諧波影響的一個(gè)主要辦法，它可以起到固定受電端和電網(wǎng)的電壓，提升供電質(zhì)量的作用，降低諧波損害。

3.2 電氣設(shè)備增強(qiáng)供電模塊的設(shè)計(jì)

在電氣設(shè)備端，就需要增強(qiáng)供電模塊的設(shè)計(jì)，經(jīng)過在供電模塊之中加裝無源濾波器，從而變成一個(gè)阻抗很低的諧振點(diǎn)，讓它過濾掉諧波。由濾波電容器、電抗器與電阻器組合而成的是無源諧波濾波器，就是所謂的LC濾波器。它和諧波源并聯(lián)，它能起濾波作用和兼顧無功補(bǔ)償?shù)男枰?。?dāng)諧波電流由外網(wǎng)進(jìn)入而影響內(nèi)網(wǎng)負(fù)荷設(shè)備的平常運(yùn)行時(shí)，在電源和負(fù)荷設(shè)備之間接入串聯(lián)濾波器就能夠阻止諧波保障負(fù)荷設(shè)備的平常運(yùn)行。這種形式是相對容易完成的，并且也可以保證電氣設(shè)備在不一樣的工作環(huán)境之下，一直可以具有較強(qiáng)的諧波過濾能力，保證供電質(zhì)量，使得電氣設(shè)備在隨便條件之下都可以固定的實(shí)施工作。這種濾波器因其構(gòu)造方便、投資少、運(yùn)行可靠性較高和運(yùn)行費(fèi)用較低，使用較為廣泛。

3.3 安裝有源諧波濾除裝置

跟著科學(xué)技術(shù)的接連發(fā)展，在無源諧波過濾器的基本上研究出了新型的有源諧波濾除裝置，它的優(yōu)點(diǎn)在于使用補(bǔ)償無功率技術(shù)，可以抑制諧波的產(chǎn)生，它可以補(bǔ)償頻率和幅值都產(chǎn)生變化的諧波。有源諧波濾除裝置的原理是創(chuàng)建出一個(gè)和電力系統(tǒng)諧波的頻率、幅度一樣，但具備相反相位的諧波電流，讓電力系統(tǒng)的諧波電流和該諧波電流相抵消，讓電網(wǎng)電流中值存在基波分量，這樣來達(dá)到清除諧波的目標(biāo)。因?yàn)橛芯壷C波濾除裝置不會受到電網(wǎng)阻抗的干擾，因此它可以及時(shí)補(bǔ)償幅值、頻率都處于轉(zhuǎn)變狀態(tài)的諧波，因此該裝置具備優(yōu)秀的濾波作用。

3.4 使用新一代的節(jié)能、安全、環(huán)保型高新技術(shù)的電氣設(shè)備

電氣設(shè)備使用更好地清除諧波的優(yōu)秀產(chǎn)品。以變壓器為例子：在建議節(jié)約資源保護(hù)環(huán)境的今天，國內(nèi)變壓器的總損耗約占體系總發(fā)電量的10%，作為輸變電行業(yè)的耗能大戶的變壓器，它的節(jié)能降耗已刻不容緩。這些年，城網(wǎng)農(nóng)網(wǎng)的配網(wǎng)改造與高層建筑已著手宣傳應(yīng)用立體卷鐵心變壓器，取代古老的疊鐵心變壓器與平面卷鐵心變壓器。立體卷鐵心的特征之一：空載電流小，很大程度把無功損耗降低了，供電品質(zhì)改善；立體卷鐵心構(gòu)造完全對稱，三相磁路平衡，無三次諧波發(fā)生生；使用D，yn11接線，抑制高次諧波，改善供電波形。因此，使用更為新型先進(jìn)、環(huán)保、安全可靠的電氣設(shè)備，也能更好地清除諧波的影響。

3.5 行政上的措施

現(xiàn)在，供電部門正在思考對用戶的用電設(shè)備與負(fù)荷性質(zhì)在送電前實(shí)施嚴(yán)格審查，對諧波源設(shè)備催促用戶增加諧波濾波器設(shè)備，以凈化供電環(huán)境，其他，供電部門也正規(guī)劃出臺一連串有關(guān)規(guī)定，對無功補(bǔ)償達(dá)不到數(shù)值需求的用戶實(shí)施處罰與強(qiáng)制整改，從技術(shù)上與行政辦法上清除諧波的影響。

結(jié)語

跟著社會經(jīng)濟(jì)的接連發(fā)展，在我們的生產(chǎn)生活中的使用也愈來愈多的電氣設(shè)備，發(fā)生諧波的電氣設(shè)備在加多，諧波的流傳也愈來愈嚴(yán)重。為了把諧波對電氣設(shè)備所發(fā)生的影響降低，提升電氣設(shè)備的供電質(zhì)量，本文講述了諧波的產(chǎn)生原因，深入分析了諧波在電氣設(shè)備中發(fā)生的損害，并針對這些損害提出了有效的防范辦法 ，以確保在現(xiàn)實(shí)生活工作中，電氣設(shè)備可以正常運(yùn)行，遠(yuǎn)離諧波危害。

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[3]李漢偉，諧波對電氣系統(tǒng)的影響及其抑制方法[J].鐵道勘測與設(shè)計(jì)，2008（03）.

K928

：B< class="emphasis_bold">文章編號1

1007-6344（2015）06-0156-01