供配電系統(tǒng)諧波危害及其治理

黃為民

（中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西 南昌 330031）

供配電系統(tǒng)諧波危害及其治理

黃為民

（中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西 南昌 330031）

供配電系統(tǒng)電能質(zhì)量的好壞直接影響到人們的生產(chǎn)及生活的正常秩序，諧波的存在引起電流和電壓波形畸變，導(dǎo)致電網(wǎng)電能質(zhì)量下降，嚴(yán)重時會造成設(shè)備損壞、電網(wǎng)事故甚至引起火災(zāi)。本文分析了供配電系統(tǒng)的諧波危害，提出了諧波治理的有效措施。

供配電系統(tǒng)；諧波；治理

電網(wǎng)諧波是電網(wǎng)中存在的除基波電壓、電流以外的高次諧波分量，是影響電網(wǎng)電能質(zhì)量的重要因素之一。近年來，新型用電設(shè)備越來越多地應(yīng)用到電網(wǎng)中來，帶來了大量的諧波源設(shè)備，這些設(shè)備所產(chǎn)生的諧波導(dǎo)致電網(wǎng)品質(zhì)下降，波形失真，頻率改變，降低了供電可靠性和電網(wǎng)可用容量，加大了電力運行成本。

1 供配電系統(tǒng)諧波及其危害

在供配電系統(tǒng)中，諧波的產(chǎn)生是由于非線性負(fù)載所致。在電流流經(jīng)非線性負(fù)載的過程中，它同其所加的電壓并沒有呈現(xiàn)出線性關(guān)系，而是形成了非正弦電流。良好的供配電系統(tǒng)提供給用戶的電壓應(yīng)當(dāng)保證是恒定工頻的正弦波形電壓。但是當(dāng)前直流輸電、大功率單相整流技術(shù)被大量地應(yīng)用于用電設(shè)備上，如變頻調(diào)速、大功率可控硅器件等，這些設(shè)備都帶有典型的非線性負(fù)荷，它們將諧波電流注入電網(wǎng)中，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓畸變，污染了電網(wǎng)波形，降低了供電質(zhì)量，電網(wǎng)的傳輸能力降低?？傊C波是一種無形的污染，其危害巨大，體現(xiàn)在以下方面。

（1）引起諧振。諧振高壓被施加在電容器兩端，由于高次諧波對電容器的阻抗不大，使得電容器經(jīng)常發(fā)生過負(fù)荷而被擊穿；高次諧波電流流入變壓器，大大增加了鐵芯損耗；高次諧波電流流入電動機(jī)，不止增加了鐵芯的損耗，而且造成了轉(zhuǎn)子振動，大大降低了設(shè)備的運行質(zhì)量；高次諧波可導(dǎo)致保護(hù)設(shè)備誤動作，大大增加了系統(tǒng)的損失；負(fù)序和諧波可引發(fā)發(fā)電機(jī)的熱效應(yīng)，造成發(fā)電機(jī)局部發(fā)熱，同時還可能引起發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生振動，使得機(jī)組的安全穩(wěn)定運行無法保障。

（2）增加電氣設(shè)備及線路的損耗。如果諧波電流過大，旋轉(zhuǎn)電機(jī)、變壓器等電氣設(shè)備就會出現(xiàn)附加損耗，因而出現(xiàn)局部過熱，加速絕緣介質(zhì)的老化，最終損壞絕緣；三次諧波會導(dǎo)致中性線電流過大，引起電纜發(fā)熱甚至火災(zāi)。

（3）對相位控制設(shè)備的正常工作造成嚴(yán)重干擾，引發(fā)電子設(shè)備誤觸發(fā)、電子計算機(jī)誤動作，造成電子元件測試無法進(jìn)行等問題。

（4）導(dǎo)致繼電保護(hù)誤動作，使某些類型的繼電保護(hù)，如晶體管整流型距離保護(hù)、變壓器及母線復(fù)合電壓保護(hù)由于相位變化而誤動或拒動。

（5）影響和干擾測量控制儀器、通訊系統(tǒng)正常工作，使通信回路、弱電回路產(chǎn)生雜音，甚至造成故障。

2 供配電系統(tǒng)諧波的治理

（1）做好諧波檢測工作。電網(wǎng)中存在的大量非線性負(fù)荷和沖擊性負(fù)荷，會產(chǎn)生諧波電流注入到公用電網(wǎng)，不但會使電網(wǎng)設(shè)備無法正常工作，同時還可能影響到接入同一電網(wǎng)的其他用戶設(shè)備安全使用。為了確保電網(wǎng)電能質(zhì)量安全可靠，需做好諧波普測工作。通過測試電網(wǎng)內(nèi)重要供電母線及出線、干擾源用戶供電母線及出線、電源接入點的電能質(zhì)量狀況，及時發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)中存在的諧波問題，提出解決方案，對重點污染線路進(jìn)行諧波治理。諧波會引起過電流或過電壓，從而使設(shè)備局部過熱。在日常監(jiān)測過程中，我們可使用紅外熱像儀捕捉設(shè)備過熱處并直觀顯示。紅外熱像儀在使用過程對負(fù)載情況、檢測時間、工作環(huán)境有較高要求，本文以福祿克便攜式紅外熱像儀為例簡述紅外熱像儀在使用過程中的注意事項：①要保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，在使用紅外熱像儀進(jìn)行檢測工作時，首先確保設(shè)備在額定電壓和滿負(fù)荷下工作。如果無法實現(xiàn)連續(xù)滿負(fù)荷運行，要提前制作好運行方案，從而保證檢測前和檢測時，設(shè)備能夠滿負(fù)荷運行4～6h，讓設(shè)備的故障部位發(fā)熱充分，且使他的表面能夠穩(wěn)定的升溫。②一般電氣設(shè)備都在環(huán)境溫度下，但要保證紅外熱圖的清晰度，選擇溫差較小的場合較適宜，同時福祿克紅外熱像儀的熱靈敏度要高；如果電氣設(shè)備在戶外，進(jìn)行現(xiàn)場紅外檢測最好在陰天或者在日落傍晚無光照的時候；如果設(shè)備表面屬于高反射的材質(zhì)，可以通過改變檢測角度或找到能避開反射的最佳角度等方式來降低太陽輻射及周圍高溫物體輻射的影響；用自動模式對設(shè)備的溫度范圍進(jìn)行測量，采用手動方式對水平及跨度進(jìn)行設(shè)置，將溫度范圍設(shè)置在最小，并涵蓋先前測量的溫度范圍；如果是需要測試內(nèi)部故障的電氣設(shè)備，可利用氟化鈣等特殊材料制作成紅外窗口取代普通的有機(jī)玻璃窗口，使溫度數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。

（2）采用濾波器治理。如果并聯(lián)電容器組周圍存在諧波源，且諧波電流大于規(guī)定值時，需要通過設(shè)置串聯(lián)電抗器在回路中對諧波電流進(jìn)行抑制，并限制合閘時的電流涌流。要降低電磁噪聲，在變頻器輸出側(cè)設(shè)置輸出濾波器即可；要降低電源干擾，可在變頻器輸入側(cè)設(shè)置輸入濾波器，這個過程中要保證濾波器外殼和變頻器外殼牢固連在一起且可靠接地。

與其他諧波治理裝置相比，APF有源濾波器不僅可實現(xiàn)對電力諧波動態(tài)抑制和對系統(tǒng)無功功率動態(tài)補償，而且它實現(xiàn)了對三相不平衡的校正，是一種效果顯著的新型電力電子裝置。該裝置主要由諧波檢測環(huán)節(jié)、控制系統(tǒng)、主電路以及耦合變壓器等四個部分構(gòu)成。ANAPF系列有源電力濾波器并聯(lián)在含諧波負(fù)載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)討B(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實時的跟蹤補償。原理為：ANAPF系列有源電力濾波器通過CT采集系統(tǒng)諧波電流，經(jīng)控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等方向相反的補償電流，并注入電力系統(tǒng)中，抵消非線性負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流。該APF進(jìn)行工作時，需要依靠檢測環(huán)節(jié)對電網(wǎng)中的諧波進(jìn)行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果生成需要補償?shù)闹C波參考值，由控制系統(tǒng)根據(jù)生成的參考值產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖，并由控制電路產(chǎn)生補償電流或者電壓跟蹤已生成的參考值實施補償。

（3）變頻器諧波治理。變頻器和其他機(jī)電設(shè)備都是供配電系統(tǒng)的重要設(shè)備，如果對變頻器諧波不嚴(yán)加治理，會造成其它設(shè)備損壞。變頻器可采取隔離與屏蔽措施進(jìn)行諧波治理。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，一般采取在電源與放大電路之間使用隔離變壓器避免傳導(dǎo)造成的干擾。接著在敷設(shè)不同信號線時要將彼此隔離開，或選擇屏蔽雙絞線，或是各自單獨走線，保證信號線不同電力線平行走線，降低電力線對信號線造成的電磁干擾。屏蔽機(jī)理表明，電場平布是變頻器最常用形式。同時變頻器的控制線也要屏蔽，并做好屏蔽層的良好可靠接地。

（4）適當(dāng)加大低壓電纜及低壓柜中母排的中性線截面。配電系統(tǒng)內(nèi)為非線性負(fù)荷配電的電纜及低壓柜母排的中性線中的諧波電流非常多。為避免中性線過熱導(dǎo)致故障，應(yīng)適當(dāng)加大中性線截面。如給氣體放電燈供電的照明回路，如果三相負(fù)荷分配平衡，中性線截面可與相線截面相同；如果三相負(fù)荷分配不平衡，要中性線負(fù)荷在不過載時仍能順利運行，中性線截面應(yīng)比相線截面大一級。而為通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)等負(fù)荷供電的電纜，其中性線截面宜與相線一樣大，或者選擇大一級的電纜。

3 結(jié)語

供配電系統(tǒng)中諧波危害巨大，不及時治理會帶來嚴(yán)重的事故，故需進(jìn)一步加強諧波源管理，及時對供配電系統(tǒng)諧波情況進(jìn)行全面檢測，開展有效治理。

[1]雷靜，張俊峰.變頻器運行中諧波的危害及治理方法[J].民營科技，2016(3):29～29.

[2]楊創(chuàng)業(yè)，李欣.供配電系統(tǒng)中諧波的危害性及治理措施[J].建筑·建材·裝飾，2016(2).

TM72

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1671-0711（2016）10（下）-0105-02