淺析電力系統(tǒng)諧波的危害與檢測

楊怡 仵亞男

（中國平煤神馬集團(tuán)電務(wù)廠 河南省平頂山市 467000）

淺析電力系統(tǒng)諧波的危害與檢測

楊怡 仵亞男

（中國平煤神馬集團(tuán)電務(wù)廠 河南省平頂山市 467000）

隨著電力電子裝置日趨廣泛的應(yīng)用，諧波污染越來越受到人們的重視。本文介紹了諧波問題及研究現(xiàn)狀，簡要闡述了電力系統(tǒng)諧波的危害，并結(jié)合竹園變電站實(shí)際提出了一種粗略估算電力系統(tǒng)是否含有高次諧波的方法。

諧波電流；諧波電壓；頻率；電容

1 諧波問題及研究現(xiàn)狀

“諧波”一詞起源于聲學(xué)。有關(guān)諧波的數(shù)學(xué)分析在18世紀(jì)和19世紀(jì)已經(jīng)奠定了良好的基礎(chǔ)。傅里葉等人提出的諧波分析方法至今仍被廣泛應(yīng)用。

電力系統(tǒng)的諧波問題早在20世紀(jì)20年代和30年代就引起了人們的注意。當(dāng)時(shí)在德國，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C.Read發(fā)表的有關(guān)變流器諧波的論文是早期有關(guān)諧波研究的經(jīng)典論文。

到了20世紀(jì)50年代和60年代，由于高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展，發(fā)表了有關(guān)變流器引起電力系統(tǒng)諧波問題的大量論文。E.W.Kimbark在其著作中對此進(jìn)行了總結(jié)。70年代以來，由于電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭中的應(yīng)用日益廣泛，諧波所造成的危害也日趨嚴(yán)重。世界各國都對諧波問題予以充分的關(guān)注。國際上召開了多次有關(guān)諧波問題的學(xué)術(shù)會(huì)議，不少國家和國際學(xué)術(shù)組織都制定了限制電力系統(tǒng)諧波和用電設(shè)備諧波的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。

我國對諧波問題的研究起步較晚。吳競昌等人1988年出版的《電力系統(tǒng)諧波》一書是我國有關(guān)諧波問題較有影響的著作。夏道止等1994年出版的《高壓直流輸電系統(tǒng)的諧波分析及濾波》是近年出版的代表性著作。此外，唐統(tǒng)一等人和容健綱等人分別獨(dú)立翻譯了J.Arrillaga等的《電力系統(tǒng)諧波》一書，也在國內(nèi)有較大的影響。

有關(guān)諧波問題的研究可以劃分為以下四個(gè)方面：

（1）與諧波有關(guān)的功率定義和功率理論的研究；

（2）諧波分析以及諧波影響和危害的分析；

（3）諧波的補(bǔ)償和抑制；

（4）與諧波有關(guān)的測量問題和限制諧波標(biāo)準(zhǔn)的研究。

2 諧波的危害

理想的公用電網(wǎng)所提供的電壓應(yīng)該是單一而固定的頻率以及規(guī)定的電壓幅值。諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對公用電網(wǎng)是一種污染，它使用電設(shè)備所處的環(huán)境惡化，也對周圍的通信系統(tǒng)和公用電網(wǎng)以外的設(shè)備帶來危害。在電力電子設(shè)備廣泛應(yīng)用以前，人們對諧波及其危害就進(jìn)行過一些研究，并有一定認(rèn)識(shí)，但那時(shí)諧波污染還不嚴(yán)重，沒有引起足夠的重視。近四五十年來，各種電力電子裝置的迅速普及使得公用電網(wǎng)的諧波污染日趨嚴(yán)重，由諧波引起的各種故障和事故也不斷發(fā)生，諧波危害的嚴(yán)重性才引起人們高度的關(guān)注。諧波對公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的危害大致有以下幾個(gè)方面：

（1）諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，大量的3次諧波流過中性線時(shí)會(huì)使線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。

（2）諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作。諧波對電機(jī)的影響除引起附加損耗外，還會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴(yán)重過熱。諧波使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以致?lián)p壞。

（3）諧波會(huì)引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，這就使得上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重事故。

（4）諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，并會(huì)使電氣測量儀表計(jì)量不準(zhǔn)確。

（5）諧波會(huì)對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量；重者導(dǎo)致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。

3 粗略檢測電源中是否含有高次諧波的簡單方法

根據(jù)電容器對頻率敏感的原理，用測量電容電流的辦法，初步判斷電源中是否含有高次諧波。

圖1 判斷電源是否含有高次諧波原理圖

以我廠所轄的竹園變電站諧波測量為例，運(yùn)用此原理在35kV1#站變的低壓側(cè)進(jìn)行測量，測試結(jié)果如表1所示。

表1 竹園變電站35kV 1#站變處諧波測量數(shù)據(jù)

由測量結(jié)果可見，實(shí)測電流值與理論電流值相差不大，且存在儀表自身誤差和讀數(shù)誤差的影響。因此可以判定，測量時(shí)竹園站35kV1#站變處高次諧波的含量不大。

4 結(jié)束語

諧波問題越來越受到人們的重視和關(guān)注，電力電子技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，將出現(xiàn)新的諧波源，分布式發(fā)電系統(tǒng)的諧波、智能電網(wǎng)的諧波問題等需要深入研究，認(rèn)清諧波的危害，掌握諧波的檢測方法，是我們分析研究諧波問題的前提和關(guān)鍵，諧波抑制技術(shù)需要多學(xué)科知識(shí)交叉融合，發(fā)現(xiàn)與研究新的諧波治理理論與技術(shù)是保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的必然要求。

[1]王海濤，石 剛，張慧琦.電力系統(tǒng)諧波分析[J].黑龍江電力，2002（03）.

[2]王緒雄.變電站補(bǔ)償電容器的諧波問題研究[D].鄭州大學(xué)，2003.

[3]王兆安，楊君，劉進(jìn)軍，等.諧波抑制和無功功率補(bǔ)償[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005，10.

[4]梁曉劍.電力系統(tǒng)諧波及其抑制技術(shù)的研究[D].廣西大學(xué)，2007.

TM712

A

1004-7344（2016）13-0064-01

2016-4-15