諧波對港口電氣設(shè)備的影響

張家濱　王鑫　喬宏琦

摘 要：伴隨著我國港口建設(shè)工程的不斷加速，我國的港口管理以及運行對于電氣設(shè)備的依賴程度也在不斷提升過程中。目前我國的港口都在廣泛應(yīng)用電氣設(shè)備。雖然電氣設(shè)備在港口的應(yīng)用過程中起到了非常好的使用效果，并且實現(xiàn)了港口的電氣自動化，但是在實際的電氣設(shè)備應(yīng)用過程中還是存在著一定的問題，諧波的問題就是一個非常嚴重的問題。文章主要針對諧波對于港口電氣設(shè)備的主要影響進行詳細的闡述以及分析，希望通過文章的闡述以及分析能夠有效提升我國電氣設(shè)備在港口的應(yīng)用效率，實現(xiàn)電氣設(shè)備作用的最大化，同時也為我國港口建設(shè)的不斷推進以及發(fā)展貢獻力量。

關(guān)鍵詞：諧波；電氣設(shè)備；電力系統(tǒng)；港口；概念

中圖分類號：TM76 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）04-0185-02

Abstract： With the continuous acceleration of port construction in China， the port management and operation of our country rely on electrical equipment in the process of continuous upgrading. At present， the ports in our country are widely used in electrical equipment. Although the electrical equipment has played a very good use effect in the application process of the port， and has realized the electric automation of the port， but in the actual electrical equipment application process there are still problems， one of the most serious problems is the problem of the harmonic wave. This article mainly aims at the influence of the harmonic wave on the port electrical equipment， carries on detailed elaboration and analysis， hoping that through the article's elaboration and analysis it can effectively enhance our country electrical equipment in the port application efficiency， maximize the role of electrical equipment， and contribute to the continuous promotion and development of port construction in China.

Keywords： harmonic wave； electrical equipment； power system； port； concept

在我國經(jīng)濟不斷發(fā)展的今天，我國的港口建設(shè)也在不斷加快步伐當(dāng)中，港口建設(shè)對于我國的經(jīng)濟發(fā)展起到了非常好的推動作用。在通常情況下，我國的港口在應(yīng)用電氣設(shè)備的過程中都會選擇大范圍的使用硅整流電氣設(shè)備以及可控硅變流電氣設(shè)備，但是在港口堆場中使用的電氣照明設(shè)備主要的光源為點光源，屬于放電類的光源設(shè)備之一。港口堆場中的放電類電氣設(shè)備在使用的過程中，會由于一定的外在負載的影響下，產(chǎn)生一定的諧波，這種產(chǎn)生的諧波通常為不同層次的電氣諧波。諧波的出現(xiàn)對導(dǎo)致港口堆場中的電氣設(shè)備出現(xiàn)一定的影響，并且產(chǎn)生一定的問題，例如諧波會對電氣設(shè)備中的發(fā)動機造成發(fā)熱的狀況，或者是諧波會影響港口電氣變壓器出現(xiàn)跳閘的問題，諧波對于港口電氣設(shè)備的影響嚴重的情況會造成港口出現(xiàn)火災(zāi)隱患，因此諧波的存在會大大降低港口電氣設(shè)備的使用效率，極大程度上抑制了電氣設(shè)備發(fā)揮出最大作用，同時諧波的出現(xiàn)還會造成非常嚴重的人身安全隱患。一旦諧波的存在對港口的電氣設(shè)備造成了嚴重的影響，就會讓港口建設(shè)過程中對于電氣設(shè)備的投入力度不斷加大，無形中加大了港口的建設(shè)成本。目前在我國的港口電氣設(shè)備使用的過程中諧波的存在已經(jīng)逐漸變成了一項必須解決和處理的工作之一。諧波的存在不僅僅能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備造成應(yīng)用質(zhì)量下降的問題，同時也會對港口的正常運行造成很大的困擾，下面進行詳細的闡述以及分析。

1 在港口電氣設(shè)備應(yīng)用過程中諧波的主要含義

在上世紀的二十年代初，在港口電氣設(shè)備應(yīng)用的過程中，人們對于諧波的相關(guān)問題就有了非常充分的了解和認識。從電氣的角度來分析，諧波就是在港口電氣設(shè)備對于電量的不斷周期性的往復(fù)運轉(zhuǎn)過程中，對于非正弦用電量采取的一種分解狀態(tài)，這種分解我們稱之為傅里葉技術(shù)電量分解。在分解過程中產(chǎn)生的頻率一般情況下都大于基波的固有頻率的電氣電流應(yīng)用而產(chǎn)生的電量。從電力角度來分析，諧波就是指在不同的情況下產(chǎn)生的不同于單一頻率交流電的各種成分。從廣義的角度來分析，諧波還可以分為三種形式的諧波，首先是簡諧波，其次是次諧波，最后是分數(shù)諧波等等。除了上述的諧波分類，在目前的科學(xué)技術(shù)發(fā)展的過程中我們還有很多形式 的諧波被發(fā)現(xiàn)。

2 在港口電氣設(shè)備應(yīng)用的過程中諧波產(chǎn)生的主要因素

根據(jù)上文提及的諧波的具體概念我們可以得出，諧波的存在實際上是一種電力非線性的電力負載。在港口電氣設(shè)備運行的過程中受到這種電力負載的影響會讓基波的電流出現(xiàn)畸變，這樣就產(chǎn)生的電力諧波。在港口電氣設(shè)備實際應(yīng)用的過程中，諧波產(chǎn)生的主要因素大致有三個，首先是電氣系統(tǒng)中的變壓器在正常使用的過程中能夠產(chǎn)生諧波，其次是港口電氣中的充電光源在實際使用的過程中會產(chǎn)生諧波，最后是港口電氣系統(tǒng)中的整流設(shè)備在使用的過程中能夠產(chǎn)生諧波。上述的三種產(chǎn)生諧波的方式是目前港口電氣設(shè)備運行的過程中最為常見的，下面針對這一問題進行詳細的闡述以及研究分析。endprint

2.1 港口電氣設(shè)備應(yīng)用過程中，變壓器使用中存在的諧波

在港口電氣設(shè)備應(yīng)用的規(guī)程中，變壓器是一個非常重要的電氣元件。在實際的應(yīng)用過程中變壓器設(shè)備內(nèi)部的鐵芯會呈現(xiàn)出一種磁化的電力曲線，同時以一種飽滿的狀態(tài)呈現(xiàn)出來。很多時候在港口變壓器使用的過程中，為了追求經(jīng)濟利益的最大化，我們在實際的應(yīng)用過程中就會選擇上述的鐵芯磁化電力曲線來作為運行過程中的使用曲線，但是需要注意的一點是在這種情況下，變壓器內(nèi)部產(chǎn)生的磁化電流會出現(xiàn)有一種頂尖波形，這種頂尖波形就是我國電氣上常說的奇次諧波。港口變壓器產(chǎn)生的奇次諧波主要同變壓器的三種因素有關(guān)，首先是變壓器內(nèi)部的磁路具體結(jié)構(gòu)，其次是變壓器內(nèi)部的鐵芯實際飽和狀態(tài)，最后是變壓器內(nèi)部的鐵芯的大小。根據(jù)上述三種不同因素的變化，變壓器內(nèi)部產(chǎn)生的諧波也會發(fā)生相應(yīng)的變化。

2.2 港口電氣設(shè)備應(yīng)用過程中，充電光源應(yīng)用中存在的諧波

在港口電氣設(shè)備中，照明設(shè)備是非常常見的一種電氣設(shè)備，通常情況下我們的港口在運行的過程中都會選擇氣體放點形式的充電光源作為電氣設(shè)備的照明光源，但是在實際的應(yīng)用過程中充電光源在穩(wěn)定性以及持續(xù)性上并沒有太大的優(yōu)勢，是一種非常不穩(wěn)定的電源供應(yīng)，這主要是由于充電光源中的光源是一種非線性的光源，這樣就決定了其不穩(wěn)定性。為了有效克服這樣的問題，港口企業(yè)在照明系統(tǒng)運行的過程中為了有效降低伏安特性的負性，同創(chuàng)采用的電感連接方式為串聯(lián)形式，除了電感的連接形式為串聯(lián)，電阻的連接形式通常也為串聯(lián)的形式。這種串聯(lián)的形式我們稱之為鎮(zhèn)流器。由于在港口照明設(shè)備使用的過程中，需求量特別大，因此充電光源的數(shù)量也非常大，這樣就會導(dǎo)致非常嚴重的光源非線性曲線問題，這種情況就會導(dǎo)致諧波的出現(xiàn)，根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計結(jié)果顯示，這種情況下的諧波通常會占到應(yīng)用基波的百分之二十甚至以上。大量的諧波的存在會對港口照明系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成很大的干擾。

2.3 港口電氣設(shè)備應(yīng)用過程中，整流設(shè)備應(yīng)用中存在的諧波

在港口電氣設(shè)備運行的過程中，電路中通常會存在電感，電阻以及電容。在通常情況下，電氣設(shè)備中的流動電流同電氣設(shè)備中被施加的實際電壓是一種正比的關(guān)系。如果在實際的電氣設(shè)備應(yīng)用的過程中施加的電壓為正弦電壓，那么電氣設(shè)備中產(chǎn)生的運行電流也是正弦電流的情況下，這種情況就不會存在諧波的產(chǎn)生。但是在實際的應(yīng)用過程中，電壓同電流會呈現(xiàn)出一種非線性負荷，這種情況下，施加的電壓同運行流動的電流就不是一種正弦的狀態(tài)，這種狀態(tài)下就會導(dǎo)致諧波的出現(xiàn)。在港口電氣設(shè)備運行的過程中，整流電氣設(shè)備主要包含了兩種，首先是鎮(zhèn)流器，其次是逆變器。整流器的作用是能夠?qū)㈦姎庠O(shè)備中的交流電有效的轉(zhuǎn)化為直流電，逆變器恰好相反，逆變器能夠?qū)㈦姎庠O(shè)備中的直流電有效的轉(zhuǎn)化成為交流電。但是需要注意的一點是在電流轉(zhuǎn)化的過程中，除了會呈現(xiàn)出正弦波形之外，還會出現(xiàn)高次負弦波。高次負弦波就是一種諧波形式的存在，這種諧波的存在對于整個港口電氣設(shè)備會造成電力污染，極大程度上降低了電氣設(shè)備的運行效果。

3 在港口電氣設(shè)備應(yīng)用的過程中諧波的存在造成的具體影響

首先，在港口電氣設(shè)備運行的過程中，諧波的產(chǎn)生能夠在很大程度上對電氣線路中的輸電線造成運行穩(wěn)定性方面的影響。其次，在港口電氣設(shè)備運行的過程中，諧波的產(chǎn)生能夠?qū)Ω劭陔姎庀到y(tǒng)中的變壓器造成性能方面的影響。再次，在港口電氣設(shè)備運行的過程中，諧波的產(chǎn)生能夠?qū)Ω劭诘碾姎庠O(shè)備中的電動機的運行效率以及運行穩(wěn)定性造成嚴重的影響。第四，在港口電氣設(shè)備運行的過程中，諧波的產(chǎn)生能夠與對整個港口供電以及輸電系統(tǒng)造成可靠性以及安全性等方面的影響。最后，在港口電氣設(shè)備運行的過程中，諧波的產(chǎn)生能夠?qū)Ω劭谡麄€電力設(shè)備系統(tǒng)的安全持續(xù)運轉(zhuǎn)造成嚴重的影響。

4 在港口電氣設(shè)備運行的過程中，有效防止諧波產(chǎn)生的具體措施

從上述諧波對港口電氣設(shè)備中所造成的情況分析，諧波的存在嚴重威脅著港口電氣設(shè)備的正常運行，面對這種情況為了減少諧波所造成的危害，對于諧波的防治就要從管理和技術(shù)兩個層面來進行防止。

4.1 在港口電氣設(shè)備運行應(yīng)用的過程中，我們要對港口電氣設(shè)備不斷強化管理，針對管理的規(guī)章以及力度進行完善和強化

在對電氣設(shè)備管理執(zhí)行的力度上，港口中的管理人員要根據(jù)我國與1993年頒發(fā)的GB/T14549《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》中的規(guī)定，對需要連接注入的諧波允許值的用戶，要讓其在安裝的過程中必須安裝電力諧波濾波器來限制用戶在注入中所公用的電網(wǎng)諧波。

4.2 在港口電氣設(shè)備運行應(yīng)用的過程中，我們要對現(xiàn)場電氣設(shè)備的技術(shù)實施手段以及力度進行強化，要保障電氣設(shè)備在運行的過程中最大限度降低諧波的產(chǎn)生

在供電系統(tǒng)中，諧波的產(chǎn)生是無法避免的，這就需要對其進技術(shù)上的改造，同時加大供電系統(tǒng)中短路和供電設(shè)備的容量，來提高電壓的等級，將這三相的負載保持在一個平衡的狀態(tài)中，這對于提高整個港口電氣設(shè)備抵抗諧波的能力和維持港口電氣設(shè)備的穩(wěn)定是非常重要的。除了上述的兩種措施之外，為了有效降低或者阻止港口電氣設(shè)備中諧波的產(chǎn)生，我們要在電氣設(shè)備設(shè)計的過程中加入防諧波問題的相應(yīng)設(shè)計要求。

參考文獻：

[1]尹發(fā)根.電力諧波檢測方法的比較與研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2009（19）：167-169.

[2]張寶燕.加強港口供電系統(tǒng)調(diào)度管理的實踐與思考[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2010（02）：49-50.

[3]高少蘭，王育武.電網(wǎng)諧波的危害及治理方案分析[J].廣東科技，2011（10）：89.

[4]譚少波.淺談如何檢測和整治電力系統(tǒng)中諧波的危害[J].科技信息，2009（27）：123-124.

[5]徐偉，姜紅霞.淺析配電網(wǎng)中高次諧波對電力設(shè)備的影響[J].科技致富向?qū)В?010（26）：78-79.endprint