電網(wǎng)中諧波的危害及減少諧波的措施

文/陳志盛 廣東南海國(guó)際建筑設(shè)計(jì)有限公司 廣東佛山 528000

現(xiàn)階段，電力電子技術(shù)得到了快速的發(fā)展，它從一定程度上促進(jìn)了電力系統(tǒng)的完善性，其在不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了嚴(yán)重的諧波問(wèn)題，針對(duì)這一現(xiàn)象，必須加大管理力度來(lái)進(jìn)行控制，將該現(xiàn)象徹底解決。

1、產(chǎn)生諧波的原因和預(yù)防諧波的必要性

1.1 線性諧振產(chǎn)生的諧波

在電網(wǎng)系統(tǒng)中，線性諧振是一種比較簡(jiǎn)單的諧振方式，線性諧振電路中的參數(shù)作為常數(shù)的一種，當(dāng)電壓和電流發(fā)生變化的時(shí)候，其并不會(huì)隨之出現(xiàn)改變，比如，不帶鐵芯的電感元件和線性的帶鐵芯電感元件相互接觸的情況下，便會(huì)形成諧振回路。受到交流電壓的影響，在電源的頻率和系統(tǒng)自振頻率相互接觸或者一致的情況下便會(huì)出現(xiàn)激烈的線性諧振現(xiàn)象。

1.2 配電變壓器產(chǎn)生諧波情況

在輸配電系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，一般是電力變壓器沒(méi)產(chǎn)生諧波，由于變壓器鐵芯呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，磁化曲線具備非線性特點(diǎn)，并且，在對(duì)變壓器進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，重點(diǎn)從它的經(jīng)濟(jì)性上加以考慮，對(duì)于工作磁密的選擇，則是在磁化曲線的近飽和階段，如此一來(lái)的話，就會(huì)使電流呈現(xiàn)波形狀，從實(shí)際情況來(lái)看，這一形狀的大小和磁路的結(jié)構(gòu)形式以及鐵芯的實(shí)際飽和程度有著直接的聯(lián)系性，從中看出，鐵芯的飽和程度越高，那么變壓器工作點(diǎn)和線性之間的距離就會(huì)更加的遠(yuǎn)。在有的情況下，3次諧波電流能夠達(dá)到規(guī)定電流的0.5倍左右。

1.3 非線性荷載方面

當(dāng)前，在電力電子技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，在供電系統(tǒng)中，增加了較多的非線性荷載，從低壓小容量家用電器到高壓大容量的工業(yè)交、直流變換裝置都有著廣泛應(yīng)用。非線性用電設(shè)備已是產(chǎn)生諧波的主要原因。

1.4 必要性

隨著現(xiàn)代的經(jīng)濟(jì)的快速進(jìn)步以及生產(chǎn)技術(shù)的提高，推動(dòng)了我國(guó)電力以及相關(guān)電子技術(shù)的不斷發(fā)展，最近幾年，電力電子技術(shù)也在不斷的進(jìn)行創(chuàng)新?？墒?，其在發(fā)展技術(shù)的同時(shí)也導(dǎo)致了電力諧波在這一行業(yè)的影響逐步的增大，并且電力諧波已經(jīng)在一定程度上成為了威脅電網(wǎng)以及相關(guān)電氣設(shè)備的電力行業(yè)的公害，嚴(yán)重影響了相關(guān)電力設(shè)備的運(yùn)行。在進(jìn)行電力諧波的具體危害時(shí)，首先要從其來(lái)源以及我們可以通過(guò)何種方式來(lái)進(jìn)行電力諧波的危害分析，并且如何在最大程度上減小相關(guān)損失，是當(dāng)下在電力企業(yè)發(fā)展的首要的亟待解決的問(wèn)題。當(dāng)我們?cè)谶M(jìn)行電力諧波具體的有關(guān)防治工作在展開(kāi)的同時(shí)，必須要確保相關(guān)設(shè)施電網(wǎng)的正常運(yùn)行，采用這種方法也是對(duì)于電力行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提高具有顯著的作用。

2、有關(guān)于電力諧波的相關(guān)具體概述

在電力諧波繁瑣的電波周期性的振動(dòng)當(dāng)中，在其中包含具體的諧波以及基波。并且在這項(xiàng)電力波當(dāng)中，和這個(gè)震波頻率最長(zhǎng)周期相等的正弦波的有關(guān)分量在此稱為電力諧波的基波頻率，如果這個(gè)波段的具體基波頻率和這個(gè)周期的頻率相同，在一定程度上可以成為基本的頻率。在這個(gè)波段內(nèi)的頻率相當(dāng)于原先基本頻率的整的倍數(shù)的正弦波的分量可以稱之為電力的諧波。在有關(guān)的記載信號(hào)的具有理論方面，對(duì)于電力諧波的基本定義為：在一個(gè)相關(guān)的任意周期信號(hào)內(nèi)，在一定的特定條件之下，可以分解成很多個(gè)單一單頻率的相關(guān)正弦波的繼續(xù)疊加，在進(jìn)行相關(guān)正弦波的具體頻率當(dāng)中，都是在排列排布過(guò)程中依據(jù)自然數(shù)列進(jìn)行相關(guān)排序，例如，方f,2f,3f ,.........,等等不同的數(shù)列排布。換句話說(shuō)，也就是在具體的一整個(gè)系列的是f,2f,3f,4f等等頻率排布模式的單一型的頻率正弦波，在上述的情況下可以自己任意組合以及合成任意周期內(nèi)的相關(guān)波形。在上述這些相關(guān)正弦波當(dāng)中，根據(jù)不同的頻率額階段進(jìn)行具體的劃分，在進(jìn)行波段的具體測(cè)量中，在所有頻率中，最低頻率的為電力的基波。在上述中所提及的f為最基準(zhǔn)的基頻，在上述描述當(dāng)中，有關(guān)頻率描述為2f,3f,4f......的頻率的信號(hào)為諧波。基波以及諧波都是來(lái)源于聲學(xué)，并且逐步的深入到電學(xué)當(dāng)中的，于是在于電信號(hào)當(dāng)中就有基波以及諧波的信號(hào)之說(shuō)。在我國(guó)的家庭用電中，多用的時(shí)50NZ的基波電壓，在具體的電網(wǎng)中，則常見(jiàn)的多為奇數(shù)諧波，在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，還存在一些電波是基數(shù)頻率額整數(shù)倍，稱之為次諧波。

3、在具體的電力諧波的產(chǎn)生以及對(duì)于電網(wǎng)的危害

當(dāng)我們?cè)谶M(jìn)行具體的電網(wǎng)中特殊設(shè)備的操作時(shí)，例如大型功率的整流器以及相關(guān)的變頻器，電弧爐等，這類設(shè)備的有關(guān)工作電流以及相關(guān)的工作電壓都不是按照標(biāo)準(zhǔn)的配比正弦值進(jìn)行配比，由此所帶來(lái)的負(fù)荷的負(fù)載模式為非線性的負(fù)荷。并且在進(jìn)行負(fù)荷的過(guò)程當(dāng)中，在發(fā)電機(jī)發(fā)生出的有關(guān)電能當(dāng)中，都是產(chǎn)出的比較標(biāo)準(zhǔn)的50赫茲的基波頻率模式，當(dāng)我們遇到這類電氣的正常工作時(shí)，可以對(duì)于基波進(jìn)行相關(guān)更改，例如在大功率整流器，可以進(jìn)行改成1000赫茲等，在這種形式下產(chǎn)生了電力諧波。在進(jìn)行電網(wǎng)以及相關(guān)電器的設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，電力諧波的具體損害可以從下文當(dāng)中進(jìn)行具體有效分析：

①在相關(guān)電力系統(tǒng)當(dāng)中的系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)中，在非線性設(shè)備具體工作中產(chǎn)生的頻率波段為電力諧波。通過(guò)這一點(diǎn)我們可以看出，電力諧波的主要能量來(lái)源是在于電力發(fā)電系統(tǒng)的總的電力以及電能。因此，在進(jìn)行電力諧波的產(chǎn)生以及運(yùn)行時(shí)，就會(huì)把在電力系統(tǒng)當(dāng)中總的電力工能進(jìn)行具體的頻率損耗，在電力損耗過(guò)程當(dāng)中，同時(shí)也是將電力總工能當(dāng)中的工能轉(zhuǎn)換為電力諧波的具體能源。在繼續(xù)進(jìn)行能量的系統(tǒng)返還，總的情況遵守能量守恒，在這種情況下可以避免能量不必須的損耗情況。

②在有關(guān)的輸電線路當(dāng)中，電力諧波對(duì)于其相關(guān)的影響，在進(jìn)行電力諧波的傳導(dǎo)時(shí)，都是通過(guò)相關(guān)的媒介，例如，輸電以及相關(guān)的配電線路，在一定情況下產(chǎn)生電阻，從而在一定程度下產(chǎn)生熱能阻礙，由此造成了電力系統(tǒng)當(dāng)中電壓的下降從而在很大程度上影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。還存在于另外的一種情況，當(dāng)諧波的電流正弦波峰的峰值與基波的有關(guān)峰值進(jìn)行重合以及疊加時(shí)，在導(dǎo)體的表面，容易出現(xiàn)放電現(xiàn)象的發(fā)生，即光暈的產(chǎn)生，在這種情況之下，非常容易造成配電線路放電，從而導(dǎo)致電量的損耗。

③在進(jìn)行電力系統(tǒng)的保護(hù)措施當(dāng)中，繼電保護(hù)是系統(tǒng)當(dāng)中最重要的保護(hù)電力的裝置，然而，假設(shè)在具體的電力諧波產(chǎn)生之后，會(huì)對(duì)繼電器正常工作產(chǎn)生影響，從而致使電網(wǎng)受到破壞，影響正常運(yùn)行，造成損失。

④在相關(guān)的電力系統(tǒng)當(dāng)中，特別是在配電的環(huán)節(jié)里，在電力基波方面，極容易與電力的有關(guān)諧波造成振動(dòng)共鳴的現(xiàn)象，由此會(huì)導(dǎo)致在配電線路當(dāng)中的放電現(xiàn)象，從而致使電流以及系統(tǒng)電壓受損，對(duì)于電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成中斷，對(duì)于電力造成損失。

⑤當(dāng)電力所造成的電力謝波德電流在進(jìn)入具體的定子以后，當(dāng)我們?cè)诎l(fā)現(xiàn)電流過(guò)電量過(guò)于大時(shí)，會(huì)引發(fā)電機(jī)過(guò)熱，由此會(huì)致使電機(jī)線路的損害，對(duì)于電機(jī)系統(tǒng)造成損失。當(dāng)面對(duì)過(guò)的電流量過(guò)于少時(shí)，同時(shí)也會(huì)加速電動(dòng)機(jī)組損耗，從而減少電機(jī)的使用年限。

⑥電力諧波還會(huì)在通訊方面產(chǎn)生影響，造成通迅訊號(hào)減弱以及降低通訊質(zhì)量。

4、進(jìn)行電力諧波具體有效的防治辦法

在對(duì)于電力諧波的防治措施當(dāng)中，具體的辦法包含以下幾點(diǎn)：

①增加相關(guān)設(shè)備的抗干擾能力，當(dāng)我們面對(duì)受到諧電波影響比較大的裝置，可以在外部進(jìn)行保護(hù)裝置的設(shè)置，提高使用年限。

②進(jìn)行電力諧波的控制管理工作，在電力公司發(fā)現(xiàn)諧波損害時(shí)，應(yīng)該及時(shí)的對(duì)于這個(gè)地區(qū)的諧波損害數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，科學(xué)測(cè)量，對(duì)于影響地區(qū)進(jìn)行科學(xué)劃分，從而逐漸的治理把控。對(duì)于電力諧波影響較大的地區(qū)，電力公司應(yīng)該加強(qiáng)監(jiān)控，通過(guò)科學(xué)分析，數(shù)據(jù)累積，進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，從而避免諧波電流造成計(jì)量不準(zhǔn)而造成的經(jīng)濟(jì)損失，另外對(duì)該地區(qū)的線損管理更應(yīng)該進(jìn)行科學(xué)管理，確保無(wú)人為情況造成電量流失，保證安全性。

③進(jìn)行設(shè)備的電力濾波器的處理，首先來(lái)說(shuō)濾波器有兩種，無(wú)源濾波器以及有源濾波器。在進(jìn)行電力諧波的控制中，無(wú)源濾波器比較常見(jiàn)也比較常使用并且對(duì)于電力諧波具有顯著作用，可以在一定程度上進(jìn)行電網(wǎng)的保護(hù)工作，阻礙諧電流進(jìn)入電網(wǎng)。

結(jié)論：

在本篇文章中，通過(guò)對(duì)于電力諧波的分析，具體的講明了諧波產(chǎn)生的原因并且在文章當(dāng)中也表述了其中的危害，根據(jù)實(shí)際情況，提出了具體的防范措施。隨著科技的發(fā)展以及電子技術(shù)的完善，電力諧波所造成的影響越來(lái)越大，同時(shí)危害著電網(wǎng)安全，通過(guò)科學(xué)的高速發(fā)展，可以使得電力諧波本身的影響早日消除，來(lái)保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。