試析配電網(wǎng)諧波的危害及治理對策

摘要：電力系統(tǒng)中配電網(wǎng)諧波危害的研究一直沒有停止，諧波危害是供電質(zhì)量降低、電力消耗增加的主要誘因。本文將簡單研究配電網(wǎng)諧波危害，提出治理建議。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng);諧波;濾波器;調(diào)節(jié)器

前言

諧波即基波整數(shù)倍正弦波，常見于各種配電網(wǎng)設(shè)備，提高了配電網(wǎng)非線性阻抗能力，使得配電網(wǎng)的波形嚴(yán)重畸變。新時期需要加強(qiáng)諧波治理，確保電網(wǎng)能夠安全運(yùn)行，保障電能的利用率。

一、配網(wǎng)諧波源

（一）性質(zhì)

以性質(zhì)角度來看，諧波包括恒壓與恒流兩種類型。恒壓諧波源的諧波電壓和外接阻抗沒有關(guān)系。電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)諧波電勢和發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)、發(fā)電機(jī)工況有關(guān)。恒流諧波源特征為諧波含量和電力參數(shù)無關(guān)，和自身工作狀況、參數(shù)有關(guān)。配電網(wǎng)非線性用電設(shè)備屬于典型的恒流諧波源。配電網(wǎng)中的多數(shù)諧波源屬于恒流諧波源[1]。

（二）規(guī)律

以諧波產(chǎn)生規(guī)律來看，諧波源包括穩(wěn)態(tài)和動態(tài)兩種類型。穩(wěn)態(tài)諧波源最大的特征是在網(wǎng)絡(luò)感性、容性的負(fù)荷沒有變化時，諧波的幅值不會發(fā)生變化。穩(wěn)態(tài)諧波源由可控整流設(shè)備、不可控整流設(shè)備、電動機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器組成[2]。動態(tài)諧波源最大的特征是，在負(fù)荷變化同時，其也會劇烈的反應(yīng)。常見于電氣機(jī)車換流設(shè)備、大型電弧爐、大容量沖擊負(fù)荷。

二、配網(wǎng)中的諧波危害

如同無線電電磁干擾一樣，變頻器諧波由以下述三種方法產(chǎn)生諧波污染臨近的用電設(shè)備和電源，包括傳導(dǎo)、電磁輻射與感應(yīng)耦合。

傳導(dǎo)說的是諧波在阻抗分流到電源并聯(lián)和系統(tǒng)中的負(fù)載，能夠干擾并聯(lián)電器電氣設(shè)備。電磁輻射說的是變頻器的諧波具有輻射作用，能夠干擾周圍電子設(shè)備與無線電。感應(yīng)耦合說的是傳導(dǎo)期間，和變頻器的輸出線平行敷設(shè)導(dǎo)線能夠產(chǎn)生電磁耦合感應(yīng)干擾。配電網(wǎng)諧波危害如下：

（一）變壓器

電壓和電流諧波會增加變壓器的鐵損與銅損，使得變壓器的溫度快速增加，降低了變壓器的絕緣能力，減少了變壓器的容量富余。除此之外，諧波還會產(chǎn)生噪音與引起共振[3]。

（二）感應(yīng)電動機(jī)

和變壓器一樣，變壓電流諧波也會增加電動機(jī)鐵損、銅損，使得溫度增加。另外諧波電流還會導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化，出現(xiàn)振動力矩。此時電動機(jī)就會出現(xiàn)周期性轉(zhuǎn)速變動，對其輸出效率造成明顯影響，伴有明顯噪音。

（三）電力電容器

諧波出現(xiàn)以后，頻率的增加會讓電容器的阻抗減小，此時涌入很多電流，導(dǎo)致電容器過熱或是損壞，甚至可能會出現(xiàn)共振問題，出現(xiàn)噪音和振動。

（四）開關(guān)設(shè)備

諧波電流會讓開關(guān)設(shè)備啟動時候出現(xiàn)較大電流變化，暫態(tài)恢復(fù)峰值電壓增大，影響絕緣效果，甚至引起誤動作出現(xiàn)。

（五）保護(hù)電器

電流諧波會導(dǎo)致額外力矩的出現(xiàn)，使得電器的動作特點(diǎn)發(fā)生變化，出現(xiàn)誤動作，有些時候甚至?xí)霈F(xiàn)線圈燒毀、操作特點(diǎn)改變一類的問題。

（六）計(jì)量儀表

感應(yīng)盤會有額外轉(zhuǎn)矩的出現(xiàn)，使得精度降低，出現(xiàn)誤差，甚至是線圈燒毀。

（七）電力電子設(shè)備

通常情況下，電力電子設(shè)備需要電壓波形形態(tài)或電源零交叉原理才能完成系統(tǒng)操作與控制。如果電壓存在諧波，則波形被改變、零交叉自行移動，出現(xiàn)很多誤動作情況。

三、治理諧波手段

諧波問題的綜合治理，關(guān)鍵點(diǎn)在于需要控制注入系統(tǒng)諧波電流，將電壓控制在可控范圍。電壓畸變主要誘因是電源阻抗。阻抗越大，電流畸變引發(fā)的電壓畸變越明顯。10次以內(nèi)諧波，通常是感性的配電網(wǎng)絡(luò)。所以此時的電源頻率與電源阻抗為正比關(guān)系。諧波的次數(shù)越多，則畸變問題就越嚴(yán)重。通常情況下，很難改變配電網(wǎng)阻抗，需使用其他手段綜合防治諧波。

（一）安裝無源電力濾波器

電子器件的構(gòu)成為非線性節(jié)能設(shè)備，在低壓配電網(wǎng)中廣泛使用，所以會出現(xiàn)嚴(yán)重的諧波污染。并聯(lián)電容器組能夠放大諧波。諧波含量如果比較大，將損壞電容器，甚至引起電壓畸變問題。為規(guī)避諧波放大情況，裝置中的每組電容器都要和電容器串聯(lián)到一起，組成無源濾波器。L、C參數(shù)的選擇，要兼顧抑制3、5濾波，電抗率需要調(diào)整到6%，這樣就能在基波頻率中完成容性的觀察，將其當(dāng)做基波無功補(bǔ)償設(shè)備與諧波濾波器，可以防止電容器組出現(xiàn)諧波電流，減少系統(tǒng)中的諧波含量。從實(shí)踐結(jié)果可以了解到，這種方法能夠有效應(yīng)對3、5濾波。

（二）安裝隔離變壓器

應(yīng)用Dyn接法隔離變壓器能夠控制諧波，讓均衡3次諧波電流回歸電源之中。變壓器的使用，一般被加裝在旁路電路，這樣就能防止維護(hù)變壓器的時候，需要長時間停止負(fù)荷供電。此時需要使用中性線，并且中性線需要有夠大的四芯饋線。配電系統(tǒng)中隔離變壓器安裝于配電盤，用于隔離3N次的配電系統(tǒng)與諧波電流。應(yīng)根據(jù)情況調(diào)整變壓器額定值，以免出現(xiàn)過熱和電壓畸變問題。

（三）安裝有源諧波調(diào)節(jié)器

邊頻帶頻率跟著傳動裝置速度一起變化，時長和基波頻率比較接近。變流器、逆變器邊頻帶與諧波問題很難靠普通濾波器有效處理。有源諧波調(diào)節(jié)器具有實(shí)時監(jiān)測無功分量、負(fù)載諧波的能力。應(yīng)用PWM變換技術(shù)，能夠?qū)o功分量和諧波分成方向相反、大小一致的電流并送到供配電之中，精確補(bǔ)償負(fù)荷諧波電流，具有動態(tài)補(bǔ)償與消除濾波的能力。

四、治理諧波的一些思路

（一）全面規(guī)劃加強(qiáng)監(jiān)管

應(yīng)嚴(yán)格審查還沒有投入使用的設(shè)備負(fù)荷諧波情況，安排專人監(jiān)督測試新用戶設(shè)計(jì)、投產(chǎn)早期、用電報(bào)裝等環(huán)節(jié)中的電能質(zhì)量，制作管理檔案。老用戶的電源中，需要安裝濾波裝置，控制諧波問題。應(yīng)主動和技術(shù)部門、生產(chǎn)部門溝通，定期檢查當(dāng)?shù)刈冸娬?、重大用戶電能質(zhì)量、公用變壓器，獲知諧波源與電網(wǎng)中的電能質(zhì)量。監(jiān)管期間，如果發(fā)現(xiàn)用戶用電設(shè)備影響了電能質(zhì)量，需要根據(jù)設(shè)備用電狀況，采取行之有效的辦法，在規(guī)定期限內(nèi)減少干擾問題的影響和范圍。

（二）改變諧波工作方法與配置

擁有諧波補(bǔ)償性的設(shè)備需要集中管理，如果不集中管理則需要交替使用或分散使用，控制諧波量大小，減少諧波對整個系統(tǒng)的干擾與影響。

（三）加強(qiáng)管理

治理配電網(wǎng)諧波問題屬于一項(xiàng)任務(wù)艱巨且長期性工作，對改善供電質(zhì)量而言是必不可少的方法。在國內(nèi)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的同時，國內(nèi)配電網(wǎng)卻沒有表現(xiàn)出諧波治理足夠重視。當(dāng)前配電網(wǎng)有著許多的高壓配電用戶，這些用戶并不了解諧波治理要求，也不知道諧波對電力系統(tǒng)整體的危害與影響，認(rèn)為治理配電網(wǎng)諧波屬于電力部門工作，自己只是普通的消費(fèi)者。因此電力部門應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)宣傳，讓每一名用戶都能了解到諧波問題影響和控制必要性，提高用戶認(rèn)知，準(zhǔn)確測量諧波，采取可行的辦法和對策，改善電力系統(tǒng)供電水平，控制電磁污染問題。

（四）提高諧波承受能力

使用級別比較高的電壓電網(wǎng)供電，保障三相電壓的平衡性，以此提高

（五）防止諧波進(jìn)入電網(wǎng)

通過研究得出，諧波進(jìn)入電網(wǎng)以后造成的影響非常明顯，應(yīng)采取有效的控制、補(bǔ)償與隔離措施。配電網(wǎng)中的諧波，主要為三次諧波污染。諧波檢測中，需要使用合適的方法，比如安裝濾波裝置，以免濾波最后進(jìn)入到電網(wǎng)當(dāng)中。生產(chǎn)制造電氣設(shè)備的廠家，一開始就需要了解諧波危害性，并做好諧波含量控制，以防用戶電氣諧波進(jìn)入到電網(wǎng)當(dāng)中。

結(jié)語

對配電網(wǎng)的運(yùn)行來說，影響質(zhì)量的眾多因素中，諧波是不能忽視的問題。雖然我國設(shè)定了用戶諧波電流入電網(wǎng)規(guī)定，可是用戶幾乎一邊倒的認(rèn)為治理諧波不是用戶問題，是電力部門工作，沒有重視諧波問題。新時期背景下，電力部門不僅要重視治理諧波，同時還要加強(qiáng)宣傳，提出可行適合用戶獨(dú)立嘗試治理的辦法，雙向治理，改善網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，最大化利用電能資源。

參考文獻(xiàn)

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[3]謝榮斌，杜帆，程湘等.三相不平衡及諧波對三相四線低壓配電網(wǎng)線損的影響[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2020，48（21）：22-30.

作者簡介

彭軍，男，生于1969年5月，籍貫四川資中，碩士研究生，高級工程師、從事電力營銷管理工作。