淺談企業(yè)諧波治理

賈中明

[摘要]簡要分析企業(yè)諧波的來源及危害，提出治理諧波的初步建議及措施。

[關(guān)鍵詞]諧波 電網(wǎng) 整流 治理

中圖分類號：TN2 文獻標識碼：A 文章編號：1671－7597（2009）0720013－01

諧波是指對周期性非正弦交流量進行傅里葉級數(shù)分解所得到的大于基波頻率整數(shù)倍的各次分量，通常也稱為高次諧波，而基波是指其頻率與工頻（50HZ）相同的分量。當電網(wǎng)中的諧波電流較大時，我們稱之為電網(wǎng)污染。在電網(wǎng)被污染的情況下，所有電網(wǎng)中的設(shè)備與負荷均會受到影響。

一、企業(yè)諧波產(chǎn)生的原因

（一）電源自身諧波。諧波在電網(wǎng)誕生的同時就是存在的，因為由于制造工藝的問題，電樞表面的磁感應(yīng)強度分布稍稍偏離正弦波，從而使產(chǎn)生的電流稍微偏離正弦，這部分諧波分量只有在多路供電時才對電網(wǎng)產(chǎn)生影響。電力變壓器由于其磁化曲線的非線性也產(chǎn)生少量諧波。

（二）非線性負載產(chǎn)生。諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負載所致。當電流流經(jīng)非線性負載時，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波。變頻器、軟啟動器、穩(wěn)壓電源、電子熒光燈等用電負載等都是非線性負載，是企業(yè)主要的諧波源。

1．隨著科技的進步與發(fā)展，晶閘管整流在不間斷電源、穩(wěn)壓裝置、自動控制等許多方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用，給電網(wǎng)造成了大量的諧波。就電力系統(tǒng)中的供電電壓來說，可以認為其波形基本上是正弦波，由于晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是周期性的非正弦波，根據(jù)任何重復(fù)的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量，在電網(wǎng)電流中含有大量的諧波。整流裝置產(chǎn)生的諧波是電網(wǎng)最大的諧波源。整流裝置從電源吸收高次諧波電流，電流在電源回路引起阻抗壓降，因此導(dǎo)致整個電網(wǎng)都含有高次諧波成分。

2．變頻器也是企業(yè)諧波污染的另一重要因素。變頻調(diào)速在企業(yè)應(yīng)用較為廣泛，常用于風(fēng)機、水泵、皮帶秤計量控制等設(shè)備中。變頻器是把工頻電變換成各種頻率的交流電，以實現(xiàn)電機的變速運行的設(shè)備。其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出直流電壓進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。由于變頻器大量使用了非線性的晶閘管，對其供電電源就形成了一個典型的非線性負載。變頻裝置由于采用了相位控制，是以脈動的方式從電網(wǎng)吸收電流，脈動電流導(dǎo)致電網(wǎng)電壓畸變使其含有諧波成份。隨著變頻調(diào)速的發(fā)展，對電網(wǎng)造成的諧波污染也越來越嚴重。

3．軟啟動器也造成了諧波污染。大功率設(shè)備如風(fēng)機、壓縮機的起停都采用了軟啟動器，因為軟啟動器采用三對反并聯(lián)的晶閘管實現(xiàn)交流調(diào)壓，由于晶閘管是典型的非線性器件，因此在使用過程中也會產(chǎn)生大量的諧波，對設(shè)備的穩(wěn)定運行及電網(wǎng)造成了不良影響。

4．照明系統(tǒng)也產(chǎn)生諧波。目前企業(yè)廣泛使用的熒光燈、節(jié)能燈、氣體放電燈等都屬于非線性負載，在節(jié)能的同時也給電網(wǎng)帶來了大量的諧波。

二、諧波造成的危害

在諧波源設(shè)備集中使用的配電區(qū)域，諧波污染相當嚴重，電源功效明顯下降。諧波對電力系統(tǒng)設(shè)備和負載的影響，基本分為兩方面：（1）熱應(yīng)力；（2）負載損壞。諧波會增加設(shè)備的損耗而加劇熱應(yīng)力。電壓畸變而導(dǎo)致電壓峰值增大，可能導(dǎo)致電纜絕緣擊穿或設(shè)備損壞。

1．所有接于電網(wǎng)中的設(shè)備的損耗都會增加，溫升增加。諧波對電機的影響除引起附加損耗，還會產(chǎn)生機械振動、噪聲和過電壓，導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)矩降低，過熱甚至燒毀。

2．由于諧波的頻率較高，諧波源的諧波電流流入變壓器時增加了變壓器的銅損耗和鐵損耗，導(dǎo)致變壓器容量減小，同時隨著諧波頻率的增高電流集膚效應(yīng)更加嚴重，鐵損耗也更大從而引起變壓器局部過熱，縮短使用壽命。

3．諧波能引起補償用電力電容器過熱、過壓，諧波電壓使電容器產(chǎn)生額外的功率損耗，并聯(lián)電容器其容抗隨著諧波頻率增大而減少，產(chǎn)生過電流，加速絕緣老化進程，增加絕緣擊穿故障。同時如果電容與電路的電感配合不當，容易在某個諧波頻率附近產(chǎn)生諧振，從而導(dǎo)致電網(wǎng)電壓進一步畸變。

4．諧波會影響互感器的計量精度。諧波源將其吸收的一部分電網(wǎng)電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹C波發(fā)送到電網(wǎng)中去，因此電能表會將諧波能量當作發(fā)電來進行計算，從而導(dǎo)致計量誤差，增加企業(yè)的額外費用。

5．精密電子設(shè)備會被嚴重干擾，導(dǎo)致不能正常工作，甚至燒毀。整流器在換相期間電流波形發(fā)生急劇變化，該換相電流會在正常供電電壓中注入一個脈沖電壓，該脈沖電壓所包含的諧波頻率較高，因而會引起電磁干擾，對通信線路、通信設(shè)備會產(chǎn)生很大的影響。

6．由于繼電保護機構(gòu)是根據(jù)工頻正弦波的變化規(guī)律作為動作激勵設(shè)計的，當波形畸變嚴重時各種保護裝置和自動控制裝置的動作都會受到影響，造成繼電保護裝置與自動控制裝置的誤動作或拒動作，影響企業(yè)的自動化生產(chǎn)。如果零序三次諧波電流過大，可能引起接地保護裝置誤動作。

三、諧波治理的措施

電力消費的趨勢是高效率用電與高質(zhì)量用電相接合。進行諧波治理，提高電力品質(zhì)是第一位的，其次是節(jié)能。諧波治理是個綜合治理過程，一方面應(yīng)從源頭抓起，加強設(shè)備的管理防止諧波的產(chǎn)生，更重要的一方面是提高認識，積極進行諧波治理，防止災(zāi)害產(chǎn)生。目前國內(nèi)一些企業(yè)已開始重視諧波的污染，取得了節(jié)能和提高電網(wǎng)品質(zhì)的雙重效果。

解決電力電子裝置和其它諧波源污染問題的基本思路有兩條：一是裝設(shè)諧波補償裝置，即采用LC組成的無源調(diào)諧濾波器；二是對電力電子裝置本身進行改造，改進整流裝置，采用多相脈沖整流使其盡量不產(chǎn)生諧波，由于其電流電壓同相位，稱高功率因數(shù)整流器或高功率因數(shù)變流器。因為諧波補償裝置既可補償諧波，又可提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，而且結(jié)構(gòu)簡單，因此一直廣泛使用。其缺點是只能補償固定頻率的諧波，其補償特性也受電網(wǎng)感抗的制約，補償效果也不理想，但仍是補償諧波的主要手段。

目前，諧波抑制的一個重要趨勢是采用有源電力濾波器。其基本原理是實時監(jiān)測電網(wǎng)中電流，快速分離出諧波電流分量，發(fā)出控制指令，實時產(chǎn)生大小相等方向相反的補償電流注入電網(wǎng)中，實現(xiàn)瞬時濾除諧波電流。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波電流進行跟蹤補償，其運行不受系統(tǒng)的影響，也不會產(chǎn)生諧波放大，同時可補償無功功率，提高功率因數(shù)是一種較先進的諧波抑制技術(shù)。但由于其造價較高，只適用于小容量諧波補償。

四、結(jié)束語

隨著企業(yè)的技術(shù)改造及設(shè)備升級換代，非線性電力設(shè)備愈加廣泛應(yīng)用，由此導(dǎo)致電力系統(tǒng)中諧波問題越來越嚴重，一方面造成了電力設(shè)備的損壞，加速絕緣老化，誘發(fā)火災(zāi)等安全事故，另一方面也影響了計算機、可編程控制器等自動化控制設(shè)備正常工作，直接擾亂了人們正常的生產(chǎn)、生活。本著誰污染，誰治理的原則企業(yè)應(yīng)加大投入，合理用電，抑制電網(wǎng)污染，使電網(wǎng)中其他用戶使用到清潔的電能，肩負起企業(yè)應(yīng)擔(dān)負的社會責(zé)任。

參考文獻：

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