電網諧波的危害及治理方法

高雷 上海煙草（集團）公司天津卷煙 300163

電網諧波的危害及治理方法

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隨著非線性電力設備的廣泛應用，電力系統中諧波問題越來越嚴重，本文介紹了電網諧波產生的原因、危害和治理思路。

電網；諧波；危害；治理

一、前言

隨著科學技術的發展，各種電氣設備的普及，各行各業和人民生活對供電質量及供電可靠性的要求也越來越多，因為受諧波電流污染的公用電源，輕者干擾設備正常運行，影響人們的正常生活，重者致使工業上的大型生產線、系統運行癱瘓，會造成嚴重經濟損失，因此電網諧波的問題是供電系統必須考慮的關鍵問題之一 。下面對電網諧波的產生、危害和治理方法給予介紹。

二、電網諧波的產生與危害

電網諧波的產生一方面是由于發電機制造工藝很難保證電樞表面的磁感應強度為標準的正弦波分布，輸出電流會稍偏離正弦電流，這樣電源本身就產生諧波，另一方面是非線性負載造成的，因為電流流經非線性負載時，負載上電流為非正弦電波，即產生了諧波。比如：開關電源、UPS電源的高次諧波、變頻調速過程中整流、逆變產生高次諧波，變壓器空載合閘涌流產生諧波、電壓互感器鐵磁諧振過電壓以及熒光燈系統等等。

電網諧波的危害一方面污染公共電網，造成向公用電網的中性線注入更多電流，造成超載、發熱，影響電力正常輸送。另一方面使接入該電網的用電設備壽命縮短、接地保護功能失常、遙控功能失常等無法正常工作，甚至會造成故障或損壞。比如：諧波電流，特別是3次及其倍數諧波侵入三角形連接的變壓器，會在其繞組中形成環流，使繞組發熱，對Y形連接中性線接地系統中，侵入變壓器的中性線的3次諧波電流會使中性線發熱；在諧波的長期作用下，金屬化膜電容器會加速老化；高次諧波電流會使輸電線路功耗增加及造成絕緣擊穿；增加旋轉電機的損耗；影響或干擾測量儀表、通訊系統、控制系統的工作。 試想如果飛機場、醫院或者大型現代化生產工廠，一旦用電設備因諧波干擾無法正常工作，將會產生何等嚴重的后果。

三、電網諧波的治理方法

電網諧波治理是個綜合治理過程，總的原則為抑制諧波產生源，切斷或衰減諧波的傳播途徑，提高裝置和系統的抗干擾能力。一方面設計整機電源時需留有較大貯備量，以滿足測量、控制裝置負載的較大變化范圍，采用性能優良的電源，抑制電網引入的諧波干擾；另一方面要加強設備的管理防止諧波的產生：

1、對干擾大的設備與測控裝置采用不同相線供電：因為測量、控制裝置的許多干擾是由電源線竄入的。

2、采用電源濾波及屏蔽：在非線性用電設備輸入端加裝電源濾波器，可以阻止電網中的干擾進入開關電源、變頻器等用電設備，也可以阻止開關電源、變頻器等用電設備產生的諧波干擾進入電網；屏蔽技術可以有效地防止電網向外輻射干擾，信號線中間有接頭時，屏蔽層應牢固連接并進行絕緣處理，一定要避免多點接地；多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏電纜連接時，各屏蔽層應相互連接好，并經絕緣處理。

3、抑制電壓互感器鐵磁諧振：采用中性點不接地的電壓互感器或采用電容分壓器可以從根本上避免鐵磁諧振。

4、抑止變壓器空載合閘涌流：

根據方程Φ1＝－Φmcos（ω t＋α）＝Φmsinωt，如果合閘時，α＝90（即U1＝U1m便合閘），則：

Φ1＝－Φmcos（ωt＋α）＝Φmsinω t沒有暫態分量，合閘后磁通立即進入穩定狀態，理論上可以避免沖擊涌流過程。

5、 在合適地段加入電容補償裝置，補償無功波動。

6、正確選擇接地點，完善接地系統：系統接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統是系統抗電磁干擾的重要措施之一。

四、結束語

隨著非線性電力設備的廣泛應用，電力系統中諧波問題越來越嚴重，對于一個現代化卷煙生產工廠更為突出，變頻器、電抗器、變壓器、開關電源、伺服驅動等大量的非線性負載，如果處理不好，將會產生很強的諧波，一方面造成了電力設備的損壞，加速絕緣老化，另一方面也影響了計算機、檢測系統、通訊系統、控制系統等電子設備正常工作，直接影響生產。

[1]電網設計建設新技術與標準規范手冊.電力科技出版社

[2]王兆安等. 機械工業出版社.諧波抑制和無功功率補償

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.14.003

高雷1973年出生 大學本科 工程師 就職于天津卷煙廠從事設備能源管理工作。