簡談電源諧波產生的危害與治理

方力恒

（天津鐵路信號有限責任公司,天津 300300）

為了保證鐵路運輸的安全、經濟運行以及用電設備及用戶人身的安全，必須對諧波造成的危害和影響加以限制。原水電部于1984年頒布《電力系統諧波管理暫行規定》（SD126-1984）;國家技術監督局于1993年頒布《電能質量公用電網諧波》（GB/T14549-1993）,體現國家與電力部門對諧波造成的危害和影響十分重視。因此諧波也是衡量電能質量的重要指標之一。

1 諧波的產生

在理想的供電系統中，在只含有線性元件（電阻、電感、電容）的簡單電路里，電流和電壓都是正弦。而在實際的供電系統中由于有非線性負荷存在，當電流流過與所加電壓不呈線性關系的負荷時就形成非正弦電流，從而產生諧波。由于系統中諧波阻抗的存在，這些高次諧波中電流也會引起電源電壓波形畸變。

諧波的產生主要來自3個方面：1）發電源質量不高；2）輸配電系統；3）用電設備。

鐵路沿線站段用電，大部分由大的電廠供電，發電源多少會產生一些諧波，但一般來說很少。而由小水利發電的發電源質量較差，容易產生諧波。輸配電系統中主要是變壓器產生諧波，由于變壓器鐵芯的飽和、磁化曲線的非線性，加上設計變壓器時考慮經濟性，其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而產生奇次諧波。用電設備中產生的諧波最多，尤其是非線性負荷。

2 諧波的危害

電源電壓波形奇變造成電源諧波污染，使發電源質量下降，輸配電系統中的設備出現許多異常現象和故障，內容如下。

1）晶體管式集成電路裝置的動作量非常小、動作時間非常短，因此它的啟動數據容易受到諧波影響，而出現異?，F象和故障。

2）利用信號過零取樣的控制系統及數據過零點的數字式繼電器式或微機保護都會受到諧波的影響和干擾。

3）對微機保護裝置關鍵處理模塊的正常工作產生干擾，從而引起保護裝置誤動作或拒動作。

4）對數字型差動保護裝置由于電流波形畸變而出現誤動作的可能。

5）對交流電動機，由于諧波電流通過使諧波附加損耗增加，引起電動機過熱、機械振動和噪聲增大，以至造成損壞。

6）諧振和諧波放大。

7）諧波電壓對信號電源的影響。

由于電源被諧波污染后，電源輸出三相電壓忽高、忽低，使系統無法穩定工作。

3 諧波引發的問題及治理

有幾種常見多發問題是由諧波引起的，如電壓畸變、過零噪聲、中性線過熱、變壓器過熱、斷路器的誤動作等。諧波電流在電源系統內及保護裝置內均會造成故障問題，但其影響和解決措施方法不一樣，需要分別處理。

1）采用無源諧波濾波器：由電感、電容、電阻構成的諧波治理和無償補償。如圖1所示。

它一般由若干個無源慮波器并聯而成。在某一個頻帶內呈現低阻抗，吸收相應的諧波電流，從而使電網中諧波電流減少，達到抑制諧波的目的。同時無源濾波器還能補償一定數量的無功。其優點是簡單、方便。缺點是只能抑制固定的幾次諧波，并對某次諧波在一定條件下會產生諧振而使諧波放大、體積重量較大。

2）采用隔離變壓器：可以用一臺DYN接法的隔離變壓器來消弱諧波的影響。隔離變壓器要適當提高額定值；否則，也會產生電壓畸變和過熱。

3）采用串聯電抗器: 串聯電抗器是根據檢測出的諧波，恰當選擇串聯電抗器的百分電抗值，經過分析計算，由主要存在的諧波次數來選擇電抗器的百分電抗值，如表1所示。

表1 串聯電抗器選擇情況

實測情況，電源電容引起的諧波電流以5次和7次為主，因此可選用6%～13%電抗值?。?/p>

4）采用有源諧波濾波器：目前有源濾波器被廣泛應用，它在工作時主動地注入一個電流來精確地補償由負荷產生的諧波電流，就會獲得一個正弦波。這種濾波設備的工作是靠數字信號處理（DSP）技術來控制，并與供電系統并聯工作，它只控制諧波電流，基波電流并不流過該濾波器。

5）加強非線性用電設備接入電源的管理工作：審定諧波源接入電源，是為了檢查諧波源注入電源的諧波電流及其在系統中產生的諧波電壓是否符合限制諧波標準的規定。如果不符合標準規定，應采取必要措施加以制止。

4 加強諧波管理工作

1）諧波情況的普查：測量電源中的諧波電壓、電流和諧波潮流方向，以查明諧波源，為采取措施提供依據。

2）諧波的監測點設置：在電源中諧波或其他諧波畸變嚴重的鏈接點上設置諧波警報或諧波電流、電壓表，監視該點的諧波變化以便采取措施。

3）加強新的諧波源負荷接入電源時的檢測，不符合要求的負荷不允許接入電源。

4）加強諧波事故分析：特別要注意諧振和放大造成的事故，采取措施予以消除，并記錄在案以備后查。

5 結束語

本文介紹了諧波的產生、危害以及采取的治理方法及管理辦法。提醒大家對諧波所造成的事故危害性高度重視，避免事故的發生。

隨著經濟的發展及高新技術產品對高質量電能的要求，建設綠色電源將會提到更重要的日程，抑制諧波污染已成為人們為之共同努力的方向。

[1] 程浩忠，艾芊，朱子述.等.電能質量[M].北京：清華大學出版社，2006.