配電網(wǎng)中的諧波及治理

摘要：隨著電子元器件被大量地在電氣設(shè)備上使用，產(chǎn)生的諧波對(duì)配電網(wǎng)路產(chǎn)生的危害日益加劇，對(duì)電網(wǎng)及用電設(shè)備帶來巨大的安全隱患，解決諧波問題能有效地降低能耗和延長(zhǎng)電氣設(shè)備的壽命。文章通過對(duì)諧波進(jìn)行分析和論述，依據(jù)其形成原理找到破解之法對(duì)諧波問題進(jìn)行治理。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；諧波問題；諧波源

中圖分類號(hào)：TM711 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）03-0129-02

近年來，我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，經(jīng)濟(jì)的快速崛起對(duì)電力的需求也日益增加，導(dǎo)致用電負(fù)荷的不斷加大，面對(duì)電力資源短缺的問題要加大新電廠的建設(shè)力度，同時(shí)對(duì)已有網(wǎng)路也要進(jìn)行優(yōu)化減少既有線路的電力損失，配電網(wǎng)路中的諧波就是導(dǎo)致電力損耗的一個(gè)重要因素，必須采取措施對(duì)其進(jìn)行有效防治，從而真正提高輸供電質(zhì)量。

1 諧波具有的特征及其測(cè)度

一個(gè)周期電氣量的正弦波分量被稱作為諧波，這種波的頻率為基波頻率的整數(shù)倍。在經(jīng)過理論分析后發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)的諧波主要是由非線性負(fù)荷引起的，非線性負(fù)荷所吸收的電流值與加載的端電壓值呈現(xiàn)非線性的特征。這種形式的負(fù)荷產(chǎn)生的電流為非正弦波，同時(shí)還會(huì)造成電壓出現(xiàn)波形畸變的現(xiàn)象。這種具有周期性的畸變波由傅立葉級(jí)數(shù)分解后會(huì)產(chǎn)生一些大量基頻的分量，這些分量就被命名為諧波。

非線性負(fù)荷在產(chǎn)生基頻整次諧波的同時(shí)還能夠有比基頻更低的次諧波，以及比基波高的非整數(shù)倍數(shù)的諧波。要對(duì)供電質(zhì)量進(jìn)行完善就必須對(duì)存在的諧波展開治理，在此之前，必須對(duì)諧波的類型有清楚的認(rèn)識(shí)，較為常見的諧波有準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)、波動(dòng)、快速變化和間諧波等4種類型。由于波在變化過程中其隨機(jī)性較大，想做到對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)的變化量值分析較為困難，在通常情況下是通過運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方式來對(duì)其實(shí)施測(cè)度的。

對(duì)某一區(qū)域或是全網(wǎng)的諧波進(jìn)行測(cè)度較單點(diǎn)的測(cè)度更為復(fù)雜和困難，主要是要能夠準(zhǔn)確定位出諧波源以及采用何種測(cè)度模型進(jìn)行測(cè)量。在定位諧波源時(shí)通常運(yùn)用功率方向技術(shù)與瞬時(shí)負(fù)荷參數(shù)分割技術(shù)。分析諧波的模型包括非線性時(shí)域仿真模型、線性與非線性頻率分析模型等3種。它們都是對(duì)配網(wǎng)電路進(jìn)行線性化修正，而在具體的修正模擬中采取了不同的技術(shù)手段。

2 配電網(wǎng)的諧波源分析

在整個(gè)配電網(wǎng)路中發(fā)、輸、配、用電各環(huán)節(jié)諧波都是存在的，但在入戶用電環(huán)節(jié)其諧波的產(chǎn)生最大。在發(fā)電環(huán)節(jié)，理論上三相繞組發(fā)電機(jī)應(yīng)當(dāng)是完全對(duì)稱布置的，發(fā)電機(jī)鐵芯同樣應(yīng)是均勻的，這樣在運(yùn)轉(zhuǎn)工作中不會(huì)產(chǎn)生諧波，然而由于生產(chǎn)工藝水平和技術(shù)手段等多方面的原因，這種完全的均勻?qū)ΨQ性無法實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致工作中仍然有一定量的諧波產(chǎn)生。

在整個(gè)輸變電線路中有眾多的變壓器設(shè)施，而這些變壓器的鐵芯部件飽和，由于磁化曲線存在非線性的特征，同時(shí)設(shè)備在額定工作環(huán)境下運(yùn)行使磁密在磁化曲線近飽和段以上，這些因素的綜合作用造成了磁化電流出現(xiàn)了尖頂形，其中含有眾多的奇次諧波，而隨著變壓器設(shè)施鐵心飽和度的升高，它的工作點(diǎn)線性的偏離也會(huì)越大，從而導(dǎo)致諧波電流大幅度上升，某些時(shí)候其偏離程度甚至能夠超過額定電流值的5%。

在用戶用電的環(huán)節(jié)產(chǎn)生的諧波是最多的，例如變頻設(shè)施、晶閘管整流器和家用電器等設(shè)備在使用中都會(huì)有諧波的產(chǎn)生。當(dāng)前晶閘管整流技術(shù)被廣泛用于充電設(shè)備以及電源開關(guān)等設(shè)備中，在使用過程中它們吸收電網(wǎng)半周的正弦波，這樣會(huì)有另外的半周正弦波留在電網(wǎng)上，而它的分解會(huì)導(dǎo)致大量的諧波產(chǎn)生。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示將近40%的諧波是由整流設(shè)備引起的，它是產(chǎn)生諧波的最大電氣設(shè)施。變頻技術(shù)現(xiàn)在也被大量用于家用電氣的生產(chǎn)中，常見的變頻形式主要有交一直一交變頻與交一交變頻，它們運(yùn)用的都是相位控制技術(shù)，這就會(huì)在進(jìn)行頻率變換時(shí)產(chǎn)生復(fù)雜的諧波，如整次、分次諧波等。

3 配電網(wǎng)中諧波的危害性

現(xiàn)實(shí)中諧波產(chǎn)生的危害較大，在配電系統(tǒng)中它會(huì)對(duì)線路上安裝的各種保護(hù)與測(cè)度設(shè)施產(chǎn)生干擾，在這些設(shè)備中一般都安裝有電磁式繼電器以及感應(yīng)繼電器等元器件，由于諧波的干擾作用極易引起設(shè)備的誤動(dòng)或者拒動(dòng)，很多情況下設(shè)備發(fā)生的不明原因的誤動(dòng)與拒動(dòng)都是由于諧波的干擾產(chǎn)生的，諧波的存在對(duì)配電系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性帶來了重大隱患。

諧波對(duì)變壓器的影響主要是對(duì)它的銅元件與鐵元件的耗損，由于諧波的存在會(huì)引起較大的噪音，從而對(duì)變電場(chǎng)所附近的環(huán)境造成污染，對(duì)工作人員也會(huì)產(chǎn)生不利影響。諧波在電力電容器元件中會(huì)引起端電壓值的上升，造成發(fā)熱量的增加，損耗增多且更容易老化影響其正常使用壽命。

異步電動(dòng)機(jī)的大量使用也會(huì)產(chǎn)生諧波，會(huì)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生較大的損耗。其中由于負(fù)序諧波引起的負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，造成電機(jī)會(huì)有制動(dòng)力矩的存在，使電機(jī)的部分功率白白損耗掉。而組成電路斷路器的電磁與熱磁元器件，也會(huì)因?yàn)橹C波的干擾產(chǎn)生誤動(dòng)或拒動(dòng)，對(duì)這個(gè)線路帶來安全隱患。諧波會(huì)對(duì)電能表的精確計(jì)量產(chǎn)生影響，電能表是測(cè)度用戶電能耗用的儀器繳費(fèi)的依據(jù)，諧波可導(dǎo)致其計(jì)量精度下降，甚至引起其計(jì)量的紊亂。

諧波還會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生危害，它能對(duì)人體細(xì)胞產(chǎn)生刺激作用，造成細(xì)胞的電位上下波動(dòng)或是產(chǎn)生可逆翻轉(zhuǎn)，一旦其波動(dòng)翻轉(zhuǎn)頻率與諧波的頻率一致時(shí)就會(huì)引起共振，危害人體的心臟和大腦等。

4 配電網(wǎng)諧波的治理措施

上文對(duì)諧波的危害進(jìn)行了分析，針對(duì)其存在的危害必須采取相應(yīng)的措施來加以應(yīng)對(duì)。

首先，需要加大對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的執(zhí)行力度，加強(qiáng)宣傳教育活動(dòng)，普及相關(guān)知識(shí)，讓人們明白治理諧波的重要意義，能夠做到節(jié)能增效，同時(shí)也是為了使電網(wǎng)系統(tǒng)能夠安全的運(yùn)行，保障電力資源的穩(wěn)定供應(yīng)。

其次，電力運(yùn)營(yíng)單位要實(shí)時(shí)地對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控分析，及時(shí)摸排諧波源的位置，掌握現(xiàn)場(chǎng)資料，通過對(duì)資料的分析弄清楚其產(chǎn)生的原因加以解決和規(guī)避，對(duì)經(jīng)常出現(xiàn)問題的區(qū)段要建立觀察站點(diǎn)，方便信息的收集。同時(shí)用戶與電力部門之間也應(yīng)建立起相互監(jiān)督的體制機(jī)制，用戶對(duì)電力部門提供的電力資源質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督，而電力部門也對(duì)用戶的電氣設(shè)備進(jìn)行諧波測(cè)度和評(píng)價(jià)，在雙方共同努力下減少諧波污染的發(fā)生。

第三，要對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生和傳播中的諧波進(jìn)行隔離與削弱，例如可以在網(wǎng)路中裝配相應(yīng)的濾波器件，從而減少配電網(wǎng)上的諧波，在電氣設(shè)施的設(shè)計(jì)制造上要加大技術(shù)投入，在進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)就對(duì)諧波進(jìn)行規(guī)避和減弱，控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)保障安全。

最后，在諧波的治理工作中，需要各方的通力配合和資金的落實(shí)，只有在政府、電力企業(yè)和用戶的共同努力下才能取得諧波治理的勝利，使線路及人體的安全得到保障。

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作者簡(jiǎn)介：王竹南，男，阜新礦業(yè)集團(tuán)瓦斯綜合利用公司副經(jīng)理，高級(jí)工程師，研究方向：瓦斯發(fā)電

技術(shù)。