配網諧波的危害及抑制方法

黎浩鈞

（東莞供電局 松山湖供電分局，廣東 東莞523000）

0 前言

在人們的日常生活和生產中，電力半導體設備的廣泛應用促進了科技生產力的快速發展，非線性電氣設備和電力原件的數量也與日俱增。一些電力設備在日常的工作中，會產生一些諧波，這些諧波容易對電力設備和整個電網帶來嚴重的危害，甚至會危害電力設備的用電安全。 如何將這些諧波抑制和消除是保證供電安全的重要舉措，關于配網諧波的研究和治理已經得到了人們的高度重視。

1 諧波相關簡介

1.1 諧波及其產生

在電力系統的正常運行中， 電壓和電流是兩個比較關鍵的元素，二者的波形通常呈現正弦波圖像，但是在實際的應用中，電流和電壓的波形會隨著外界條件產生一定的變化，出現非正弦畸變。 如果一個電力系統的電壓和電流波形出現了非正弦畸變現象，說明在電力系統中存在頻率高于50Hz 的電壓或者是電流成分，這些不屬于正常范圍內的電壓或者電流成為就稱為諧波。

配網中，諧波的產生一般分為兩種情況，一種是由電源本身造成的諧波，另一種是有非線性負載所導致的諧波。 電源本身造成諧波的原因主要是因為發電機受制技術的限制而造成的電樞表面的磁感應強度分布偏離正常值，因此會產生感應電動勢和感應電流，影響著電流和電壓的正常波形。 在電力系統中，多數的諧波是由非線性負載導致的，在整個電力系統中，輸電和配電的環節中，線路上有大量的變壓器、開關、整流器、逆變器等等，這些元器件都容易產生諧波污染[1]。

1.2 諧波的相關特征

配網中，諧波污染嚴重影響著用電的安全性和可靠性，總結起來，諧波主要有三個重要特征。第一，諧波的產生不易覺察，尤其是在短時間內對電氣設備的危害比較小；第二，諧波一旦產生，在電力系統中的存在時間非常長，并且影響的面積也很大，如不抑制長期下來對電力系統會有嚴重的影響；第三，在一定的條件下，諧波能夠引起諧振現象，相比諧波而言，諧振對電氣設備的危害更大。

2 配網諧波的危害

2.1 對變壓器的危害

在配網中，諧波的產生會對一些元器件造成一定的危害。 變壓器是由許多線圈纏繞構成的，諧波的產生會使得這些線圈在通電的過程中產生大量的熱和趨膚效應，大量的熱和趨膚效應會對變壓器造成一定的危害。 諧波的產生容易導致變壓器的絕緣材料壽命收到影響，并且隨著諧波頻率的增加，變壓器中產生的趨膚效應愈發嚴重，因此會產生更多的熱量，使得變壓器的銅耗和鐵耗增加。 諧波的產生使得變壓器的工作溫度較高，容易導致變壓器外殼、外層硅鋼片等部件的發熱現象，容易燒壞變壓器的其他部件。除此之外，諧波的產生還會加大變壓器的噪聲[2]。

2.2 對電動機的危害

電動機在使用的過程中會自動產生熱量，而諧波的產生會使得電動機產生額外的熱量和附加損耗。電動機繞組上的導線電阻值不是一成不變的，而是根據通過導線電流的變化而變化的，如果有效值相同，電路中諧波電流會產生大量的熱量，這些熱量不僅會影響電動機的使用壽命， 電動機在工作的過程中還會產生強烈的機械振動和噪聲，影響其功能。

2.3 對電纜線路的危害

配網中會有大量的電纜線路進行電力能源的輸送，諧波的產生對電纜線路也有一定的危害。 首先，配網中的諧波對著頻率的增大會產生更多的熱量和趨膚效應，這樣一來，電纜線路中的電阻明顯增大，使得電纜線路中電流的傳輸效率降低，因此，諧波的產生會導致電纜線路的發熱現象和損耗增加問題。 其次，配網中諧波的產生會導致中性線電流增加。 通常來說，配網中使用的為三相電，如果是正常情況下，通過中性線路的電流矢量和為零，但是一旦出現了諧波，且諧波頻率為基頻3N 倍時，中性線中的諧波電流為單相線電流的三倍，容易引發火災等嚴重問題。

2.4 對繼電器的危害

配網供電中，繼電器發揮著重要的作用，是保護供電系統的安全裝置，而諧波的產生對這類保護裝置也有一定的危害。一般情況下，繼電器等自動保護裝置是按照負序基波制造的，繼電器的靈敏度非常高且整定值很小，能夠有效地保護配網的用電安全。 如果在配網中出現了諧波，諧波和負序基波會產生疊加現象，導致繼電器不能正常的發揮作用，引起一些誤動作或者是拒動作，難以保障配網的安全運行。

2.5 其他危害

在配網中，諧波對于通信系統、電容器、用電設備等都有著一定的危害。諧波的產生容易干擾通信系統的信號，降低通話的清晰度，如果諧波影響嚴重還會使得通信信號中斷等，嚴重影響通信系統的正常工作。 如果配網中的諧波引起諧振現象，會導致電容器中的電流急劇增大，容易導致電容器燒毀問題。除此之外，配網中的諧波對于用電設備也有危害性，影響設備的正常工作。

3 配網諧波的抑制方法

3.1 電源的供電能力應該適當提高

抑制配網中的諧波， 首先應當提高電源的供電能力。 配網中，測量、控制裝置等都是耗電比較大的裝置，應當給予較大的貯備量。在供電設備中，有些設備受到諧波的干擾作用較大，或者設備本身會產生較大的干擾，因此應當采用不同相線供電。在配網中，各個裝置的負荷變動不同，因此互相間產生的干擾不同，只有將供電電源分開，才能將各個裝置之間的干擾相互隔離，減少通過電源線的干擾，這就要求電源的供電能力足夠大。

3.2 采用濾波器

在配網中，如果諧波的污染現象比較嚴重，可采取濾波器裝置對諧波進行抑制，濾波器的安裝位置一般是在配電網中變壓器低壓母線處。常用于抑制諧波的濾波器有三種：有源濾波器、無源濾波器和混合濾波器。有源濾波器的工作機理是通過濾波器產生的諧振來消除配網中的諧波電流，但是這種濾波器的限制較多，只能消除固定的諧波電流，如果處理不當，非常容易產生系統諧振，因此使用較少。 無源濾波器是一種可控的裝置，主要元器件是半導體，通過控制半導體的功率來消除配網中的諧波電流，是一種常用的諧波抑制技術。 混合濾波器是一種混合的裝置，在配網中也有良好地應用[3]。

3.3 對供電結構進行合理的設計與安排

配網中的各個負載都是容易產生諧波的源頭，因此在進行配網設計時，應當對供電結構進行合理設計與安排，掌握配網的諧波源。在進行電氣設備的合理安排時，應當盡可能地將產生諧波的電氣設備連接于同一條母線中，這樣一來，這些設備產生的諧波可以部分抵消，能夠降低配網中的諧波總量， 將不產生諧波的設備連接在同一條母線上，使得設備收到諧波污染的幾率大大降低。

4 結語

隨著科技的進步，在各個行業中越來越追尋高效與可持續發展的目標，在電力消費中也是如此，逐漸向著高效與高質量的用電目標發展。 在電力應用中，配網中的諧波污染對于電力系統和用電設備來說都有著嚴重的危害， 不合符率和用電的要求，因此，必須采取相關措施加以抑制。諧波的治理工作是一個重要的工作，要從源頭抓起，提高對諧波污染的認識，加強配網中各個電氣設備的管理，防止諧波的產生，從最大程度上組織災害的發生。

［1］蘇志斌.配網諧波的危害及抑制方法探討[J].電子制作,2013,19:209+184.

［2］寧雪偉.電力系統諧波的危害及抑制方法[J].科技信息,2010,23:375+407.

［3］張文嘉,蘇成悅,王劉拴,劉金濤.電力系統中諧波的危害及抑制[J].科技創新導報,2012,29:126-127.