淺談配電網諧波的危害及其治理措施

摘 要：諧波對于電網的危害性已成為行業共識，如何治理諧波是擺在供電企業面前一個亟待解決的重要課題。文章作者首先對諧波危害作了介紹，隨后結合自身工作實踐對諧波的治理措施作了簡要探討。

關鍵詞：電網諧波；危害；治理措施

引言

配電網諧波產生的原因是當電流經過負載時，電流與所加的電壓不是線性關系，而是形成非正弦電流。諧波頻率是基波頻率的整倍數，任何重復的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數的諧波的正弦波分量。電網諧波會造成電壓、電流波形的畸變，形成線路異常故障、異常現象，對電網構成危害，如何有效治理諧波，是供電企業當前亟待解決的一個重要課題。

電網諧波來源有兩種，第一種是電源，即發電機設備、變壓器等。隨著可控硅等電子勵磁裝置的出現，發電機的諧波分量增大了。發電機的端電壓超過額定電壓10%以上時，由于電機的磁飽和，電壓的3次諧波明顯增加。變壓器的電源側電壓超過額定電壓10%以上時，也會造成二次側電壓的3次諧波明顯增加。第二種是用戶，也就是非線性用電設備。包括：電弧爐和電焊機等類型的電弧加熱設備；電解電鍍等類型的整流直流設備；變頻空調、變頻設備等交流整流再逆變備；開關電源設備等。

1 電網諧波的主要危害

第一，諧波對于配電網絡系統構成危害。在配電網絡系統中對常規配電設備進行保護以及測量通常采用的是電磁式繼電器以及感應繼電氣元件，而諧波會在一定程度上引發這些元件的誤動或是拒動；在實際的電網系統運行中，這些元件都是為了有效保障配電網絡的穩定，因此無論是誤動還是拒動現象的出現都會在一定程度上影響配電網絡的運行安全。第二，諧波對電力網絡設備造成危害。在電網運行中，諧波的出現會對電力設備造成不同程度的影響和危害。例如諧波能夠使電力變壓器在一定程度上形成銅損或鐵損，影響電網變壓器正常穩定工作。諧波對于電力電容器也具有較大影響，表現在諧波可加大電容器的損耗，加速其老化從而影響其正常使用。諧波也會使得計量裝置產生誤差，而電能表是用戶電力計量的主要工具，是用戶電費計量的憑證，諧波嚴重的話甚至會造成計量混亂；第三，諧波會通過靜電感應、電磁感應以及傳導等多種方式耦合入通訊系統，影響通信的正常運行。第四，諧波給人體健康帶來危害。諧波的出現一般會伴隨噪音，長期的噪音會形成噪聲污染，同時也極大的干擾人們的工作和生活。此外，諧波會給人體的細胞帶來刺激，造成正常細胞的翻轉，當人體細胞的翻轉頻率與諧波接近相同，就對人體的大腦與心臟的健康帶來更多危害。第五，諧波會干擾計算機、儀表等一些自動化設備的正常運轉，容易形成誤動，降低測量精度。第六，諧波能在一定程度上影響通信信號質量，干擾信號正常傳遞，極端狀況下甚至會損壞設備。在一些特殊情形下，供電電壓波動和閃變會導致電網三相電壓的不平衡，影響電氣設備的正常使用，甚至危及電網安全。

2 配電網諧波治理措施

2.1 定期進行諧波檢測

電網公司要定期組織專業人員對所轄電路諧波狀況進行系統性的調查，在科學研究的基礎上確定諧波產生的位置及原因。對于配電網諧波不穩定且變化較大的位置，應長期進行觀察，對諧波數據進行長期研究。技術上講，要減小非線性用電設備與電源間的電氣距離，通過降低系統阻抗來提高供電電壓等級。非線性用電設備產生的諧波，對本級電網會構成直接的影響，經過變壓器傳變后還會給上級電網帶來影響。如何進行諧波隔離，把這些非線性用電設備產生的諧波對電網的影響降到最低，也是諧波治理的基本思路。

2.2 加強新建、擴建諧波用戶的管理

在受理用戶的報裝資料時，業擴人員必須嚴格把關，對于用戶填寫的設備清單、營業執照名稱、經營范圍等要嚴格核對，判斷其是否屬于化工冶金、金屬機械、電解、造紙、塑料加工等存在諧波污染行業用戶。如果用戶存在諧波污染，對于其用電申請必須做好嚴格的諧波治理措施，在諧波源投入運行后，還要進行復測，只有在復測合格后才能供電。用戶如果確定會產生諧波，為防止用戶生產時不做消諧裝置的投入，就必須要求在消諧設備總開關和產生諧波的設備間設置聯鎖裝置，確保諧波源設備和濾波裝置同時使用。

2.3 降低電流波形

在配電網諧波的綜合治理中，雖然濾波電路可以有效的抑制電流的干擾。但是對于解決電流波形出現畸變現象仍然存在一定的技術漏洞。在配電網諧波治理中必須通過有效的措施降低電流波形，避免畸變的形成，科學的減少電流諧波含量。

2.4 對于電容器進行改造

當配電網頻率增加時，電容性電抗有隨之減少的特性。電容器對供電電壓的諧波分量特別敏感，即相對較小比例的諧波電壓可以引起很大的電流流入電容回路。如果電容器組或電力系統所連接的電抗的自然頻率接近與一個特定的諧波，就會發生局部諧振，因此，在配電網中電流增高時，可以使用有源電力濾波器、混和濾波器、并聯諧波濾波器、諧波抑制電抗器。

2.5 安裝濾波器

對于配電側和用戶側諧波治理的方法，一般是通過安裝濾波器來減少諧波分量。濾波器分為有源濾波器和無源濾波器兩大類。

有源濾波器的基本工作原理是把電源側的電流波型與正弦波相比較，差額部分由有源濾波器進行補償，這是諧波治理的發展方向。現階段由于功率電子元件容量做不大、電壓做不高，而且成本很高，大規模推廣應用難度較大。有源諧波補償是目前消除交流電源側諧波，改善波形畸變的新型補償方法，有源諧波補償可改善波形畸變，只要一套有源濾波補償裝置即可，無需多個諧波濾波器，能隨機補償，尤其對于非特性諧波能起到更好的補償效果。

無源濾波器是通過L、C串聯或并聯，使其在某次諧波產生諧振，當發生串聯諧振時，使濾波器兩端該次諧波的電壓很小，幾乎接近于零，這類濾波器往往接在變壓器的二次側出口處，從而使變壓器的一次側該次諧波的分量也很小，達到對該次諧波治理的目的。無源濾波裝置技術較為成熟，成本不高，可以進行無功補償，其利用電感、電容等元件的諧振特性，在阻抗分流網路中形成低阻抗支路，從而減小流向電網的諧波電流。當前已成為配電網最為有效的諧波治理措施之一。應用實踐中，為防止濾波特性改變，要注意對濾波補償負載參數的控制。

2.6 加裝靜止無功補償裝置

對于電弧爐、電力機車、卷揚機等變化較為快速的諧波源，除了會產生諧波，一般還會引發供電電壓的閃變及波動，某些情形下還會形成電力電壓三相不平衡狀況，這些都會對公用電網的電能質量構成影響。在諧波源處并聯裝設靜止無功補償裝置是解決該問題的主要措施。靜補裝置的基本結構是由快速可變的電抗或電容元件組合而成（兩者都可變或一個元件可變）。除了綜合改善電能質量這一直接效果外，靜補裝置在電網中已成為控制無功、電壓，限制系統過壓，改善供電穩定性，增加系統阻尼的重要技術措施。對于諧波源用戶而言，靜補裝置還能給他們帶來諸多的技術經濟效益。例如，煉鋼電弧爐采用靜補后可以降低損耗、縮減熔煉時間、提高功率因數、節能降耗、提高產量、延長爐襯使用壽命等。

參考文獻

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作者簡介：李建民（1979，11-），男，漢族，就職于國網晉城供電公司計量室，助理工程師。