弱電系統諧波產生機理及抑制探究

摘 要：針對目前弱電系統諧波危害嚴重的現狀，筆者首先分析了弱電系統的特點及組成，其次分析了弱電系統中不同電力設備產生諧波機理及造成的危害，最后提出了抑制方案。

關鍵詞：弱電系統；諧波；抑制

中圖分類號：TM935 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 16-0000-01

隨著經濟的發展和綜合國力的提升，人們對生活質量的要求越來越高。電能作為生活中不可或缺的重要能源，其可靠性和高質量日益得到人們的重視。然而，近些年來，由于受到各種因素的影響，給整個電網造成了嚴重污染，尤其是電力諧波污染。電力系統的構成主要包括兩部分：強電系統和弱點系統，文中主要對弱電系統諧波進行探討。

一、弱電系統特點及組成

（一）弱電系統特點。目前通常將電力系統分為兩部分：強電部分和弱電部分。這兩部分既有密切聯系也存在區別，強電系統的主要作用是對電能進行傳輸，弱電系統的主要作用是處理信息，對信息進行傳輸和控制，主要特點是整個系統電壓低、電流小、頻率高等。

（二）弱電系統組成。弱電系統通常是指由弱點線路與相關電力設備組成的具有某種特定功能的系統的總稱。其主要組成結構如下圖1所示：

圖1 弱電系統組成結構圖

二、弱電系統諧波產生機理

弱電系統來源主要包括以下幾方面電力設備：（1）電力變壓器產生諧波。電力變壓器在電力系統中起著非常重要的作用，然而由于工作時鐵芯出現飽和及磁化曲線的非線性，使得系統的磁化電流呈現尖頂波形，因此使得電流中出現幾次諧波，若鐵芯飽和程度越大，諧波電流越多。（2）晶閘管整流設備產生諧波。晶閘管在弱電系統中應用十分廣泛，例如：充電裝置、開關電源等，該裝置工作是采用移相控制，這就造成電流吸收了部分正弦波，而留下了另外缺角的正弦波，在這剩余的正弦波中，含有大量諧波。據相關統計數據可知，若整流裝置為單相整流電路，接感性負載，則產生3次諧波含量能夠達到30%；若接容性負載，產生諧波隨著電容的增加而增加。（3）變頻裝置產生的諧波。變頻裝置在弱電系統中具有十分廣泛的應用，例如：電梯、風機等，變頻裝置在工作過程中，進行了相位控制，因此產生諧波的成分十分復雜，既有整數次諧波，也有分數次諧波，隨著進一步發展，變頻裝置對電網產生的污染日益嚴重。（4）電子控制照明裝置產生的諧波。在弱電系統中，部分照明裝置，例如：調光、電子熒光燈鎮流器等在工作過程中都會產生諧波。

三、諧波對電力系統造成的危害

根據弱電系統特點可知，弱電系統通常都是對小信號進行處理，若弱電系統中存在諧波，就會被放大。此時如果諧波頻率和信號頻率相近，就會對有用信號造成干擾，也會對線路和設備造成危害，主要表現在以下幾個方面：（1）對弱電系統線路造成危害。若弱電系統線路中存在諧波，會對整個系統的正常穩定運行造成影響，造成部分電力保護設備誤動作或拒動作，嚴重影響了系統穩定性。（2）對電網質量造成影響。若弱電系統中存在諧波，諧波會造成電力系統中電壓和電流的波形出現畸變，導致電網電壓降低，影響供電質量同時也浪費電網容量。（3）對電力設備造成危害。如果弱電系統存在諧波，會對電力設備造成危害：第一，對電力電容器的危害。若電網存在諧波，會導致電容器電壓升高，增加電損耗，造成電容器過熱，加速設備老化。若諧波嚴重，還可能造成電容器擊穿或者爆炸；第二，對電力電纜的危害。若電網中諧波次數、頻率上升，就會造成電纜的趨膚效應越來越明顯，從而使得導體的電阻增加，電流減小；第三，對電力變壓器的危害。諧波會導致變壓器在運行過程中的銅耗增加、噪聲增大，甚至發出金屬聲。（4）弱電系統諧波治理措施。對于弱電系統中存在的諧波，要進行有效治理，可按照以下步驟進行：第一步，首先確定弱電系統中的諧波源，若不考慮成本，可以不用查找，只需從整體進行治理；第二步，確定弱電系統中的諧波狀況，例如：那個頻段諧波含量高，含量的具體數量，這些詳細數據可以通過相關儀器獲得，例如：電源質量分析儀、諧波分析儀等；第三步，根據上述得到數據，選擇合適的諧波治理措施進行抑制。目前，常用的抑制諧波措施包括如下：（1）加強對諧波的管理。為了防止諧波進入電網系統，要將諧波電壓控制在一定范圍內，一旦超過相應限值，必須采取措施進行抑制；（2）若檢測諧波電壓超過固定限值，可在線路中增加濾波裝置，目前常用的濾波裝置包括兩類：有源濾波裝置和無源濾波裝置，為了盡可能、最高效的抑制諧波，在諧波源附近安裝濾波裝置，從而降低諧波電壓。有源濾波器與無源濾波器相比，具有以下幾方面優點：不受阻抗影響；沒有共振現象，系統結構對無功補償不會造成多大影響；比無源濾波器更為優越的一點在于通過一臺裝置就能實現對諧波的有效抑制；就算高次諧波頻率有所變化，也能進行精確補償；濾波性型號選擇與電源系統的具體條件幾乎沒有任何影響等。因此，有源濾波裝置的應用逐步替代了無源濾波裝置。

四、結束語

諧波被認為是目前電力系統的三大公害之一，不僅造成供電質量低下，還會對弱電系統中的設備、電纜、線路等造成極大的危害。如何能夠有效抑制諧波，是目前電力系統亟待解決的主要問題。本文主要對弱電系統諧波產生、危害及抑制措施進行探討，希望能對同仁起到一定的幫助作用。

參考文獻：

[1]李明.諧波產生的原因?危害和抑制的措施[J].甘肅電力技術，2009（04）：12-13.

[2]曲學基.電力電子整流技術及應用[M].北京：電子工業出版社，2010（04）.

[作者簡介]張鵬（1985.04-），男，山西晉城人，現在晉煤集團總醫院工作，科員，初級經濟師，本科，研究方向：電力系統及其自動化。