淺談電網諧波的危害及治理

吳昊

摘 要：近年來，在各個領域中非線性設備都得以廣泛的應用，這就導致大量的高次諧波被注入到電網中，從而導致電網電壓正弦波形出現畸變，影響電能的質量，對電網中保護裝置和自動化裝置的正常運行帶來較大的影響，不利于電網運行的安全性。由于諧波所帶來的危害較大，所以需要加強對諧波進行治理，以便于能夠有效的對供貨電品質進行改善。文章從諧波的來源入手，對諧波對電網的危害進行了分析，并進一步對諧波具體治理措施進行了具體的闡述。

關鍵詞：電網；諧波；來源；危害；治理措施

前言

諧振波干擾已成為當前電力系統中對電能質量造成影響的重大問題，其所帶來的危害較大，但對于諧波可以通過采取必要的措施來進行抑制，這是一項綜合性的治理過程中，通過對諧波進行治理，可以有效的實現對供貨電品質進行改善，強化對諧波治理的各項規范措施，特別是當前農村電網中，需要對諧波治理給予充分的重視，認識到諧波治理對于節能降損及確保電網安全、穩定運行的重要性。

1 諧波的來源

1.1 來自非線性負荷

隨著當前電子技術的快速發展，大量的非線性負載被加入到供電系統中，而且在家用電器、工業交變及直接變換裝置中非線性設備都有廣泛的應用，而這些非線性設備即是諧波的主要來源。

1.2 來自系統的影響

（1）在電力系統中，由于交流發電機內部的定子和轉子之間存在一定的氣隙，而且在鐵心齒、槽及工藝等諸多因素的影響，氣隙分布不均勻，從而導致三相電勢中會有一定數量的奇次諧波產生；（2）電網中有大量的變壓器，當變壓器處于空載或是過勵磁時，則會產生奇次諧波，而且還會形成較為穩定的諧波源；（3）在變壓器或是電容器投切過程中，由于會存在空載的情況，這種情況下會有合閘涌流注入到電網中，從而導致突發性諧波源產生。

2 諧波對電網的危害

當電網中產生的諧波數量達到一定程度時，則這些諧波則會影響到電網運行的安全性，會對電網中的電氣設備帶來較大的危害，由于諧波而對電網產生的危害主要有以下幾個方面：

2.1 諧波對電網運行的危害

（1） 當諧波達到一定程度時，會有電壓諧振產生，從而在線路產生諧振過電壓使線路及設備的絕緣被擊穿，從而導致短路故障產生；（2）在電力系統中存在諧波時，會導致繼電保護和自動裝置產生誤動作，從而對系統運行的正常性和安全性帶來較大的影響；（3）在電力系統中諧波數量較大時，則會導致系統中多數的監視和測量儀表產生誤差；（4）諧波還會對電網中通訊系統帶來較大的影響，使通信清晰度降低，而且由于諧振的存在，還會對通訊系統帶來嚴重的干擾；（5）當諧波注入到電力系統中時，不僅會對功率因數補償效果造成較大的影響，嚴重時還會導致計算機系統出現失控的狀態。

2.2 諧波對電網電氣設備的危害

現階段電網中的電氣設備基本都實現了自動化和智能化的運行方式，所以在電氣設備運行的過程中需要通信網絡的信號傳輸，在信號傳輸的過程中電子設備可能會不同程度的受到諧波的影響，從而影響到電氣設備運行的安全性和穩定性。比如變壓器、輸電線路、電動機、繼電保護裝置以及計量儀表等，在運行時，都需要通過電流的輸送來完成電壓的供給，如果諧波電流對電壓產生影響，則會造成線路或者電子設備的損耗增加，同時導致保護裝置出現誤動和據動等現象，從而引發故障的發生。如果在電容器兩端有諧波電壓產生時，則會導致電容器有較小的阻抗產生，而且隨著諧波次數的增加，電容器所產生的阻抗則會越來越小，從而導致電容器出現過載或是燒毀的情況。諧波的出現會降低信號的傳輸質量，對線路產生物理干擾，從而擾亂電氣設備的正常運行，為電網的正常運行帶來了巨大的危害，所以急需采取有效的措施來治理諧波對電氣設備所帶來的危害，提高電網運行的安全性和穩定性。

3 諧波具體治理措施

3.1 濾波

濾波是將一個電信號中若干種成分中的一部分交流信號過濾掉，通常是將電網或是電力設備中一些不需要的交流信號利用濾波的手段將其去掉。通過濾波的手段可以有效的對諧波，特別是高次諧波進行消除。濾波有有源濾波和無源濾波之分，而且實際應用過程中，無源濾波應用較多，而且其在應用過程中也能夠產生較好的效果，而且具有較好的經濟性。濾波通常包括串聯濾波、并聯濾波和低通濾波三種形式，其中串聯濾波可以對三次諧波具有較為明顯的抑制效果，而并聯濾波則可以將多次諧波濾出，而且能夠給系統提供無功補償，在消除諧波及凈化電源過程中具有非常好的效果。而低通濾波則對治理高次諧波具有非常好的效果。

利用并聯電容器補償能夠有效的治理諧波，具體補償過程中主要有以下幾種補償方式：

一是集中補償方式。在總降壓變電所或是負荷較大的配電所的高壓母線上集中安裝高壓電容器。二是分散補償。當車間變電所其用電負載較為分散，而且功率因數較低時，則可以在低壓配電室內安裝低壓并聯電容器。三是就地補償。當電動機與供電點距離較完，而且屬于大中型容量，并需要連續進行工作時，需要對其采用無功功率就地補償裝置，這樣可能效的確保功率因數的提高，而且能夠有效的減少線路損失，降低總電流，能夠有效的確保變壓器負載率的提升。

3.2 接地

通過正確的接地，可能有效的以地系統外來干擾起到有效的抑制作用，而且設備本身對外界的干擾也能夠有效的降低。但在實際應用系統中，存在著系統內電源零線、地線不分的情況，而且控制系統屏敝地連接也較為混亂，對系統的穩定性和可靠性帶來較大的影響。在正常接地過程中，變頻器的接地需要與其他動力設備的接地點有效的分開，不能共用接地。

3.3 屏蔽

屏蔽干擾源是抑制干擾的最有效的方法。通常變頻器本身用鐵殼屏蔽，不讓其電磁干擾泄漏；輸出線最好用鋼管屏蔽，特別是以外部信號控制變頻器時，要求信號線盡可能短，且信號線采用雙芯屏蔽，并與主電路線及控制線完全分離，決不能放于同一配管或線槽內，周圍電子敏感設備線路也要求屏蔽。為使屏蔽有效，屏蔽罩必須可靠接地。

3.4 采用多相脈沖整流

在條件允許或是要求諧波限制在比較小的情況下，可采用多相整流的方法。12相脈沖整流THDV大約為10%～15%，18相脈沖整流的THDV約為3%～8%，滿足國際標準的要求。缺點是需要專用變壓器，不利于設備的改造，價格較高。

3.5 采用電抗器

在變頻器的輸入電流中頻率較低的諧波分量（5次諧波、7次諧波、11次諧波、13次諧波等）所占的比重是很高的，它們除了可能干擾其他設備的正常運行之外，還因為它們消耗了大量的無功功率，使線路的功率因數大為下降。在輸入電路內串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法。

4 結束語

電網的供電質量對區域生產、經濟和人民生活帶來較大的影響，電網諧波的存在會對電能質量帶來嚴重的污染，所以需要加大對電網諧波進行治理，努力提高電網諧波治理技術，同時進一步對相關制度進行完善，確保電網諧波治理能夠取得良好的效果，確保電力系統能夠為社會提供更加清潔的能源。

參考文獻

[1]李紅，楊善水.電力系統諧波的檢測與發展[J].現代電子技術，2009（9）.

[2]吳京，果明明，徐忠富.信號與系統分析[M].國防科技大學出版社，2010.

[3]高西全，丁玉美.數字信號處理[M].西安電子科技大學出版社，2008.