供配電系統諧波危害及其治理

黃為民

（中國瑞林工程技術有限公司，江西 南昌 330031）

供配電系統諧波危害及其治理

黃為民

（中國瑞林工程技術有限公司，江西 南昌 330031）

供配電系統電能質量的好壞直接影響到人們的生產及生活的正常秩序，諧波的存在引起電流和電壓波形畸變，導致電網電能質量下降，嚴重時會造成設備損壞、電網事故甚至引起火災。本文分析了供配電系統的諧波危害，提出了諧波治理的有效措施。

供配電系統；諧波；治理

電網諧波是電網中存在的除基波電壓、電流以外的高次諧波分量，是影響電網電能質量的重要因素之一。近年來，新型用電設備越來越多地應用到電網中來，帶來了大量的諧波源設備，這些設備所產生的諧波導致電網品質下降，波形失真，頻率改變，降低了供電可靠性和電網可用容量，加大了電力運行成本。

1 供配電系統諧波及其危害

在供配電系統中，諧波的產生是由于非線性負載所致。在電流流經非線性負載的過程中，它同其所加的電壓并沒有呈現出線性關系，而是形成了非正弦電流。良好的供配電系統提供給用戶的電壓應當保證是恒定工頻的正弦波形電壓。但是當前直流輸電、大功率單相整流技術被大量地應用于用電設備上，如變頻調速、大功率可控硅器件等，這些設備都帶有典型的非線性負荷，它們將諧波電流注入電網中，導致電網電壓畸變，污染了電網波形，降低了供電質量，電網的傳輸能力降低。總之諧波是一種無形的污染，其危害巨大，體現在以下方面。

（1）引起諧振。諧振高壓被施加在電容器兩端，由于高次諧波對電容器的阻抗不大，使得電容器經常發生過負荷而被擊穿；高次諧波電流流入變壓器，大大增加了鐵芯損耗；高次諧波電流流入電動機，不止增加了鐵芯的損耗，而且造成了轉子振動，大大降低了設備的運行質量；高次諧波可導致保護設備誤動作，大大增加了系統的損失；負序和諧波可引發發電機的熱效應，造成發電機局部發熱，同時還可能引起發電機組產生振動，使得機組的安全穩定運行無法保障。

（2）增加電氣設備及線路的損耗。如果諧波電流過大，旋轉電機、變壓器等電氣設備就會出現附加損耗，因而出現局部過熱，加速絕緣介質的老化，最終損壞絕緣；三次諧波會導致中性線電流過大，引起電纜發熱甚至火災。

（3）對相位控制設備的正常工作造成嚴重干擾，引發電子設備誤觸發、電子計算機誤動作，造成電子元件測試無法進行等問題。

（4）導致繼電保護誤動作，使某些類型的繼電保護，如晶體管整流型距離保護、變壓器及母線復合電壓保護由于相位變化而誤動或拒動。

（5）影響和干擾測量控制儀器、通訊系統正常工作，使通信回路、弱電回路產生雜音，甚至造成故障。

2 供配電系統諧波的治理

（1）做好諧波檢測工作。電網中存在的大量非線性負荷和沖擊性負荷，會產生諧波電流注入到公用電網，不但會使電網設備無法正常工作，同時還可能影響到接入同一電網的其他用戶設備安全使用。為了確保電網電能質量安全可靠，需做好諧波普測工作。通過測試電網內重要供電母線及出線、干擾源用戶供電母線及出線、電源接入點的電能質量狀況，及時發現電網中存在的諧波問題，提出解決方案，對重點污染線路進行諧波治理。諧波會引起過電流或過電壓，從而使設備局部過熱。在日常監測過程中，我們可使用紅外熱像儀捕捉設備過熱處并直觀顯示。紅外熱像儀在使用過程對負載情況、檢測時間、工作環境有較高要求，本文以福祿克便攜式紅外熱像儀為例簡述紅外熱像儀在使用過程中的注意事項：①要保證檢測結果的準確性，在使用紅外熱像儀進行檢測工作時，首先確保設備在額定電壓和滿負荷下工作。如果無法實現連續滿負荷運行，要提前制作好運行方案，從而保證檢測前和檢測時，設備能夠滿負荷運行4～6h，讓設備的故障部位發熱充分，且使他的表面能夠穩定的升溫。②一般電氣設備都在環境溫度下，但要保證紅外熱圖的清晰度，選擇溫差較小的場合較適宜，同時福祿克紅外熱像儀的熱靈敏度要高；如果電氣設備在戶外，進行現場紅外檢測最好在陰天或者在日落傍晚無光照的時候；如果設備表面屬于高反射的材質，可以通過改變檢測角度或找到能避開反射的最佳角度等方式來降低太陽輻射及周圍高溫物體輻射的影響；用自動模式對設備的溫度范圍進行測量，采用手動方式對水平及跨度進行設置，將溫度范圍設置在最小，并涵蓋先前測量的溫度范圍；如果是需要測試內部故障的電氣設備，可利用氟化鈣等特殊材料制作成紅外窗口取代普通的有機玻璃窗口，使溫度數據更準確。

（2）采用濾波器治理。如果并聯電容器組周圍存在諧波源，且諧波電流大于規定值時，需要通過設置串聯電抗器在回路中對諧波電流進行抑制，并限制合閘時的電流涌流。要降低電磁噪聲，在變頻器輸出側設置輸出濾波器即可；要降低電源干擾，可在變頻器輸入側設置輸入濾波器，這個過程中要保證濾波器外殼和變頻器外殼牢固連在一起且可靠接地。

與其他諧波治理裝置相比，APF有源濾波器不僅可實現對電力諧波動態抑制和對系統無功功率動態補償，而且它實現了對三相不平衡的校正，是一種效果顯著的新型電力電子裝置。該裝置主要由諧波檢測環節、控制系統、主電路以及耦合變壓器等四個部分構成。ANAPF系列有源電力濾波器并聯在含諧波負載的低壓配電系統中，能夠對動態變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤補償。原理為：ANAPF系列有源電力濾波器通過CT采集系統諧波電流，經控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產生諧波電流指令，通過功率執行器件產生與諧波電流幅值相等方向相反的補償電流，并注入電力系統中，抵消非線性負載所產生的諧波電流。該APF進行工作時，需要依靠檢測環節對電網中的諧波進行檢測，根據檢測結果生成需要補償的諧波參考值，由控制系統根據生成的參考值產生相應的脈沖，并由控制電路產生補償電流或者電壓跟蹤已生成的參考值實施補償。

（3）變頻器諧波治理。變頻器和其他機電設備都是供配電系統的重要設備，如果對變頻器諧波不嚴加治理，會造成其它設備損壞。變頻器可采取隔離與屏蔽措施進行諧波治理。在變頻調速系統中，一般采取在電源與放大電路之間使用隔離變壓器避免傳導造成的干擾。接著在敷設不同信號線時要將彼此隔離開，或選擇屏蔽雙絞線，或是各自單獨走線，保證信號線不同電力線平行走線，降低電力線對信號線造成的電磁干擾。屏蔽機理表明，電場平布是變頻器最常用形式。同時變頻器的控制線也要屏蔽，并做好屏蔽層的良好可靠接地。

（4）適當加大低壓電纜及低壓柜中母排的中性線截面。配電系統內為非線性負荷配電的電纜及低壓柜母排的中性線中的諧波電流非常多。為避免中性線過熱導致故障，應適當加大中性線截面。如給氣體放電燈供電的照明回路，如果三相負荷分配平衡，中性線截面可與相線截面相同；如果三相負荷分配不平衡，要中性線負荷在不過載時仍能順利運行，中性線截面應比相線截面大一級。而為通信系統、信號系統等負荷供電的電纜，其中性線截面宜與相線一樣大，或者選擇大一級的電纜。

3 結語

供配電系統中諧波危害巨大，不及時治理會帶來嚴重的事故，故需進一步加強諧波源管理，及時對供配電系統諧波情況進行全面檢測，開展有效治理。

[1]雷靜，張俊峰.變頻器運行中諧波的危害及治理方法[J].民營科技，2016(3):29～29.

[2]楊創業，李欣.供配電系統中諧波的危害性及治理措施[J].建筑·建材·裝飾，2016(2).

TM72

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1671-0711（2016）10（下）-0105-02