電力網絡諧波問題探究

周欒愛

(青島港灣職業技術學院，山東 青島 266404)

電力網絡諧波問題探究

Harmonic problem explored of electric power networ

周欒愛

(青島港灣職業技術學院，山東 青島 266404)

針對電力網絡中存在的諧波污染問題，從以下四個方面做出闡述：諧波研究現狀、電力網絡諧波源、諧波危害、諧波治理措施，并對不同的諧波治理措施進行深入分析，對其應用場合及優缺點進行比較分析。

電力網絡；諧波

1 諧波研究現狀

在20世紀20～30年代的德國，科研人員就提出了電力網絡諧波的概念,是因為當時他們發現靜止變流器會導致電壓電流的變化，當時非常有代表性的著作是《The Mercury Arc Current Conv erter》， 其 作 者 是 RissikH.；另 外 一 篇 是《The Calculation of Rectifier and Converter Performance Characteristics》，其作者是Read J.C.，迄今仍然被許多科研人員參考引用。20世紀50～60年代推進了諧波問題的探討，很多有關諧波內容的文章在這段時間發表。隨著經濟和技術的發展，各種先進的電力電子裝置應用于各企事業單位和日常生活中，諧波問題愈顯突出，諧波問題的治理和抑制的研究越來越被世界各地的科研人員所重視。

中國是從20世紀80年代才開始研究諧波問題，經過多年的努力，已接近于國際水平。在20世紀80年代，《電力系統諧波》一書出版，它由吳競昌等人創作，這在我國很有影響力。我國國家技術監督局于1993年頒布了國家標準GB/T14549—93《電能質量公用電網諧波》，標準給出了公用電網諧波電壓、諧波電流的限制值；GB17625.1《低壓電氣電子設備發出的諧波電流限值》規定電氣（電子）設備送出的諧波電流限值[1]。

2 電力網絡主要諧波源

在電力系統中，發電、輸電、變電等各個環節都可能產生諧波。

在發電環節中,我們對發電機的接線做一些改進，使發電機發出的電壓基本上不含諧波分量，下列非線性負載是主要的諧波源[3]。

（1）變壓器、電動機、發電機、工業電爐等。

（2）在生產中應用的電力電子裝置，電源、晶閘管設備等。其中，晶閘管設備包括：整流器、逆變器、靜止無功補償裝置、變頻器、高壓直流輸電設備。交流變直流的整流器用于直流電機驅動、直流穩壓電源、充電器、高壓直流輸電等[1]。

各行業諧波含量分布趨勢圖如表1所示。

表1 各行業諧波含量分布趨勢圖

以上這些非線性負載的特點是加到負載上的電壓是正弦交變的,但流過的電流卻是非正弦量，這個電流是由工頻電流和諧波電流兩部分組成，如果諧波含量太高,就會使電網電壓波形發生畸變。

在低壓電力網絡中，諧波一般分為兩大類：穩定的諧波和變化的諧波，它們通常由非線性負載產生。①穩定的諧波:通常由視頻設備和常用儀表等產生的諧波，這類諧波稱為穩定的諧波，它的大小不隨著時間的變化而變化；②變化的諧波:一些現代電力電子設備產生的諧波，其大小隨著時間的變化而變化，這類諧波稱為變化的諧波。目前,我們供電線路上的主要諧波源是比較先進又應用廣泛的現代電力電子設備，并且來自于這些設備的諧波振幅比較大 。

3 電力網絡諧波的危害

3.1 增大了有功功率損耗

增大了發電、輸電、供電和用電設備的有功功率損耗，導致這些設備過熱， 降低設備的輸出功率， 也就降低了它們的效率。

（1）導體的等值阻抗隨頻率的增加而增加，所以當電網所供電源中存在高次諧波分量時，電機的有功功率損耗會增加。

（2）增加變壓器的損耗。

電網中存在諧波的情況下，變壓器做△連接時，諧波會在變壓器線圈中形成環流，導致其有功功率損耗顯著增加；變壓器做Y連接 ，當發生諧振的時候，負載等效于一高阻抗，此情況下變壓器的鐵損和銅損也增加。

（3）增大輸電線路的損耗

因為隨著頻率的增大導線阻抗會增大，所以對于輸電線路來說，諧波電流的存在導致線路的有功損耗變大。在配電網絡中，產生損耗最大的是電機、變壓器和供電線路，因此，諧波的存在大大增加輸電線路的有功損耗。我們知道，在電路中存在電感和電容時,某一頻率下,它們會發生串聯諧振或并聯諧振,而在線路等值電路中存在著分布電感和對地電容，它們在諧波源作用下,發生諧振的可能性增大。在架空線路中，架空線路對地電容約為電纜線路對地電容的1/20～1/10，這樣在電纜線路中，很容易出現諧波諧振和諧波電流的放大，并因此造成電氣設備的絕緣擊穿。

3.2 引起繼電保護和自動裝置的誤動作

電力系統的繼電保護設備，在動作值的設計上是以負序（基波）量為基礎來設計的，因此，諧波對它們的影響特別嚴重，這是因為為了保證設備的靈敏度，設計時的整定值較小，這時再疊加上一個諧波分量，勢必引起繼電保護和自動裝置的誤動作。

3.3 造成計量儀器計量誤差增大

當電力網絡中含有諧波分量時，感應式電度表就不能正常工作，因為電度表是按工頻電流設計的，所以對諧波源用戶來說，他們會少交電費，因為電表計量的是用戶消耗的基波電能與諧波電能的差；對無諧波源用戶來說，電表計量的是該用戶正常消耗的電能再加上諧波部分，所以電力網絡中有諧波時，非線性負載用戶少交電費，線性負載用戶多交電費。

3.4 影響通信線路的正常工作

輸電線路上流過的3次、5次、7次、11次等有效值較高的奇數次低頻諧波電流時，通過電磁感應，干擾電壓就會在靠近輸電線路的通信線路中產生 ，造成通信線路不能正常工作，通話的清晰度也大受影響。

3.5 干擾用電設備的正常工作

諧波會導致變形的圖像出現在電視機屏幕上、計算機圖像畸變，改變屏幕亮度 ，還可以使電視、電腦過熱，計算機數據處理系統出錯。對于熒光燈及汞燈來說，由于它們的線路中帶有鎮流器和啟輝器，因此有可能形成諧振，諧振電流會將元器件燒壞。晶閘管變速設備而言，諧波電流會造成誤動作[3]。

4 電力網絡諧波治理措施

電力網絡諧波治理措施主要有三種[4]：

（1）受端治理：就是增強無諧波源用戶的抗干擾能力。

（2）主動治理：就是抑制諧波源，使其盡量不產生或少產生諧波。

（3）被動治理：就是在用戶側安裝濾波器，將諧波電流拒之門外。

4.1 受端治理措施

（1）在配電網絡中，使用較大短路容量的變壓器，當網絡變壓器短路容量大于諧波源的變壓器的容量20倍時，諧波源造成的諧波對電力網的安全運行就不會產生威脅，由此產生的諧波電壓和諧波電流也不會超過規定值。

（2）避免諧波被電容器放大。避免諧波電流被電容器放大的措施有：①選擇合適的電容器的安裝地點，可有效避免電容器與電源感抗之間并聯諧振的發生，因為所選地點與電源間的阻抗不同，由此引發諧振的諧振頻率也會不一樣。②調整與電容器相串聯的電抗器，改變系統阻抗。③降低電容器容量，以降低對諧波電流的影響；④某些電容器組改為濾波器。

（3）變壓器的諧波抑制措施。①對于其中一側作三角形連接的變壓器來說，不會出現三次及三的倍數次諧波。②空載變壓器要及時停運，選用帶負荷調壓器，盡量避免變壓器過勵磁。

（4）采用先進的抗諧波裝置，提高用電設備抗諧波干擾能力，使設備在一定諧波環境下也能正常工作。

4.2 主動諧波治理的措施

（1）根據公式： h=kp±l(k=l，2，3)，h為整流裝置產生的諧波電流次數， p為脈動次數，當脈動次數增加時，諧波電流次數也增大，這樣就可以消除一些次數較低，幅值較大的諧波[6]。

（2）適當分散或交替使用具有諧波互補性的裝置，適當限制能產生大量諧波的工作方式。

（3）聯合起來使用幾個變流器，疊加幾個變流器輸出的方波，這樣就可以將頻率較低的諧波消除，使輸出的波形接近于正弦波。

（4）疊加注入諧波。利用諧波源產生三次倍數的諧波，將該三次倍數的諧波電流與矩形波相疊加，可以抵消某些諧波。

4.3 被動治理諧波的措施

（1）采用LC濾波器。這種濾波設備是由電容、電感和電阻按照一定配置而成的。它結構簡單，用戶投入較少，運行維護費用低，目前仍然是應用最廣泛的濾波方法。

（2）采用有源濾波器。有源濾波器補償諧波并且實現動態跟蹤，而且能夠補償無功功率。在今天，電子技術迅猛發展，有源濾波技術也隨之迅速發展，在生產中已被廣泛應用。

5 結論

本文概述了電網諧波污染的來源，諧波對電力用戶的危害，針對具體的諧波來源提出對應的抑制措施，并深入分析了各種治理措施的應用場合及優缺點。

[1] 羅安.電網諧波治理和無功補償技術及裝備[M]．中國電力出版社，2006.04.

[2] 韓曉東,朱勤.電力諧波的危害與治理[J].云南電力技術，2005,(2).

[3] 謝東力.鄭州礦區電力系統分析諧波與治理[J],中州煤炭，2007,(6)

[4] 李家坤,李生明.電力系統諧波抑制研究[J],長江工程職業技術學院學報，2008,(4).

[5] 李海鵬.電力系統諧波的產生及危害芻議[J],中國與科技博覽，2008,(23).

[6] 馬亮. 直接空冷凝汽器中變頻器諧波抑制,科技資訊，2010.

[7] 林健欽，杜永宏.電力系統諧波危害及防治對策[J],電網與清潔能源，2009,(2).

(R-03)

高科技賦予樹脂制造金屬風格的高檔感

據悉，玉川電器(總部：橫濱市)塑料事業部在“產品制造伙伴論壇2016”上展出了在軟質樹脂(NBR、丁腈橡膠)上蒸鍍金屬并彎曲或凹陷變形的部件，該部件雖為樹脂制造，但卻營造出了金屬風格的高檔感。相關技術已在化妝品包裝上得到應用。制造時先在NBR成型品上做前處理和特殊打底涂裝，然后實施蒸鍍工序，并用涂料做外部裝飾。

另外，玉川電器還展出了用硬質樹脂在電氣產品的按鈕及把手上表現車紋的樣品。制造時先在樹脂部件表面形成高度為0.05 mm左右的同心圓狀(車紋)凹凸圖案，然后經過底漆、金屬蒸鍍及面漆工序來完成。原來存在涂膜太厚，車紋被封住的可能性，而此次通過開發減薄涂膜的技術，實現了與金屬同等的表現水平。

此外，玉川電器還介紹了通過使用薄膜及布料做嵌入成型來制造柔軟質感的樹脂部件的技術。只是單純對薄膜等做嵌入成型，形成聚集的褶皺，很多時候也無法獲得良好效果。因此，該公司開發出了以薄膜等作襯里用樹脂一次性成型，實施嵌入成型的技術。

除上述產品外，玉川電器還展出了燃料電池車用高電壓連接器。為了實現防水功能，以輪廓度0.1 mm的幾何公差實施量產。

摘編自“中國塑料機械網”

TM727

1009-797X(2016)24-0064-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.24.018

周欒愛（1973-），女，碩士，維修電工技師，講師，青島港灣職業技術學院教師，研究方向電力系統及自動化，從事教學工作十余年。

2016-11-25