電力系統(tǒng)諧波危害性分析與對(duì)策研究

孔繁玲+李丹

摘要：文章介紹了電力諧波的基本概念、它的來(lái)源、它的危害性，它的影響，最后提出了諧波的治理方法。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；諧波分析；抑制方法

隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，諧波的危害日益嚴(yán)重，諧波事故不斷發(fā)生，對(duì)電力設(shè)備、電力用戶和通信線路產(chǎn)生了諸多有害影響。另一方面，現(xiàn)代用電設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量更加敏感，對(duì)供電質(zhì)量提出了更高的要求，所以諧波研究和治理越來(lái)越受到人們的重視。

一、諧波的基本概念

國(guó)際通用的定義諧波為：頻率是整數(shù)倍個(gè)基波頻率，并且是一個(gè)波形是正弦波的電氣量的一個(gè)周期的正分量。

用諧波頻率除以基波頻率所得的整數(shù)即為諧波次數(shù)，一般用A表示。

上述定義得出諧波次數(shù)是一個(gè)整數(shù)，如我國(guó)電力系統(tǒng)的額定頻率為50Hz，則基波頻率為50Hz，二次諧波頻率為100Hz，三次諧波頻率為150Hz。

二、電力頻率諧波的由來(lái)范圍

發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波，輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波，用戶設(shè)備產(chǎn)生的諧波是電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的主要來(lái)源，其中用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波最多。

（一）在用電設(shè)備中產(chǎn)生諧波

晶閘管整流設(shè)備。由于品閘管整流在電力機(jī)車、鋁電解槽、充電裝置、開關(guān)電源等許多方面得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，給電網(wǎng)造成了大量的諧波。晶閘管整流裝置采用移相控制。從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然是留下部分中含有大量的諧波，這是最大的諧波源。

（二）變頻裝置。變頻裝置常用于風(fēng)機(jī)、水泵、電梯等設(shè)備中，由于采用相位控制，諧波成分很復(fù)雜，除含有整數(shù)次諧波外，還含有分?jǐn)?shù)次諧小組，這類裝置的功率一般較大，隨著變頻調(diào)整的發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)造成的諧波也越來(lái)越多。

（三）電弧爐、電石爐：由于三相負(fù)荷難以平衡，產(chǎn)生諧波電流，經(jīng)變壓器的三角形連接線圈而注入電網(wǎng)。其中主要是27次的諧波，平均可達(dá)基波的8%-20%，最大可達(dá)45%。

（四）氣體放電類光源：分析與測(cè)量這類電光源的伏安特性，可知其非線性十分嚴(yán)重，有的還含有負(fù)的伏安特性，它們會(huì)給電網(wǎng)造成奇次諧波。

（五）具有調(diào)壓整流裝置的家用電器，會(huì)產(chǎn)生較深的奇次諧波。在有繞組設(shè)備的電器中，因不平衡電流的變化也能使波形改變。這些家用電器雖然功率較小，但數(shù)量巨大，也是諧波的主要來(lái)源之一。

三、電力系統(tǒng)諧波的危害性分析

（一）諧波可引起系統(tǒng)的電感、電容發(fā)生諧振，使諧波放大，損壞系統(tǒng)設(shè)備引發(fā)系統(tǒng)事故，威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

（二）諧波對(duì)供電線路產(chǎn)生了附加損耗。當(dāng)大量的三次諧波流過(guò)中性線時(shí)，會(huì)使導(dǎo)線過(guò)熱，損害絕緣，引起短路甚至火災(zāi)。

（三）諧波會(huì)干擾計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等電子設(shè)備的正常工作，造成數(shù)據(jù)丟失或死機(jī)。

（四）諧波會(huì)影響無(wú)線電發(fā)射系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、核磁共振等設(shè)備的工作性能，造成噪聲干擾和圖像紊亂。

（五）諧波會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作，使電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)和噪聲等故障，變壓器局部嚴(yán)重過(guò)熱，電容器、電纜等設(shè)備過(guò)熱，絕緣部分老化、變質(zhì)、設(shè)備壽命縮減，直至最終損壞。

（六）諧波會(huì)使電氣測(cè)量?jī)x表計(jì)量不準(zhǔn)確，產(chǎn)生計(jì)量誤差，給供電部門或電力用戶帶來(lái)直接的經(jīng)濟(jì)損失。

（七）諧波會(huì)對(duì)設(shè)備附近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕則產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，重則導(dǎo)致信息丟失，使通信系統(tǒng)無(wú)法正常工作。

（八）諧波會(huì)引起電網(wǎng)諧振，可能將諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍，會(huì)對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成重大威脅，特別是對(duì)電容器和與之串聯(lián)的電抗器，電網(wǎng)諧振常會(huì)使之燒毀。

（九）諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，造成不必要的供電中斷和損失。

四、諧波對(duì)用電營(yíng)銷工作的影響分析

（一）諧波時(shí)電能計(jì)量的影響造成交易不公平諧波源產(chǎn)生諧波后，全部向系統(tǒng)注入，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部的輸變電設(shè)備和網(wǎng)內(nèi)客戶的用電設(shè)備消化吸收。

（二）諧波對(duì)線損的影響

由于諧波的注入，在系統(tǒng)內(nèi)隨機(jī)流動(dòng)，偶爾還引起局部振蕩，造成線路損耗和母線不平衡電流就被放大，大電流造成設(shè)備發(fā)熱，母線不平衡電流增大，如果遇有操作，還可誘發(fā)諧振，造成巨大的損耗。

（三）諧波對(duì)正常客戶的影響

正常客戶的用電設(shè)備，吸收了通過(guò)電網(wǎng)轉(zhuǎn)送來(lái)的諧波后，產(chǎn)生一些不利的后果，嚴(yán)重影響了客戶的正常用電，如電機(jī)跳閘，照明忽明忽暗，音訊設(shè)備噪音增大等，對(duì)電力企業(yè)產(chǎn)生抱怨，滿意度下降，給營(yíng)銷工作帶來(lái)負(fù)面影響。

五、電力系統(tǒng)的諧波治理與抑制方法

（一）在諧波源處吸收諧波電流：這類方法是對(duì)已有的諧波進(jìn)行有效抑制的方法，就是目前電力系統(tǒng)使用最廣泛的抑制諧波方法。

（二）整流電路的多重化：整流電路的多重化，即將多個(gè)方波疊加，以消除次數(shù)較低的諧波，從而得到接近正弦波的階梯波。重?cái)?shù)越多，波形越接近正弦波，但其電路也越復(fù)雜，因此該方法一般只用于大容量場(chǎng)合。

（三）合理安排電力系統(tǒng)運(yùn)行與接線方式：增加電網(wǎng)的短路容量、提高電氣設(shè)備的短路比，來(lái)降低諧波對(duì)同一電網(wǎng)上其他設(shè)備的影響。

（四）盡量選用高功率因數(shù)的整流器：采用整流器的多重化來(lái)減少諧波是一種傳統(tǒng)方法，用該方法構(gòu)成的整流器還不足以稱之為高功功率因數(shù)整流器。該方法只能在設(shè)備設(shè)計(jì)上過(guò)程中加以注意，從而得到實(shí)踐中的諧波抑制效果。

（五）改善供電環(huán)境：選擇合理的供電電壓并盡可能保持三相電壓平衡，可以有效地減小諧波對(duì)電網(wǎng)的影響。諧波源由較大容量的供電點(diǎn)或高一級(jí)電壓的電網(wǎng)供電，承受諧波的能力將會(huì)增大。對(duì)諧波源負(fù)荷由專門的線路供電，減少諧波對(duì)其它負(fù)荷的影響，也有助于集中抑制和消除高次諧波。

結(jié)束語(yǔ)：

通過(guò)分析諧波對(duì)用電營(yíng)銷的影響，提出了防范和治理諧波的措施，從而降低了諧波對(duì)電網(wǎng)的影響，適應(yīng)了當(dāng)今電力企業(yè)“綠色用電”的這一節(jié)能理念，控制和管理好諧波對(duì)電網(wǎng)的影響，是擺在用電營(yíng)銷工作者面前的一道長(zhǎng)期的課題，應(yīng)不斷加快解決。

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