配網(wǎng)諧波的危害及抑制方法

黎浩鈞

（東莞供電局 松山湖供電分局，廣東 東莞523000）

0 前言

在人們的日常生活和生產(chǎn)中，電力半導(dǎo)體設(shè)備的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了科技生產(chǎn)力的快速發(fā)展，非線性電氣設(shè)備和電力原件的數(shù)量也與日俱增。一些電力設(shè)備在日常的工作中，會(huì)產(chǎn)生一些諧波，這些諧波容易對電力設(shè)備和整個(gè)電網(wǎng)帶來嚴(yán)重的危害，甚至?xí)：﹄娏υO(shè)備的用電安全。 如何將這些諧波抑制和消除是保證供電安全的重要舉措，關(guān)于配網(wǎng)諧波的研究和治理已經(jīng)得到了人們的高度重視。

1 諧波相關(guān)簡介

1.1 諧波及其產(chǎn)生

在電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行中， 電壓和電流是兩個(gè)比較關(guān)鍵的元素，二者的波形通常呈現(xiàn)正弦波圖像，但是在實(shí)際的應(yīng)用中，電流和電壓的波形會(huì)隨著外界條件產(chǎn)生一定的變化，出現(xiàn)非正弦畸變。 如果一個(gè)電力系統(tǒng)的電壓和電流波形出現(xiàn)了非正弦畸變現(xiàn)象，說明在電力系統(tǒng)中存在頻率高于50Hz 的電壓或者是電流成分，這些不屬于正常范圍內(nèi)的電壓或者電流成為就稱為諧波。

配網(wǎng)中，諧波的產(chǎn)生一般分為兩種情況，一種是由電源本身造成的諧波，另一種是有非線性負(fù)載所導(dǎo)致的諧波。 電源本身造成諧波的原因主要是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)受制技術(shù)的限制而造成的電樞表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布偏離正常值，因此會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流，影響著電流和電壓的正常波形。 在電力系統(tǒng)中，多數(shù)的諧波是由非線性負(fù)載導(dǎo)致的，在整個(gè)電力系統(tǒng)中，輸電和配電的環(huán)節(jié)中，線路上有大量的變壓器、開關(guān)、整流器、逆變器等等，這些元器件都容易產(chǎn)生諧波污染[1]。

1.2 諧波的相關(guān)特征

配網(wǎng)中，諧波污染嚴(yán)重影響著用電的安全性和可靠性，總結(jié)起來，諧波主要有三個(gè)重要特征。第一，諧波的產(chǎn)生不易覺察，尤其是在短時(shí)間內(nèi)對電氣設(shè)備的危害比較??；第二，諧波一旦產(chǎn)生，在電力系統(tǒng)中的存在時(shí)間非常長，并且影響的面積也很大，如不抑制長期下來對電力系統(tǒng)會(huì)有嚴(yán)重的影響；第三，在一定的條件下，諧波能夠引起諧振現(xiàn)象，相比諧波而言，諧振對電氣設(shè)備的危害更大。

2 配網(wǎng)諧波的危害

2.1 對變壓器的危害

在配網(wǎng)中，諧波的產(chǎn)生會(huì)對一些元器件造成一定的危害。 變壓器是由許多線圈纏繞構(gòu)成的，諧波的產(chǎn)生會(huì)使得這些線圈在通電的過程中產(chǎn)生大量的熱和趨膚效應(yīng)，大量的熱和趨膚效應(yīng)會(huì)對變壓器造成一定的危害。 諧波的產(chǎn)生容易導(dǎo)致變壓器的絕緣材料壽命收到影響，并且隨著諧波頻率的增加，變壓器中產(chǎn)生的趨膚效應(yīng)愈發(fā)嚴(yán)重，因此會(huì)產(chǎn)生更多的熱量，使得變壓器的銅耗和鐵耗增加。 諧波的產(chǎn)生使得變壓器的工作溫度較高，容易導(dǎo)致變壓器外殼、外層硅鋼片等部件的發(fā)熱現(xiàn)象，容易燒壞變壓器的其他部件。除此之外，諧波的產(chǎn)生還會(huì)加大變壓器的噪聲[2]。

2.2 對電動(dòng)機(jī)的危害

電動(dòng)機(jī)在使用的過程中會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生熱量，而諧波的產(chǎn)生會(huì)使得電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生額外的熱量和附加損耗。電動(dòng)機(jī)繞組上的導(dǎo)線電阻值不是一成不變的，而是根據(jù)通過導(dǎo)線電流的變化而變化的，如果有效值相同，電路中諧波電流會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量不僅會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命， 電動(dòng)機(jī)在工作的過程中還會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)和噪聲，影響其功能。

2.3 對電纜線路的危害

配網(wǎng)中會(huì)有大量的電纜線路進(jìn)行電力能源的輸送，諧波的產(chǎn)生對電纜線路也有一定的危害。 首先，配網(wǎng)中的諧波對著頻率的增大會(huì)產(chǎn)生更多的熱量和趨膚效應(yīng)，這樣一來，電纜線路中的電阻明顯增大，使得電纜線路中電流的傳輸效率降低，因此，諧波的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致電纜線路的發(fā)熱現(xiàn)象和損耗增加問題。 其次，配網(wǎng)中諧波的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致中性線電流增加。 通常來說，配網(wǎng)中使用的為三相電，如果是正常情況下，通過中性線路的電流矢量和為零，但是一旦出現(xiàn)了諧波，且諧波頻率為基頻3N 倍時(shí)，中性線中的諧波電流為單相線電流的三倍，容易引發(fā)火災(zāi)等嚴(yán)重問題。

2.4 對繼電器的危害

配網(wǎng)供電中，繼電器發(fā)揮著重要的作用，是保護(hù)供電系統(tǒng)的安全裝置，而諧波的產(chǎn)生對這類保護(hù)裝置也有一定的危害。一般情況下，繼電器等自動(dòng)保護(hù)裝置是按照負(fù)序基波制造的，繼電器的靈敏度非常高且整定值很小，能夠有效地保護(hù)配網(wǎng)的用電安全。 如果在配網(wǎng)中出現(xiàn)了諧波，諧波和負(fù)序基波會(huì)產(chǎn)生疊加現(xiàn)象，導(dǎo)致繼電器不能正常的發(fā)揮作用，引起一些誤動(dòng)作或者是拒動(dòng)作，難以保障配網(wǎng)的安全運(yùn)行。

2.5 其他危害

在配網(wǎng)中，諧波對于通信系統(tǒng)、電容器、用電設(shè)備等都有著一定的危害。諧波的產(chǎn)生容易干擾通信系統(tǒng)的信號(hào)，降低通話的清晰度，如果諧波影響嚴(yán)重還會(huì)使得通信信號(hào)中斷等，嚴(yán)重影響通信系統(tǒng)的正常工作。 如果配網(wǎng)中的諧波引起諧振現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致電容器中的電流急劇增大，容易導(dǎo)致電容器燒毀問題。除此之外，配網(wǎng)中的諧波對于用電設(shè)備也有危害性，影響設(shè)備的正常工作。

3 配網(wǎng)諧波的抑制方法

3.1 電源的供電能力應(yīng)該適當(dāng)提高

抑制配網(wǎng)中的諧波， 首先應(yīng)當(dāng)提高電源的供電能力。 配網(wǎng)中，測量、控制裝置等都是耗電比較大的裝置，應(yīng)當(dāng)給予較大的貯備量。在供電設(shè)備中，有些設(shè)備受到諧波的干擾作用較大，或者設(shè)備本身會(huì)產(chǎn)生較大的干擾，因此應(yīng)當(dāng)采用不同相線供電。在配網(wǎng)中，各個(gè)裝置的負(fù)荷變動(dòng)不同，因此互相間產(chǎn)生的干擾不同，只有將供電電源分開，才能將各個(gè)裝置之間的干擾相互隔離，減少通過電源線的干擾，這就要求電源的供電能力足夠大。

3.2 采用濾波器

在配網(wǎng)中，如果諧波的污染現(xiàn)象比較嚴(yán)重，可采取濾波器裝置對諧波進(jìn)行抑制，濾波器的安裝位置一般是在配電網(wǎng)中變壓器低壓母線處。常用于抑制諧波的濾波器有三種：有源濾波器、無源濾波器和混合濾波器。有源濾波器的工作機(jī)理是通過濾波器產(chǎn)生的諧振來消除配網(wǎng)中的諧波電流，但是這種濾波器的限制較多，只能消除固定的諧波電流，如果處理不當(dāng)，非常容易產(chǎn)生系統(tǒng)諧振，因此使用較少。 無源濾波器是一種可控的裝置，主要元器件是半導(dǎo)體，通過控制半導(dǎo)體的功率來消除配網(wǎng)中的諧波電流，是一種常用的諧波抑制技術(shù)。 混合濾波器是一種混合的裝置，在配網(wǎng)中也有良好地應(yīng)用[3]。

3.3 對供電結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)與安排

配網(wǎng)中的各個(gè)負(fù)載都是容易產(chǎn)生諧波的源頭，因此在進(jìn)行配網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)對供電結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)與安排，掌握配網(wǎng)的諧波源。在進(jìn)行電氣設(shè)備的合理安排時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能地將產(chǎn)生諧波的電氣設(shè)備連接于同一條母線中，這樣一來，這些設(shè)備產(chǎn)生的諧波可以部分抵消，能夠降低配網(wǎng)中的諧波總量， 將不產(chǎn)生諧波的設(shè)備連接在同一條母線上，使得設(shè)備收到諧波污染的幾率大大降低。

4 結(jié)語

隨著科技的進(jìn)步，在各個(gè)行業(yè)中越來越追尋高效與可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，在電力消費(fèi)中也是如此，逐漸向著高效與高質(zhì)量的用電目標(biāo)發(fā)展。 在電力應(yīng)用中，配網(wǎng)中的諧波污染對于電力系統(tǒng)和用電設(shè)備來說都有著嚴(yán)重的危害， 不合符率和用電的要求，因此，必須采取相關(guān)措施加以抑制。諧波的治理工作是一個(gè)重要的工作，要從源頭抓起，提高對諧波污染的認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)配網(wǎng)中各個(gè)電氣設(shè)備的管理，防止諧波的產(chǎn)生，從最大程度上組織災(zāi)害的發(fā)生。

［1］蘇志斌.配網(wǎng)諧波的危害及抑制方法探討[J].電子制作,2013,19:209+184.

［2］寧雪偉.電力系統(tǒng)諧波的危害及抑制方法[J].科技信息,2010,23:375+407.

［3］張文嘉,蘇成悅,王劉拴,劉金濤.電力系統(tǒng)中諧波的危害及抑制[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2012,29:126-127.