摘要：諧波在供電系統(tǒng)中的廣泛存在,對電網(wǎng)和電力設(shè)備產(chǎn)生了嚴(yán)重的危害。伴隨著工業(yè)化和自動化程度的迅速提高，非線性設(shè)備和負(fù)荷大量使用，使諧波將越來越多地產(chǎn)生。作為供電部門，須進(jìn)一步認(rèn)識諧波問題的嚴(yán)重性，并以積極的態(tài)度從技術(shù)和制度兩個層面減少諧波對供電系統(tǒng)的危害，降低損失,以保證電網(wǎng)和電力設(shè)備的安全運(yùn)行。

   關(guān)鍵詞：諧波  危害  管理

    0 引言

    近年來，經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展促使工業(yè)化和自動化程度迅速提高，供電系統(tǒng)非線性設(shè)備和負(fù)荷的大量使用，使諧波的產(chǎn)生有了巨大的溫床，諧波對電網(wǎng)的干擾愈加嚴(yán)重，導(dǎo)致電網(wǎng)供電質(zhì)量下降。諧波污染已成為電力系統(tǒng)的三大公害之一。供電系統(tǒng)中的諧波問題已引起各界的廣泛關(guān)注，為保證供電系統(tǒng)中所有的設(shè)備能正常工作，必須加強(qiáng)對諧波的管理并采取有力的措施，抑制并防止電網(wǎng)中因諧波危害所造成的嚴(yán)重后果。

    1 諧波的產(chǎn)生和電力線路中諧波的類型

    所謂諧波是指一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍，有數(shù)字頻譜的特征。不同頻率的諧波對不同的電氣設(shè)備會有不同的影響。諧波主要產(chǎn)生于兩類元件：

①含半導(dǎo)體的非線性電氣元件；

②含電弧和鐵磁非線性設(shè)備。由于這兩類元件廣泛存在于電力線路中，所以諧波來源于三個渠道:一是發(fā)電源產(chǎn)生的諧波；二是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波；三是用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波。可見諧波存在于電力生產(chǎn)、傳輸、轉(zhuǎn)換和使用的各個環(huán)節(jié)，具有普遍存在的特征。

    2 諧波對電力線路的危害

    諧波對電力線路的危害可以說無處不在，具體有以下幾個方面:

    2.1 對輸電線路的危害 由于輸電線路阻抗的頻率特性，線路電阻隨頻率的升高而增加。在集膚效應(yīng)的作用下，使導(dǎo)體對諧波電流的有效電阻增加，從而增加了設(shè)備的功率損耗、電能損耗，使導(dǎo)體發(fā)熱，破壞絕緣，嚴(yán)重時造成短路，甚至引起火災(zāi)。另外，由于輸電線路存在著分布的線路電感和對地電容及無功電容等電感和電容的存在，它們與系統(tǒng)母線側(cè)及系統(tǒng)串聯(lián)或并聯(lián)，組成串聯(lián)回路或并聯(lián)回路時，可能會發(fā)生串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振，導(dǎo)致在線路中產(chǎn)生很高的諧振電壓，嚴(yán)重時會使電力系統(tǒng)或用電設(shè)備的絕緣擊穿，造成惡性事故。

    2.2 影響線路的穩(wěn)定運(yùn)行 為保證線路與設(shè)備的安全，保證線路的穩(wěn)定運(yùn)行，電力線路中使用了大量繼電保護(hù)和自動裝置及低壓開關(guān)設(shè)備。但由于諧波的影響，這些按基波量設(shè)定的高靈敏度繼電保護(hù)和自動裝置如變電站主變的復(fù)合電壓啟動過電流保護(hù)裝置，母線差動保護(hù)元件誤動以及線路各種型號的距離保護(hù)、高頻保護(hù)、故障錄波器、自動準(zhǔn)同期裝置等發(fā)生誤動或使晶體管繼電器產(chǎn)生誤動或拒動，嚴(yán)重威脅供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全運(yùn)行。對各種斷路器也有同樣的影響，諧波電流使斷路器的鐵耗和銅耗增大而發(fā)熱，造成脫扣困難或額定電流降低或脫扣電流降低等不正常現(xiàn)象，出現(xiàn)誤動作或不動作。

    此外諧波還影響電網(wǎng)的質(zhì)量。諧波不但使電網(wǎng)的電壓與電流波形發(fā)生畸變，而且同頻率的諧波電壓與諧波電流要產(chǎn)生同次諧波的有功功率與無功功率，從而降低電網(wǎng)電壓，浪費(fèi)電網(wǎng)的容量。

    2.3 對電力設(shè)備的危害 電力設(shè)備主要包括電力電容器和電力變壓器，諧波對它們的危害也很大。當(dāng)含諧波的電壓加在電容器兩端時，因?yàn)橹C波頻率高，電容器對諧波阻抗很小，使電容器電流變大，導(dǎo)致電容器溫度升高，損耗系數(shù)增大、附加損耗增加，容易發(fā)生故障，影響電容器的使用壽命，嚴(yán)重時會引起電容器過負(fù)荷甚至爆炸。同時諧波還可能與電容器一起在電網(wǎng)中造成電力諧波諧振，使電網(wǎng)的諧波加劇，產(chǎn)生諧波擴(kuò)大現(xiàn)象，危害更大。同時，由于諧波電壓的存在增加了變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及絕緣的電場強(qiáng)度，諧波電流的存在還增加了銅損，也會對大大增加非對稱性負(fù)荷的變壓器勵磁電流的諧波分量,因此會減少變壓器的實(shí)際使用容量。除此之外，諧波還導(dǎo)致變壓器噪聲增大，有時還發(fā)出金屬聲。

    2.4 對用電設(shè)備的影響 在供電系統(tǒng)中，用戶的電動機(jī)負(fù)荷約占整個負(fù)荷的85%左右。因此，諧波對電力用戶電動機(jī)的影響最為明顯。諧波能使電機(jī)產(chǎn)生附加的損耗和轉(zhuǎn)矩，并能減少電動機(jī)的絕緣壽命。諧波產(chǎn)生的脈沖轉(zhuǎn)矩，會導(dǎo)致出現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸扭曲和機(jī)械振動的問題，發(fā)出很大的噪聲。此外，諧波還對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信等弱電設(shè)備產(chǎn)生干擾；還影響電力測量的準(zhǔn)確性和計量儀表的精確性，甚至導(dǎo)致計量設(shè)備無法工作；諧波對人體也有不良的影響。

    3 供電系統(tǒng)諧波的管理

    由于諧波存在的廣泛性和頻譜的多樣性，使得諧波的管理有極大的困難，可以說在供電系統(tǒng)中完全消除諧波是不可能的，但我們可以對一些危害比較大的諧波進(jìn)行有效的處理。為減少供電系統(tǒng)的諧波問題，可以采取以下措施:

    3.1 通過技術(shù)措施，減少諧波的危害 減少諧波目前采用的方法是:

①運(yùn)用由L、R、C元件構(gòu)成諧振回路，可阻止與諧振回路的諧振頻率相同或相近頻率的諧波進(jìn)入電網(wǎng)，如在電力電子設(shè)備的交流側(cè)安裝無源濾波器；

②利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流趨向零，達(dá)到較實(shí)時補(bǔ)償諧波電流的目的；

③在諧波源處并聯(lián)加裝靜止無功補(bǔ)償裝置，可以有效減少波動的諧波量、改善功率因數(shù)、穩(wěn)定母線電壓、降低三相電壓不平衡度等，提高供電系統(tǒng)承受諧波的能力；

④將電容器組的某些支路改為濾波器或采取串聯(lián)電抗器，也可以采取限定電容器組的投入容量，避免電容器對諧波的放大。此外還有一些特定的方法，如增加換流裝置的相數(shù)，脈寬調(diào)制法，三相整流變壓器采用Y / Δ或Δ/Y 的接線等。

    3.2 加強(qiáng)管理，減少諧波的危害 諧波是附著于基波的，以電流的形式在電網(wǎng)中傳輸，使整個電網(wǎng)受其影響。因此我們可以采取一定的措施使諧波在一定的范圍內(nèi)流動而不影響電網(wǎng)的其他部分。各部門各負(fù)其責(zé)，盡量不把本部門管轄范圍內(nèi)的諧波傳送到其他線路，如發(fā)電部門提高發(fā)電機(jī)制造的工藝水平，提高三相繞組絕對對稱性，鐵心的均勻一致性，從源頭上減少諧波的產(chǎn)生，同時對輸送出的電流實(shí)行檢測，不把電廠的諧波送到供電部門；對于供電部門來說，諧波的產(chǎn)生不可避免，既有來自上游發(fā)電部門的諧波，又有來自下游用電部門的諧波，還有自身產(chǎn)生的諧波，但是通過一定的技術(shù)手段，加強(qiáng)監(jiān)測，實(shí)時控制，并通過加大供電系統(tǒng)短路容量、提高供電系統(tǒng)的電壓等級、加大供電設(shè)備的容量、盡可能保持三相負(fù)載平衡等措施，可以提高電網(wǎng)抗諧波的能力。

    3.3 加強(qiáng)對用戶端諧波的管理

    3.3.1 加大對諧波的危害性和治理方面的宣傳，使用戶深刻認(rèn)識諧波治理的重要性，諧波治理是是保證電網(wǎng)和設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的舉措。同時要制定一些制度，明確各個部門在諧波管理中的職責(zé)、相應(yīng)的操作規(guī)程、規(guī)范對諧波的管理；

    3.3.2 用電用戶產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)影響也最大，因此必須加強(qiáng)對用戶的管理，按照GB 17625.1—2003《電磁兼容　限值　諧波電流發(fā)射限值（設(shè)備每相輸入電流≤16A）》，要求購置的用電設(shè)備，經(jīng)過試驗(yàn)證實(shí)，符合該標(biāo)準(zhǔn)限值才允許接入到配電系統(tǒng)中；GB/T14549 《電能質(zhì)量　公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定的注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值的用戶，必須安裝電力諧波濾波器，以限制注入公用電網(wǎng)的諧波，限制消除諧波對電力設(shè)備及裝置的有害影響；

    3.3.3 加大用電檢查力度，對于已運(yùn)行的電能質(zhì)量污染源用戶進(jìn)行補(bǔ)立檔案，本著“誰干擾，誰污染，誰治理”的原則，進(jìn)行諧波源當(dāng)?shù)刂卫恚磳τ诋a(chǎn)生大量諧波的用戶，在用戶變的低壓側(cè)加裝濾波裝置，將諧波限制在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)。同時安裝電能質(zhì)量在線監(jiān)測儀，并定期進(jìn)行監(jiān)測，保證電網(wǎng)電能質(zhì)量和電網(wǎng)安全運(yùn)行。

    4 結(jié)束語

    諧波問題是復(fù)雜的，要解決供電系統(tǒng)中的諧波問題，必須要多方面共同努力，通過制定相關(guān)政策、健全相關(guān)制度和技術(shù)創(chuàng)新，一定可以把諧波控制在較微小的范圍內(nèi)，從而保證電網(wǎng)和電力設(shè)備的安全運(yùn)行，杜絕因諧波造成的電力安全事故。