1 前言：

在理想電力系統(tǒng)中，電能是以恒定頻率和幅值的三相平衡正序正弦電壓向用戶供電，但在實(shí)際運(yùn)行中的電力系統(tǒng)，由于負(fù)荷是隨機(jī)變化的，三相電壓的幅值、頻率、相位差不能保持恒定不變；特別是近幾年來(lái)，隨著云南電氣化鐵路、冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)的發(fā)展以及家用電器的普及，電力系統(tǒng)中的非線性負(fù)荷（硅整流設(shè)備，電力機(jī)車，電解設(shè)備）、沖擊性負(fù)荷（電弧爐，軋鋼機(jī)）日益增加，使電網(wǎng)的非線性（諧波）、非對(duì)稱性（負(fù)序）和波動(dòng)性日趨嚴(yán)重，電壓、電流波形不再是單一的正弦波，包含有高次諧波，對(duì)電力系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生十分嚴(yán)重的影響，威脅到供用電設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2 諧波的主要危害（簡(jiǎn)述）：

諧波“污染”是電網(wǎng)的公害，它引起的經(jīng)濟(jì)損失主要是惡化了電能質(zhì)量指標(biāo)，降低了電網(wǎng)的可靠性，增加了電網(wǎng)損失，縮短了電氣設(shè)備的壽命，降低了產(chǎn)品質(zhì)量。諧波的危害主要體現(xiàn)在如下個(gè)幾方面：

2．1 增加了電網(wǎng)中諧振的可能，從而造成很高的過(guò)電流或過(guò)電壓而引發(fā)事故。當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)的不利配合和有足夠強(qiáng)的諧波源時(shí)，串聯(lián)或并聯(lián)諧波諧振問(wèn)題就必然成在，將會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞一次設(shè)備而導(dǎo)致系統(tǒng)事故的發(fā)生。

2．2 對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生有害影響。主要表現(xiàn)在產(chǎn)生附加損耗和轉(zhuǎn)矩上，危害的嚴(yán)重性與諧波電壓、諧波電流以及旋轉(zhuǎn)電機(jī)的型式和結(jié)構(gòu)有關(guān)。比如：在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子繞組中所有正序諧波電流都將產(chǎn)生正方向的電磁轉(zhuǎn)矩，有助于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，而負(fù)序諧波電流的作用恰好相反。對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)的振蕩力矩可能激起汽輪發(fā)電機(jī)復(fù)雜的耦合振蕩，使轉(zhuǎn)子元件發(fā)生扭力振蕩并使汽能機(jī)葉片屈曲。

2．3 影響電網(wǎng)和供電一次設(shè)備的安全運(yùn)行。

1）諧波電壓可使變壓器的磁滯及渦流損耗增加，使絕緣材料承受的電氣應(yīng)力增大，而諧波電流使變壓器的銅耗增加，普通變壓器在嚴(yán)重的諧波負(fù)荷下往往會(huì)產(chǎn)生局部過(guò)熱，噪聲增大等現(xiàn)象。

2） 除了諧波電壓使電容器產(chǎn)生額外的功率損耗外，諧波還造成電容器與電網(wǎng)其它部分之間產(chǎn)生諧波諧振，發(fā)生危險(xiǎn)的過(guò)電壓、過(guò)電流，引起電容器熔絲熔斷或使電容器損壞。|

3）前蘇聯(lián)曾對(duì)兩條同時(shí)敷設(shè)在相似環(huán)境溫度下的電纜進(jìn)行試驗(yàn)，其中一條在基波正弦電壓下運(yùn)行，另一條在電壓總畸變率為6%—8.5%（主要為5、7次諧波），經(jīng)2.5年運(yùn)行后，后者的泄漏電流平均高出36%，而3.5年后則高出43%，由此可見(jiàn)，諧波對(duì)電力電纜的損壞程度也是相當(dāng)大的。

4）諧波電壓引起的電壓波形畸變會(huì)影響線路電暈電壓，當(dāng)諧波電壓與基波電壓波峰重合時(shí)，可能使線路的電暈問(wèn)題變得嚴(yán)重，而諧波電流流過(guò)輸電線路時(shí)，因集膚效應(yīng)使輸電線路的附加損耗增大。

5） 諧波電流較大時(shí)將使斷路器遮斷能力降低，這是因?yàn)楫?dāng)電流有效值相同時(shí)，波形畸變嚴(yán)重的電流與基波電流相比，在電流過(guò)零點(diǎn)處di/dt可能較大，在嚴(yán)重的諧波電流時(shí)，一些斷路器磁吹線圈不能正常工作。

2．4 諧波源注入系統(tǒng)的諧波，將會(huì)引起系統(tǒng)各類繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)，比如：發(fā)電機(jī)的負(fù)序電流保護(hù)、主變壓器的復(fù)合電壓起動(dòng)過(guò)電流保護(hù)、母線的差動(dòng)保護(hù)、線路的各型距離保護(hù)和高頻保護(hù)、故障錄波器、自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置以及音頻負(fù)荷控制裝置等。

2．5 諧波對(duì)計(jì)量?jī)x表也會(huì)產(chǎn)生影響，比如：感應(yīng)式電度表對(duì)諧波頻率有負(fù)的頻率誤差特性，電度表對(duì)諧波消耗的功率計(jì)量是不足的，在諧波源的情況下，電度表記錄是基波電能扣除一小部分諧波電能，因此諧波源雖然污染了電網(wǎng)，反倒少交電費(fèi)；在畸變電源供線性負(fù)荷時(shí)，電度表記錄的是基波電能及部分諧波電能，因此用戶不但多交電費(fèi)，而且受到損害。|

2．6 諧波還會(huì)干擾通信系統(tǒng)、降低信號(hào)的傳輸質(zhì)量，破壞信號(hào)的正常傳遞，甚至損壞通信設(shè)備；諧波對(duì)通信線路干擾的物理機(jī)制主要體現(xiàn)在電容耦合、電磁感應(yīng)、電氣傳導(dǎo)三個(gè)方面。

3 云南電網(wǎng)諧波現(xiàn)狀：

九八年、九九年上半年，云南省電力局電網(wǎng)諧波監(jiān)測(cè)站對(duì)全省十個(gè)供電局所轄范圍內(nèi)的172個(gè)點(diǎn)進(jìn)行了諧波普查，普查對(duì)象主要是220kV主網(wǎng)和使用電弧爐等非線性負(fù)荷的大型用戶，計(jì)算及分析依據(jù)是按GB/T14549—93《電能質(zhì)量 —公用電網(wǎng)諧波》，其結(jié)果是：所有供電區(qū)范圍內(nèi)均有不同程度的諧波超標(biāo)，嚴(yán)重地區(qū)的超標(biāo)值已超過(guò)限值的4倍以上，大部分超標(biāo)值均在限值的2倍左右，共有90個(gè)超標(biāo)點(diǎn)，占總測(cè)點(diǎn)的53%，電能質(zhì)量不容樂(lè)觀。現(xiàn)列舉部分超標(biāo)點(diǎn)僅供參考。

4 云南電網(wǎng)諧波防治基本措施

4．1　必要性

根據(jù)云南省電力局電網(wǎng)諧波監(jiān)測(cè)站對(duì)云南電網(wǎng)諧波普查的情況來(lái)看，云南電網(wǎng)諧波問(wèn)題已經(jīng)比較嚴(yán)重，只是人們對(duì)電力污染造成電能質(zhì)量下降的嚴(yán)重性遠(yuǎn)不如對(duì)環(huán)境污染的嚴(yán)重性認(rèn)識(shí)那么深刻而已。電能質(zhì)量造成電能浪費(fèi)和由此而引發(fā)的事故所造成的經(jīng)濟(jì)損失也是難已預(yù)料的，例如：1990年4月10日，晉東南電網(wǎng)因運(yùn)行方式的需要，220kV霍長(zhǎng)線停電檢修，220kV長(zhǎng)治變由漳澤電廠通過(guò)220kV漳長(zhǎng)I回單獨(dú)供電，向地區(qū)網(wǎng)輸送140MW，系統(tǒng)運(yùn)行正常；20時(shí)18分，太焦電鐵三座牽引站產(chǎn)生的諧波和負(fù)序電流經(jīng)110kV系統(tǒng)注入220kV系統(tǒng)，引起該線路送漳澤電廠出線211開(kāi)關(guān)的JGX—11A型晶體管相差高頻保護(hù)誤動(dòng)作，造成晉東南電網(wǎng)瓦解和大面積停電事故，巴公電廠周波降為45.7Hz，與電網(wǎng)解列44分鐘，晉東南11個(gè)變電站停電，電氣鐵道停電20多分鐘，電網(wǎng)和用戶均受到較大的損失。因此，對(duì)諧波“污染”造成的危害影響加以經(jīng)常監(jiān)測(cè)和限制，以及對(duì)電網(wǎng)諧波問(wèn)題的防治技術(shù)研究是極為迫切需要的。

4．2　建立有效的電能質(zhì)量監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)，做好電能質(zhì)量普查工作。

建立電能質(zhì)量監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)，積極做好電能質(zhì)量普查工作，特別是諧波普查工作，普查內(nèi)容應(yīng)包括：基波電壓、基波電流、負(fù)序電壓、負(fù)序電流、諧波電壓、諧波電流、功率因素、基波功率、諧波功率、諧波阻抗、諧波方向、電壓波動(dòng)與閃變動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。由于諧波的變化帶有隨機(jī)性，諧波造成的事故帶有突發(fā)性，增加了客觀分析諧波危害的困難，因此，在有條件的情況下，應(yīng)盡可能建立電能質(zhì)量實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，全面掌握電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；這是因?yàn)殡娔苜|(zhì)量治理工作是一項(xiàng)十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它包括了無(wú)功補(bǔ)償、高次諧波抑制、平衡三相負(fù)荷、降低損耗等，投資大，技術(shù)難度高，必須有準(zhǔn)確數(shù)據(jù)才能制定科學(xué)的治理方案。

4．3　減小諧波影響的防治措施：列舉如下幾種措施僅供差考。

1）增加換流裝置的相數(shù)或脈動(dòng)數(shù)。

從表中可以看出，增加脈動(dòng)數(shù)可以消除部分諧波。

2）增加系統(tǒng)承受諧波能力。將諧波源由低電壓、小容量供電方式改為用高一級(jí)電壓、較大容量的供電方式，可以減小諧波影響。例如：昆鋼由原來(lái)的溫鋼線110kV供電時(shí)，3次、5次諧波超標(biāo)值為12.48A、6.36A，超標(biāo)已較嚴(yán)重，現(xiàn)改為草鋼、馬鋼220kV供電，供電容量增大，諧波指標(biāo)均滿足限值要求。

3）消除局部諧振。云南電力系統(tǒng)大部分變電站都裝有用以補(bǔ)償無(wú)功功率的并聯(lián)電容器，其并聯(lián)諧振頻率：fp=f1Ö SS/SC，串聯(lián)諧振頻率：fS=f1Ö(St/ SC)-(SL/ SC)2，其中：SS為系統(tǒng)短路容量，SC為電容器組容量，St為變壓器短路容量，SL為負(fù)荷容量。當(dāng)諧波頻率與fp相近時(shí)就會(huì)發(fā)生并聯(lián)諧振，引起變電站母線諧波電壓升高，諧振支路諧波電流過(guò)大；當(dāng)在并聯(lián)電容器電路中流過(guò)很大諧波電流時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生串聯(lián)諧振。電網(wǎng)局部諧振將造成電氣設(shè)備因過(guò)電壓和過(guò)電流而損壞。局部諧振問(wèn)題花少量費(fèi)用（主要是測(cè)試分析費(fèi)用）就可解決，即根據(jù)測(cè)試分析的情況，調(diào)整系統(tǒng)負(fù)荷分布或電路參數(shù)即可。

4）防止電容器對(duì)諧波的放大。改變電容器的串聯(lián)電抗器，或?qū)㈦娙萜鹘M的某些支路改為濾波器，或限定電容器組的投入容量，均可有效減下電容器對(duì)諧波的放大并保證電容器組的安全運(yùn)行。該方法有一定的技術(shù)難度，應(yīng)進(jìn)行專門的分析、計(jì)算和設(shè)計(jì)。

5）加裝靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置。靜補(bǔ)裝置的基本結(jié)構(gòu)是由快速可變的電抗或電容元件組合而成，除了綜合改善電能質(zhì)量這一直接效果外，在電網(wǎng)中已成為控制無(wú)功、電壓，提高輸電穩(wěn)定性，限制系統(tǒng)過(guò)電壓，增加系統(tǒng)阻力的重要技術(shù)措施。靜補(bǔ)裝置的一次性投資大，在制定工程方案時(shí)應(yīng)經(jīng)充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

6）采用無(wú)源電力濾波裝置就近吸收諧波源產(chǎn)生的諧波電流，降低連接點(diǎn)諧波電壓，是抑止諧波“污染”的一種有效措施。該裝置一般由電力電容器、電抗器（常用空心）和電阻器適當(dāng)組合而成，它和諧波源并聯(lián)，除起濾波作用外還兼顧無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枰o(wú)源電力濾波裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便，目前已得到廣泛應(yīng)用。

7）采用有源濾波器等新型裝置抑制諧波的措施。隨著高功率大電流半導(dǎo)體器件及GTO的發(fā)展，有源濾波器已開(kāi)始實(shí)用化，這種濾波器向電網(wǎng)送入與原有諧波電流幅值相等、相位相同、方向相反的電流，使電源的總諧波電流為零。有源濾波器由于僅補(bǔ)償無(wú)功電流，因此裝置容量可以大大減小，相應(yīng)地降低了損耗；由于它對(duì)電網(wǎng)參數(shù)沒(méi)有影響，不會(huì)引起諧振危險(xiǎn)，因而使用靈活，是一種很有發(fā)展前景的諧波補(bǔ)償裝置。

5 結(jié)束語(yǔ)

諧波源產(chǎn)生的諧波對(duì)電力系統(tǒng)環(huán)境造成的污染，影響到整個(gè)電力系統(tǒng)的電氣環(huán)境，包括電力系統(tǒng)本身和廣大用戶，而且其污染影響的范圍大、距離遠(yuǎn)，嚴(yán)重威脅到電力設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，因此，對(duì)各種污染源排放的容量加以限制并進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理具有十分重要的意義。隨著我省電網(wǎng)“無(wú)功、電壓”工作會(huì)議的召開(kāi)，闡述了電能質(zhì)量監(jiān)督管理的重要性，明確了管理機(jī)構(gòu)與各發(fā)供電單位的職責(zé)，把電能質(zhì)量納入監(jiān)督考核，標(biāo)志著云南電網(wǎng)電能質(zhì)量管理上了一個(gè)新臺(tái)階。鑒于上述原因，特撰稿一篇，以起到拋磚引玉的作用，供同行們參考。