电力系统谐波的来源与危害性分析及治理对策

2017-12-26 16:39 [电力论文] 来源于：互联网作者：甄野

导读：[摘要]随着国民经济和电力工业的飞速发展，用电负荷日趋复杂化和多样化。谐波污染已经成为危害电网、影响其他用电设备安全经济运行的重大问题。重点分析了电力系统谐波的来源及危害，并归纳了电力系统谐波治理的常用方法，为实际工作顺利开展奠定了基

　 [摘要]随着国民经济和电力工业的飞速发展，用电负荷日趋复杂化和多样化。谐波污染已经成为危害电网、影响其他用电设备安全经济运行的重大问题。重点分析了电力系统谐波的来源及危害，并归纳了电力系统谐波治理的常用方法，为实际工作顺利开展奠定了基础。

　　[关键词]电力系统谐波;来源：危害;治理;对策

　　中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0166-01

　　随着电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置的应用闩益广泛，谐波

　　所造成的危害也日趋严重。世界各国都对谐波问题予以充分的关注。

　　一、电力谐波的产生

　　电力电子装置的应用随着科技的发展.应用越来越广阔。而电力电子装置成为了最主要的谐波源。谐渡主要是由谐波电流源产生.电力系统中存在两类谐波源.一类是含半导体电阻的非线性元件.一类是带非线性设备的谐波源。

　　（一）发电源质量不高产生的谐波

　　发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。

　　（二）输配电系统产生的谐波

　　输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑到经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波，其中3次谐波电流可达额定电流的0.5%。

　　（三）用电设备产生的谐波

　　（1）晶闸管装置：晶闸管整流装置采用移相控制。从电网吸收的是缺角的正弦波.从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波。如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流。其中3次谐波的含量可达基波的30%：接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。如果整流装置为三相全控桥6脉整流器，变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流：如果是l2脉冲整流器，也还有Il次及以上奇次谐波电流：经统计表明：由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是最大的谐波源。

　　（2）变频装置：变频装置由于采用了相位控制，谐波成份除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。

　　（3）电弧炉、电石炉：由于三相负荷难以平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。其中主要是27次的谐波，平均可达基波的8%～20%o，最大可达45%。

　　（4）气体放电类电光源：分析与测量这类电光源的伏安特性，可知其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。

　　（5）家用电器：具有调压整流装置的家用电器，会产生较深的奇次谐波。在有绕组设备的电器中，因不平衡电流的变化也能使波形改变一这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。

　　二、谐波危害性分析

　　为了减少谐渡的产生，公用电网电压最好是定值定额的。谐波的产生对于公用电网来讲是一种污染.给用电环境以及其他设备带来了不同程度的危害。随着科技的进步.电子电力得到了广泛的应用.与此同时电子电子的普及使谐波污染愈加严重，造成故障与事故频发。

　　（一）它会影响电网的运行

　　谐被电流产生的功率损耗，电网线路损耗的来源之一。谐波电阻大于基波电阻.增加功率消耗的同时给其他设备带来了一定的危害.以电缆输电系统为例。谐波在增加功率损耗的同时还可能引起电压出现尖峰.使电缆线的寿命降低.容易引起使电缆老化。

　　谐渡不仅会引起电缆的老化.还会引起电晕损耗。

　　综上所述，谐波给电网带来的危害主要有：铁损、电网环境污染、供电质最下降、以及危害塾整个供电网络。

　　（二）影响电网的质量

　　电力系统中的谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变。如民用配电系统中的中性线，会产生大量的奇次谐渡，其中3次谐渡的含量较多，可达40%;三相配电线路中，相线上的3的整数倍谐波在中性线上会叠加，使中性线的电流值可能超过相线上的电流：另外，相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率与无功功率，从而降低电网电压，浪费电网的容量。

　　（三）影响电力测量的环节

　　测量仪表的工作环境是纯正弦波情况下。供电的波形发生改变即谐波的产生会直接影响测量结果。以电度表为例.电度表只有在设计参数以内的频率上才会有准确的读数.当频率增加时误差为负的。当频率在1000Hz左右时.电度表停止工作。

　　（四）影响变压器设备使用寿命

　　谐波对变压器的主要影响是增加了铜损和铁损，谐波频率越大，集肤效应越大.铁损越大.而且高次谐波更容身引起变压器的发热。并且谐波还会使变压器的噪声变大。

　　（五）影响旋转电机的寿命

　　谐波对旋转电机最主要的影响与对变压器的影响相近，除了附加损耗、过热以及噪音.严重时还会毁坏旋转电机。

　　（六）影响继电保护

　　在一个电力系统中.保护继电器的性能会受谐波的影响而改变.常见情况有起误动作甚至拒绝动作。继电器的类型以及工作原理不同，谐波对其影响的大小不同。在继电器中.部分晶体管型继电器对谐波的影响比较敏感。

　　（七）对电力电缆的危害

　　由于谐波次数高频率上升，再加之电缆导体截面积越大，趋肤效应越明显，从而导政协委员导体的交流电阻增大，使得电缆的允许通过电流减小，另外，电缆的电阻、系统母线侧及线路感抗与系统再串联，提高功率因数用的电容器及线路的容抗与系统并联，在一定数值的电感与电容下可能发生谐振。　　（八）电力系统谐波对用电设备的危害

　　（1）对电动机的危害：谐波对异步电动机的影响，主要是增加龟动机的附加损耗，降低效率，严重时使电动机过热。尤其是负序谐波在电动机中产生负序旋转磁场，起制动作用，减少了电动机的出力。

　　（九）对低压开关设备的危害：对于配电用断路器来说，全电磁型的断路器易受谐波电流的影响使铁耗增大而发热;热磁型和电子型的断路器，谐波使其额定电流降低。因此，断路器都可能因谐波产生误动作。

　　三、电力系统谐波的治理与改善措施

　　针对以上分析，为减少谐波产生的机会、减小谐波对对电力系统的危害，我们提出如下解决方案。

　　（一）安装滤波装置

　　L-C无源滤波器在补偿装置中比较常见。其工作原理是利用LC谐振来抑制谐波电流.原理是当LC振谐与某高次谐波频率相同时，即可以抵消。这种方法操作比较简单.且安全可靠。L C无源滤波器在实际应用中运用很广，不仅可以抵消对高次谐波的影响，还兼具对功率因数改善的功能。在使用中发现的主要缺点是：系统参数对其影响较大，而且体积较大。

　　（二）改变部分运行、接线方式，减小谐波的产生、叠加、放大及产生危害的机会

　　增加电网的短路容量、提高电气设备的短路比，来降低谐波对同一电网上其他设备的影响;加强运行时的实时控制，避免轻负荷、高电压的运行状态，以减少谐波电压过高对系统电器设备的影响;有意识地将配变中间相改接A或者C相，减少变压器群产生的谐波。在可能的隋况下，使配变接成△，yn形，将谐波在高压侧消化。

　　（三）在设计中注意避开谐波产生谐振的机会，减小带来的影响

　　根据《民用建筑电气设计规范》JGJ/T 16-923.3.10“为控制各类非线性用电设备所产生的谐波引起的电网电压正弦波形畸变在合理范围内，宜采限下列措施：各类大功率非线性用电设备变压器的受电电压有多种可供选择时，如选用较低电压不能符合要求，宜选用较高电压。

　　（四）加强电力各方面的管理工作

　　（1）供电部门应提高系统的管理水平，进行全面规划.采取有力措施加强技术监督与管理。

　　（2）要改变先污染后治理的思想.对于污染要从源头上杜绝。制约手段要严格贯彻实施。例如对电力设备等的谐波含量要严格控制，否则不能投入使用。

　　结束语

　　电力市场的发展越来越快，不管是政府，企业还是用户对电能质量的要求越来越多，对绿色电力的发展史未来的必然趋势。因此，我们要立足大局，对谐波的治理要综合要全面，从根本上挽回谐波造成的经济损失。

　　参考文献

　　[1] 刘利宏，治理谐波污染，提高电能质量[J]，电气时代，2002（8）.

　　[2] 牛卢璐，对电力系统谐波的来源分析及其治理措施，黑龙江科技信息，2008.35.