浅谈谐波在配电网中的危害及治理对策

2018-05-27 22:53 [电力论文] 来源于：互联网作者：互联网

导读：【摘要】本文介绍了谐波的概念及测量，分析了配电网中的谐波源，阐述了谐波在配电网中的危害，提出了配电网谐波治理的对策。【关键词】谐波配电网危害治理对策中图分类号：TP317 文献标识码：A 文章编号：1009―914X（2013）35―476―01 随着我国国民

　　【摘要】本文介绍了谐波的概念及测量，分析了配电网中的谐波源，阐述了谐波在配电网中的危害，提出了配电网谐波治理的对策。
　　【关键词】谐波配电网危害治理对策
　　中图分类号：TP317 文献标识码：A 文章编号：1009―914X（2013）35―476―01
　　随着我国国民经济的快速发展，大功率整流设备、变频调速设备、换流逆变器设备等在配电网中得到广泛应用，给配电网注入了大量的非线性阻抗特性，导致配电网波形出现严重畸变现象，配电网中的谐波问题严重，在很大程度上对电力系统及电气设备造成危害。如何做好配电网中的谐波治理，提升电能利用率及电网安全运行率，是当前电网工作者关注的热点问题之一。
　　1、谐波的概念及测量
　　1.1 谐波的概念。谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率是基波频率的整数倍数。理论上看，非线性负荷是配电网谐波的主要产生因素。非线性负荷吸收电流和外加端电压为非线性关系，这类负荷的电流不是正弦波，且引起电压波形畸变。周期性的畸变波形经过傅立叶级数分解后，那些大于基频的分量被称作谐波。非线性负荷除了产生基频整次谐波外，还可能产生低于基频的次谐波，或高于基波的非整数陪谐波。电力系统中出现系统短路、开路等事故，而导致系统进入暂态过程引起的谐波，将不归属谐波治理的范畴。谐波按其性质和波动的快慢可分成四类：准稳态谐波、波动谐波、快速变化的谐波和间谐波四类。
　　1.2 谐波的测量。通常采用谐波测试仪来监测和分析谐波。一般来说，将用户接入公用电网的公共连接点作为谐波监测点，测量该点的电压和注入公共电网的电流后，通过对电压和电流的分析，取得谐波测量资料。电网中谐波源定位，一般采用功率方向法和瞬时负荷参数分割法。而谐波模型分析的方法一般有三种：非线性时域仿真、非线性和线性频率分析。三种方法的相同点是对电网作适当的线性化处理，只是在处理非线性设备时采取了不同的模拟方式。
　　2、配电网中的谐波源
　　2.1 用电环节。用电环节谐波源更多，晶闸管式整流设备、变频装置、充气电光源以及家用电器，都能产生一定量的谐波。晶闸管整流技术在电力机车、充电装置、开关电源等很多方面被普遍采用。它采用移相原理，从电网吸收的是半周正弦波，而留给电网剩下的半周正弦波，这种半周正弦波分解后能产生大量的谐波。有统计表明，整流设备所产生的谐波占用整个谐波的近40%，是最大的谐波源。变频原理常用于水泵、风机等设备中，变频一般分为两类：交-直-交变频器和交-交变频器。两者均采用相位控制技术，所以在变换后会产生含复杂成分的谐波。因变频装置一般具有较大功率，所以也会对电网造成严重的谐波污染。
　　2.2 输变设备。输电和配电系统中存在大量的电力变压器。因变压器内铁心饱和，磁化曲线的非线特性以及额定工作磁密位于磁化曲线近饱和段上等诸多因素，致使磁化电流呈尖顶形，内含大量奇次谐波。变压器铁心饱和度越高，其工作点偏离线性就越远，产生的谐波电流就越大，严重时三次谐波电流可达额定电流的5%。
　　3、谐波在配电网中的危害
　　①开关设备：因谐波电流导致开关设备在起动瞬间产生很高的电流变化率，使暂态恢复峰值电压增大，破坏绝缘，还会引起开关跳脱、引起误动作。②电力电子设备：电力电子设备通常要靠精确电源零交叉原理或电压波形的形态来控制和操作，若电压有谐波成分时，零交叉移动、波形改变、以致造成许多误动作。③计量仪表：造成感应盘中产生额外转距，导致误差，精度降低，甚至烧毁线圈。④保护电器：电流中含有的谐波会产生额外力矩，改变电器动作特性，引起误动作，甚至改变其操作特性，或烧毁线圈。⑤感应电动机：如变压器一般，电流和电压谐波也能增加电动机铜损及铁损，温度升。同时谐波电流会改变电磁转距，产生振动力矩，使电动机发生周期性转速变动，影响输出效率，并发出噪声。⑥变压器：电流和电压谐波将增加变压器铜损及铁损，造成变压器温度上升，绝缘能力下降，容量裕度减小。谐波还能产生共振及噪声等。⑦电力电容器：当谐波产生时由于频率增大，电容器阻抗瞬间减小，涌入大量电流，造成过热甚至损坏电容器，还有可能发生共振，产生振动及噪声。
　　4、配电网谐波治理的对策
　　4.1 针对谐波的产生和传播的特点，采取相应的隔离、补偿和减小措施。在配电网中，主要存在的是三次谐波污染，可以在谐波检测的基础上，通过适当加装滤波设备来减小谐波注入电网。对于各种电气设备的设计者，在设计初始，就要考虑其设备的谐波污染度，将谐波限制在标准允许的范围内。
　　4.2 加装有源谐波调节器。由于边频带上的频率是随传动装置的速度而变化的，并且时常很接近于基波频率，因此由变流器或逆变器产生的边频带和谐波用普通的滤波器来处理，难度较大。而有源谐波调节器通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变换技术，将与谐波和无功分量大小相等、方向相反的电流注入供配电系统中，来精确地补偿由负荷产生的谐波电流，实现滤除谐波、动态补偿无功的功能。
　　4.3 加强管理，多方出资，共同治理。谐波的治理，需要大量的投资，不能仅仅靠供电部门，要调动电力供需环节中的各个方面，在分清谐波来源基础上，走共同治理之路。
　　4.4 加装隔离变压器。均衡的3次谐波电流传回到电源，可通过一台Dyn接法的隔离变压器来降低谐波。使用该变压器时，通常装设一个旁路的电路以避免在进行变压器的维护工作时长时期地对负荷停止供电。在这种情况下，应采用中性线有足够大的通用四芯馈线。在重要的配电系统中，有时把隔离变压器就地装在每一配电盘上，以隔离3N次谐波电流与配电系统。隔离变压器要适当提高额定值，否则也会产生电压畸变和过热。
　　4.5 加强标准和相应规范的宣传贯彻。IEC 6100以及国标GB/T 14549-1993，对于谐波定义、测量等进行了宣传，明确谐波治理是一项互惠互利、节能增效，是保证电网和设备安全稳定运行的举措。
　　4.6 加装无源电力滤波器。由于由电力电子器件构成的非线性节能设备在低压配电网中被广泛应用，因此导致谐波污染相当严重，而并联电容器组的投入则会引起某次谐波的放大。过大的谐波含量可能导致电容器损坏，甚至使得系统电压严重畸变。为防止谐波放大，在该装置中每组电容器均与电抗器相串联构成无源滤波器，选择L、C参数时主要兼顾3、5次谐波的抑制问题。统一将电抗率设定为6%，使其在基波频率下呈现容性，既作为基波无功补偿装置，又兼作谐波滤波器，避免电容器组产生谐波过电流，降低系统谐波含有率。实验结果证明该方法可以有效地抑制3、5次谐波。
　　4.7 主管部门对所辖配电网进行系统分析。通过正确测量，以确定谐波源位置和产生的原因，为谐波治理准备充分的原始材料；在谐波产生起伏较大的地方，可设置长期观察点，收集可靠的数据。对电力用户而言，可以监督供电部门提供的电力是否满足要求；对于供电部门而言，可以评估电力用户的用电设备是否产生了超标的谐波污染。
　　5、结束语
　　电网运行效率影响着电网的效益和能源的有效利用，而谐波是导致电力损耗增加，供电质量下降的重要因素。因此，电力部门除自身重视谐波治理外，还应加强谐波治理的宣传工作，并积极提出适合用户的治理方案，以实现供、用电双方的综合治理，从而真正改善及提升整个配电网的电力产品质量，达到减少能耗、提高电能利用率的目的。
　　参考文献：
　　[1] 王永刚.浅谈配电网络的谐波治理[J].科技传播.2009
　　[2] 陈锦增.供电企业对配电网与谐波治理的探讨[J].中华民居.2011
　　作者简介：
　　王和平，男，蒙古族，大学本科，1984年出生，助理工程师，现从事配电技术工作。

（编辑：东北亚）

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