浅谈港口供电系统中谐波的防治措施王宏

浅谈港口供电系统中谐波的防治措施王宏

王宏

（神华天津煤炭码头有限责任公司）

摘要：改革开放以来，国民经济发展迅速，港口机械化作业模式也取得了长足有效的发展。港口供电系统的安全有效运行是港口生产运行过程中的重要环节。只有确保供电系统的安全稳定运行，港口生产才能有条不紊的进行。港口生产正在发生日新月异的变化，港口对于电力的需求量也呈现出不断上升的趋势，随着数字化港口建设及港口自动化程度的逐年提高，大功率变频及逆变设备等用电负荷大面积开展应用。将对港口供电系统的稳定运行提出更高的要求。只有供电系统的稳定，供电网络的安全有效运行才能确保港口生产作业的用电需求。然而港口供电系统的安全有效运行却面临着谐波的危害。谐波的产生成为了港口供电系统运行中的安全隐患。谐波的产生是由于港口供电系统中一些非线性设备造成的。港口供电系统中的非线性设备具体包括大功率整流设备、变流设备、放电类光源、电弧炉、感应炉和各种电力电子设备机港区内各类家用电器的使用。由于这些设备是非线性负载，因此在其工作运行过程中会产生谐波。谐波会对供电系统造成危害，由于谐波会引起电气设备的附加损耗和发热，从而导致供电设备温度过高、绝缘性能降低，使用寿命缩短，且降低继电保护、控制系统动作的可靠性和精度及灵敏度，影响供电系统设备运行的安全及稳定，导致供电不稳定，从而导致断路器跳闸，严重的还会发生火灾危害。破坏电网的整体安全高效运行。因此对于谐波危害要加强预防控制。首先要了解谐波的产生原因，性质特点，严重危害，然后采取对应的措施解决问题。确保供电系统的安全有效运行，确保高质量的电力供应，从而保证供电系统的安全性。为港口地区的生产生活提供电力保障。

关键词：港口工业；供电系统；谐波防治

引言：港口供电系统谐波的防治是一项重要的工程，在港口工程建设过程中一定要给予足够的重视。港口供电系统既涉及到港口建设单位的职责又涉及到电力企业部门的职责。因此港口供电系统的建设一定要做到权责明晰，责任到人。设立相应的监督管理部门。谐波的防治还需要国家企业居民以及高校等各方面共同努力，加大科研投入，自主研发才是解决谐波问题的根本途径。同时还要积极借鉴国外先进的谐波防治经验方法，引进先进的技术。本文对港口供电系统中谐波作用下的元件模型包括变压器输电线路、负荷，以及谐波的概念及产生、港口供电中谐波的影响包括对输电线路、变压器、测量控制仪器的影响和谐波的具体防治措施进行了详细的介绍，以期读者能够对谐波有详细深入的了解。

1、港口供电系统中谐波作用下的元件模型

1.1变压器

当谐波次数不是太高时，变压器绕组间及绕组中匝间电容可以忽略.因而其等值电路为一连接原副边节点的阻抗支路可表示为：其阻抗值由绕组电阻和漏抗所组成.漏感值近似认为一常数，其电抗值为相应基波电抗与谐波次数乘积，即XTn=nXT1，式中XT1为变压器基波电抗，在高次谐波作用下，由于绕组内的集肤效应明显增加，电阻值增大并与谐波次数的平方根成正比，此时变压器的谐波阻抗可表示为：ZTn=nRT1+jnXT1

1.2输电线路

输电线路的均匀分布参数常以集中参数的II型等值电路图表示，若以r01，x01及b01分别表示线路单位长度的基波电阻、电抗和电纳，线路长度为L，则谐波作用下的线路参数为：

ZLn=（r01+nX01）L

YLn=jnb01L

1.3负荷

在基波作用下系统的负荷常用一台等值电动机与一个电阻并联来表示一条母线上的综合等值负荷，当进行谐波潮流分析计算时利用供电点上已知基频有功和无功潮流，设电抗与频率有关而并联电阻保持常数不变。

2.谐波的概念及产生

2.1谐波的概念谐波是有效分量的实际工频在波动下所产出的频率，也称分数谐波、次谐波或间谐波。而在电力系统中，谐波则是电量非周期性的运转时为基波频率时电流而产出的电量，所以说电力系统中的谐波并不完全等同于其它领域的谐波。

2.2港口供电中谐波的产生

对于港口经济发展而言，每年的用电量也是非常惊人，而港口供电系统中由于用电设备的大规模投入使用所产生的谐波也是客观存在的，港口供电设备其本身不但会受到谐波的侵扰，同时系统本身也是一个谐波的制造体，归结其原因港口系统谐波是由于基波电流的一次次畸变而产生的，严重威胁供电系统的稳定运行。

具体的产生途径有如下几个方面：变压器在港口的运用时，其内部的铁心如果出现类似饱和或是磁化曲线状态时，谐波则会被释放出来；充气电光源和气体放电光源由于它的优越性能在不断的使用，但是它却是产生谐波的另一个原因，并且在产生的过程中对谐波拥有一定的增强效果；

除此之外，在港口供电设备中使用的大功率的变频电源及逆变器等变频设备应采用增加两级滤波措施改善输入、输出波形抑制并减小变频电源谐波对供电系统设备的影响，因其对供电系统设备的影响非常显著，甚至可以说是港口供电系统安全的一个重大威胁；另外一些电子设备及办公设备，虽然为港口工作带来了便捷，也是产生谐波的一个重要来源。总之产生谐波的因素有很多，谐波对供电系统的影响也是不容忽视的，所以说谐波治理将列为港口供电系统设备是否能安全运行的重中之重的问题。谐波治理势在必行。

3.港口供电中谐波的影响

3.1谐波对输配电线路的影响

谐波对输配电线路的影响主要是对输配电线路的功耗以及对输配电线路的绝缘性能的破坏。高次谐波电流对输电线路造成严重的功能损耗。对输电线路的绝缘性能的破坏是由于谐振区附近的谐波频率会对输电线路的绝缘层造成严重的绝缘击穿。谐振区大都位于网络谐振点附近。谐波频率注入系统后就会造成绝缘击穿。绝缘击穿危害在电缆线路中最为常见，危害性也最为强烈。之所以电缆线路更容易发生绝缘击穿是由于电缆线路的自身性能造成的。电缆线路具有对地电容过大、感抗过小的性质特点，这种性能又有利于谐波的产生。因此在电缆线路中很容易发生谐波现象。然而国内现行的港口供电系统中大都采用电缆线路。因此面对谐波对输电线路的影响尤其是电缆线路的影响港口企业供电部门必须提高重视，防患于未然，避免谐波对电力系统的破坏。

3.2谐波对电力变压器的影响

谐波对变压器造成影响主要体现在两方面，一是谐波电压对变压器的影响，二是谐波电流对变压器的影响。谐波电流对变压器的影响是由于谐波电流会使变压器的铜损大幅度增加。谐波电压对变压器的影响是由于谐波电压也会造成变压器的性能损耗，具体损耗主要有磁滞、涡流两方面的损耗，同时还会对电场强度造成破坏，从而破坏绝缘性能，导致绝缘击穿现象。变压器也具有多种类型，带有非对称性负荷的变压器在通过其设备原件的励磁电流中谐波分量会大幅增加。

3.3谐波电流会影响供电系统运行的可靠性

在供电系统中，继电保护装置是一个重要的供电设备。继电保护装置对于供电系统安全平稳运行有重要意义，继电保护装置大都是按照基波负序量来进行负序保护。谐波干扰叠加到继电保护装置经过整定而得到的整定值上后，会严重影响继电保护装置的正常运行，会造成其产生误动作，从而造成供电系统的瘫痪。这种不良影响在电磁式继电器中更为明显。

3.4谐波对测量控制仪器的干扰

电力系统运行过程中有一系列弱电设备。弱电设备具体包括通讯、电视、网络等。谐波可以通过一系列的感应与传导对这些弱电设备产生不良影响。具体的感应包括电磁与静电两种感应类型。

4.港口供电系统中谐波的防治措施

4.1对港口供电设备进行合理有效的管理

对于港口供电设备进行的管理要做到事无巨细，全面到位。对于设备参数要做到详尽的了解，确保设备操作过程中的安全有效性。对于设备的谐波接入值要进行严格的把控，确保其不超过设备的谐波合理负载。港口企业供电运行管理部门也要加大对企业设备管理运营的费用投入，安排专业人员对供电设备进行定期的安全检修与故障排查。对于设备维修管理人员的素质进行严格的把关，确保其专业素质过硬，技术操作娴熟。同时还要加大企业设备管理的规章制度的制定。对于供电设备接入的谐波进行严格的监控，同时还必须要安装电力谐波滤波器并对接入谐波值进行最大限度的控制。

4.2对港口供电设备进行合理有效技术改良

港口电力系统供电过程中，谐波的产生是不可避免的。因此只能对供电设备进行合理有效的技术改良，最大限度上减少谐波的产生，降低谐波对电力供电系统的危害。供电设备的技术改良要达到对供电设备的电压容量以及电容量有效提升的目的。同时还要有效的避免短路故障发生，提高对短路故障的防护能力。供电设备进行相应的技术改良之后，会对其抗谐波干扰性能有很大的提升。同时还要引进国外先进的供电设备，建立先进有效的安全预警系统。确保能在技术水平上做到及时发现问题，及时解决故障。

增加滤波装置的使用量，对于谐波的控制与治理的一个最直接有效的方法是增加滤波装置。传统的无源滤波方法对滤波的防治效果是有限的，应该大力采取有源滤波防治的方法在谐波发生源头对谐波进行有效的防护。改变原来的被动预防为主动预防。

对于谐波的防治一个有效的方法是对电气设备的制造材料进行有效的改进。确保电气设备的各个零部件的抗谐波性能达到最优。对于新型抗谐波材料的研发需要国家企业高校的支持。国家科研部门应该加强新型材料研发的科研费用投入，同时国内高校作为新型科技力量的主力军也要积极投入到新型供电设备材料的研发队伍中来。通过新型供电设备替代材料的应用，最大限度的降低谐波的产生，降低谐波的危害。最大限度的降低电力输送路程，减少谐波的产生量。

4.4对供电系统进行合理的调整

对于供电系统的合理调整首先要从供电设备上入手。供电设备的解决有利于从源头上遏制谐波对供电系统的危害。对于供电设备的改进首先要在供电设备的设计上进行调整。传统的供电设备设计在供电线路的设计上有很大的缺陷。供电线路对非线性负载的考虑不够全面，仅仅在供电线路的上游对谐波进行了有效的防护。因此在供电系统的调整过程中要尽量使非线性负载安置于供电线路上游，或者加大线路设计投入，在整条供电线路的设计过程中都要对非线性负载进行充分的考虑。对于一些低压用电企业一定要充分考虑谐波对接地线路的危害。在供电系统进行调整的过程中还要充分考虑电容量的因素。确保电容量有合理的调整空间。滤波器的设计使用也是供电系统设计的一个重要内容。

4.5加大电缆线路施工项目的保护力度

电力部门以及国家相关部门，应制定相应的电缆保护法律法规，加大对人为破坏电缆线路的惩罚力度。电力部门应该联合园林绿化等相关部门，严格控制施工过程，保证施工过程的科学性严谨性，严厉制止怠工现象。

保证电缆线路自身的质量，电缆线路的填埋一定要保证各处的填埋深度一致，从而避免因深度不一致造成的错位，致使电缆线路的损坏。与此同时要在电缆线路外部包裹一层防护层，可以选取海绵等材质，从而保护其受力均匀。在选取电缆线路提供的公司的时候，一定要严格考查，按照法律程序，进行严格招标，同时对即将投入到电缆线路工程中使用的电缆进行严格审查，确保其质量。

4.6加强宣传，加强港口供电系统施工人员质量意识

建立和完善相应的质量监督管理部门，保证责任到人。不断完善监督管理体系。制定相关的监督管理制度条例。在港口供电系统谐波防治施工过程中要加强工程质量重要性宣传，从而提高施工人员的质量意识。

提高港口供电系统施工技术要求，一方面提高对施工人员的技术要求，确保从业人员达到相应的专业技术要求。另一方面在施工过程中也要提高技术要求，严格按照工程施工标准进行，禁止野蛮施工的现象。在工程竣工后还要定期对其进行检查维修，确保其质量安全。港口供电系统管理是一项关乎人民生产生活安全稳定运行的重要任务。对其进行合理管理对国民经济的稳定运行，国民经济发展方式的转变，全面可持续协调发展具有重要意义。要求国家企业政府居民都投入到管理工作中来，尽自己的一份力。

总结：随着国民经济的持续快速发展，港口机械化作业模式的发展也呈现日新月异的状态，港口的发展也为国民经济的发展提供了动力且已成为国民经济的支柱。港口供电系统的建设已经成为港口建设的重要内容，而供电线路中谐波的防治又是供电系统施工的重要环节。同时随着港口用电量的提高，园林绿化建设的进行，港口规划的协调性要求，传统的架空铺设电缆线路逐步向地下敷设电缆线路的方向转变。本文对港口供电系统的谐波防治进行了分析，以期读者对港口供电系统谐波的防治，施工过程中存在的问题与故障，问题的解决措施有所了解，对港口企业工作部门在谐波的防治工作方面有所帮助。

参考文献：

[1]樊洪发.谐波在低压TN-S供电系统中的危害及防治措施[J].中州煤炭，2013，08（13）：12-20.

[2]郭子.谐波对港口电气设备的影响分析[J].硅谷，2013，07（23）：20-30.

[3]孙波.谐波对电力系统的影响分析[J].电子世界，2013，01（20）：45-50.

[4]李宁.试论静止无功补偿装置在港口供电系统的应用[J].科技资讯，2013，01（12）：31-36.