电力运行维护中的谐波问题论述

电力运行维护中的谐波问题论述

胡明张超

（国网河南省电力公司周口供电公司河南周口466100）

摘要：在电力生产过程中，谐波产生的主要原因是由化工、冶金、铁路电气化以其他领域换流设备所产生。这些设备在运行中可将谐波电流注入到公用的电网系统中，因此在公用的电网系统中会有谐波分量产生，不仅使电网供电当电能损耗增加，而且还对电网自动化以及保护装置的安全运行产生重要干扰，使这些设备产生拒动或者误动现象，对电网安全运营造成威胁。本文针对电力系统的工作实际，对电力运行中与谐波有关的诸多问题进行研究分析，最终得出谐波产生的有效遏制方法，为电力系统的安全运行提供保障。

关键词：电力；运行维护；谐波；遏制方法

随着我国电力事业的发展，许多地区的供电质量和供电能力有了很大提高，但时在运营实践中，目前使用节能变频设备的用户越来越多，导致谐波威胁的程度越来越严重，大大降低了供电质量。在具体生产过程中，经常会多种故障发生，其主要原因就是受谐波影响。供电系统受谐波干扰的现象普遍存在，造成受电设备以及电气化设备的故障频出，具有很大的潜在威胁，导致事故的发生，付出惨重的经济代价。有关部门统计，我国印谐波影响造成的经济损失近百亿。因此谐波问题不仅对电网的安全性、稳定性产生影响，而且对电能质量以及电力企业的经济效益造成严重影响。

1、谐波的涵义及谐波源产生的重要因素

谐波通常是指单个周期内电气量所产生的正弦波的分量，基波的频率整倍数，则是谐波频率。通常也被称为高次谐波。

谐波产生的主要原因是谐波电流源。当非线性设备受到来自正弦基波所产生的电压干扰时，施加的外来电压所产生的波形与设备所吸收电流时所产生的波形不同，导致电流畸变，因为电网与负荷直接相连，所以在电网中被注入谐波电流时，吸收了外来电流的设备则成了系统谐波源。其中非线性半导体元件，比如各种变流器、整流设备、交流/直流整换设备等，以及含磁铁、电弧等非线性设备是谐波源的重要类别。比如交流电弧炉、日光灯、铁磁谐振、变压器等设备等。通过社会调查分析，谐波源产生的主要因素有以下几种：

一类为电气化铁路、金属冶炼等产生的较大的、较为集中的谐波源。由于此类谐波源具有相对集中的用电负荷，供电与用电两部门很容易在思想意识上达到了共同针对谐波源实施治理的意愿，治理措施也能够顺利落实。一类为变频器比较分散。近年来由于多数企业生产处于技术处于改造期，在电动机械系统中，由于电频器具有显著的节能效果、便于使用调节、维护方便简单，所以变频器在工业生产中的应用比较普遍。变频器可将工频转变成多种频率的电流，以满足电机运转的变速需求。因为在变频器的输入端属于整流电路，输入端属于逆变电路，而这些电路的组成都是非线性元件。电路断开时，在输入、输出两端会有谐波产生。生成的谐波可经电源线输入公共电网，继而产生影响。虽然单台设备不会产生较大的谐波电流，但是由于其总量较大，所以谐波所产生的影响还是需要引起重视的。同时，所产生谐波的面广点多，所以这种情况下的谐波治理的难度较大。

2、谐波对电力系统产生的危害

2.1对电气设备安全运行造成影响

谐波的出现可使旋转电机有附加功耗、机械振动、发热、噪音等现象发生；在电流的波形超过零点的时候，会导致di/dt过高，断开困难，故障电流切除时间延长。

2.2增加供电线路的附加能耗

受近邻和集肤效应的影响，导致线路的电阻随着频率的增加而增加，进而增加电能损耗；在中性线处于正常运行状态时，经过的电流较小，导线比较细，当中性线有大量的谐波流经时，导线发热过度，绝缘受损，容易造成短路，以至于发生火灾。

2.3使电容器产生谐振

谐波的存在可使电容器有谐振产生。在工频状况下，由于系统设备的各类电容器的感抗性较大，难以发生谐振，但是有谐波频率出现时，会成倍地增加感抗的数值，成倍减少容抗的数值，会出现谐振。谐振会使谐波的电流放大，烧毁电容设备等。

2.4使自动及继电保护设备产生误动

谐波的出现会使自动装置以及继电保护装置等产生误动，导致电能计量及仪表工作产生的误差增大。

2.5对其他系统产生干扰

谐波的存在对其他电力用户以及其他系统具有较大的危害。比如干扰附近通信系统，产生噪音，致使通信质量降低，严重的可导致信息丢失，影响通信系统的正常运转，对电子设备的工作精度产生影响，继而影响产品质量，缩短设备寿命，造成电器破坏等。

3、抑制谐波的有效手段

电力系统营运中，使系统注入的谐波电流较少以及消除或者减少谐波电流，将谐波电压在限定范围内得到控制，谐波抑制的方法主要有以下三个方面：

3.1降低谐波含量

在电力系统运行中，谐波产生的主要源点就是整流器，由特征频谱n=kp±1可知，当脉动数p增大时，n也会增大，因为In≈I1／n，减少了谐波电流，所以整流脉动系数的增加，使波形平滑，谐波减少；利用PWM，在需求频率周期范围内，调制直流电压为不等宽等的输出的脉冲电压，对谐波的产生起到很好的抑制作用；采取Δ／Y或者Y／Δ三相整流变压器的接线方式，可将3倍于谐波消除掉，这是谐波抑制的基本方法。

3.2吸收谐波电流

在电力系统已经有谐波产生的情况下，通过安装无源滤波器起到谐波的限制作用。在电子设备安装无源滤波器，形成谐振回路，在回路中的谐振频率与谐波电流的频率一致时，可有效阻止谐波入网。由于无源过滤器投资少，具有较高的效率，且运行安全系数高，维修便利等优势，是当前谐波抑制及补偿的重要方法；利用有源滤波器将和既有谐波相等电流幅值、相反相位的电流注入到电网中，消除电源总谐波，实现谐波补偿。有源滤波器APF快速反应能力及可控性较高，可使各次谐波得到补偿，闪变抑制、无功补偿等；具有合理的性价比，滤波的特殊性能不被影响，有效抑制谐振危险的发生。供电容量的不断增高，有源滤波技术对电能质量的改善，应用范围越来越广，确定了用户自身谐波补偿变为电能质量改善的发展方向；电网中，功率因数的改善与电压的调节，有效防止因并联电容放大谐波。当存在谐波时，一定参数下的谐波会被电容器组放大，对其他电器设备以及电容器自身造成安全隐患。可改造电容器一些支路作为滤波器，或者将电抗器串联，也可对电容组投入的容量进行限定，杜绝谐波被电容器放大；完善无功补偿设备。谐波源的变化速度较快，比如卷扬机、电力机车、电弧炉等，不仅会有谐波产生，还会造成供电电压的不稳定，甚至会导致系统三相电压失衡，对电网供电质量造成严重影响。无功补偿设备在谐波源的加装，能够改善谐波量的波动状态，同时还对电压波动、三相失衡、电压闪变等现象进行抑制，并可对功率因数进行补偿。

3.3、优化供电环境

对供电的电压进行合理选择，尽量使三项电压保持平衡，可使电网受谐波的影响最小化。谐波源的供电点的容量较大，或者电网的电压级别较高，所以谐波承受能力较大。由专门的供电线路供电负荷谐波，使其他负荷受谐波的影响减小，对谐波的消除和集中抑制非常有利。

结束语

近年来，在电力事业改革不断深入下，对于电能治理的力度不断加大，才有有源滤波对谐波进行治理的发展市场潜力巨大。在充分考虑电网运行的实际情况，重视无功功率的补偿，采取合理科学的谐波治理方法，是现代化电力企业亟待解决的重要课题。要想降低并消除谐波造成的影响，不仅需要在电力系统制定并实施有效的滤波措施，还需要电力设施的设计、制造、生产以及使用等各个环节，提高谐波治理的重视程度，采取有力措施抑制滤波的产生，使滤波对电网的污染降到最低，切实减少因滤波污染而造成的经济损失，提升电力事业的经济效益和社会效益。

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