电力谐波对电力设备的影响及完善措施

电力谐波对电力设备的影响及完善措施

江宇权

(清远市方能电力工程安装有限公司511500)

摘要：随着人们社会的不断发展，经济的不断进步，电力在社会发展中也越来越重要，人们工作及生活中对于电能的质量要求也在不断增加，电力谐波是影响电力设备正常供电的主要因素，如不及时进行调整和处理，将严重影响电能的实际应用质量，不利于用户的正常用电，还有可能造成严重的用电事故。本文主要介绍了电力谐波的基本情况以及对电力设备的影响，并提出了部分解决措施，以期为相关研究工作提供参考。

关键词：电力谐波；电力设备；电容器；变压器；电动机

大部分电力系统中存在的谐波源主要是含半导体非线性元件，常见的主要有晶闸管以及硅整流装置等，此类系统元件在电力系统运行过程中会对各个电路进行连接和闭合，进而产生大量电力谐波，影响电力系统的正常运行[1]。随着电力系统中大功率非线性负载的逐渐增加，电力系统中电力谐波的量也越来越多，进而导致电力系统在运行过程中各种不和谐波的出现也越来越多。

一、电力谐波的基本概述

（一）电力谐波的定义

国际研究中对于电力谐波的定义统一如下：在一个周期中电气量正弦波的分量频率为工频基波频率的整倍数则称之为电力谐波。我国对于电力谐波的判定标准如下：周期性交流量获取频率在工频基波频率1以上的整倍数，则称之为电力谐波。从广义角度来看，所有不同于交流电网中工频频率的成分均包含在电力谐波范围之内[2]。整流器、不间断电源、变频器以及开关电源等非线性负载会导致电流出现畸形病变情况，从而形成电力谐波。

（二）电力谐波的形成原因

电力谐波的形成原因主要有三种，首先，发电系统原因导致电力谐波形成主要与发电设备的制造工艺有关，发电系统制造中的发电机三项绕组以及铁心绝对均匀技术等均为绝对对称技术，以上技术在发电过程中不可避免的会造成大量电力谐波的出现，该类电视的存在受到自身性能影响会导致电网波形出现异常，由于电力系统在运行过程中产生的电力谐波幅度较小，在实际电力系统运行过程中对该类情况的应对措施尚未完善，大部分还处于忽略的情况[3]。其次，非线性磁化曲线以及电力变压器贴心饱和等情况也会导致电力系统运行过程中出现电力谐波，该情况下电力谐波对电力系统的影像破坏以及实际电力谐波大小与非线性磁化曲线以及电力变压器贴心饱和状态有着非常密切的关系，就此对电力系统的整体研究分析来看，非线性磁化曲线以及电力变压器贴心饱和等因素在电力系统循环中造成的电力谐波范围及幅度均较小，尚不值得花费相应的人力和物力进行处理，且在实际电力谐波运行使用中并未对其进行重视。另外，电力设备中各类用电设备在运行过程中产生的电力谐波，是影响电力系统运行的主要谐波因素，在电力系统中电力谐波检测可见，电力设备中产生大量电力谐波的主要原因是非线性用电设备的加入，此情况会导致电力系统运行过程中出现整数以及非整数次谐波的勋在，严重影响电力系统的正常运行。因此，需要重视重点设备造成的电力谐波对于电力设备造成的破坏和影响，在电力系统电力谐波预防治理中需要以用电设备形成的电力谐波为主。

二、电力谐波对电力设备的影响及整治措施

（一）电力谐波造成电压畸变

正常供电系统中，电网电压的弦波为正弦波，当电力谐波注入到正常电力系统循环中后，会导致正常电路阻抗中出现谐波电压降，此类电力谐波与正常的正弦波电压重叠之后会影响电力系统的正常运行，导致常规的电网电压波出现畸变情况，不利于电力系统正常电压的供应[4]。针对电力系统中出现的此类情况需及时将电力谐波产生线路与受影响较为敏感的电力线路及时断开隔离，两个线路的线性以及非线性负荷位置分别用不同的电路进行电能供应，以确保非线性负荷电路中出现的电压畸变情况不会影响正常的线性负荷线路。

（二）电力谐波对三相系统中线导线的影响

三相系统在运行过程中，不同相线连接点的电压间均会出现120°的相位移动，因此，三相系统中各个相线的负荷量相等时，中线点的电流量为0，当不同相线之间的负荷量不同时，中线中所流入的电流则为去掉均值之后的电流。三相系统在安装过程中可以将中线导线容量缩短百分之五十。但是三相系统实际运行过程中，虽然不同相线之间的基波电流能够进行相互抵消，但是电力谐波却达不到这一效果，不同相线之间的电力谐波会出现矢量相加的情况。就相关研究统计显示，当电流等于100A时，中线的电流测量结果能够达到150A，因此，三相系统中中线截面的电流能够达到单相电流截面的2倍之多[5]。针对此类情况可以用五芯电缆对三相系统进行适当调整，每个相线使用1个芯线，中线位置使用2各芯线，如无五芯电缆时，可使用中心截面为相线截面2倍的电缆作为中心线使用，同样能够达到相应效果。

（三）电力谐波对变压器的影响

三相变压器的链接方式是影响三相变压器对于高次谐波的响应能力的主要因素，三相变压器中较为常见的是星式接法，即Y/Y，不同相线之间的电流不平衡则会导致星点电气位置出现变动，导致不同相线为中线传递的电压出现不等情况。如，3N倍的电力谐波电流在1次及2次相线中的出现会导致其对中线电压传递不均衡，进而造成中线星点移动。假设1次相线中是四线制，则电压不会出现畸变情况，但是当1次中线运行中通过谐波电流，则会造成电源系统出现畸变。针对此类情况可以增加第3个三角形接发的绕组，能够为系统运行中的3N倍次的电力谐波提供额外的通行线路，防止其回传入配电系统之中[6]。除星式接法之外，三角式/星形（△/Y）接法在三相变压器中的应用也较为普遍，该接法中，可以采取同样的措施通过绕组的方式将3N次谐波以及不平衡电流进行调整，使其进行循环流动，防止其流入正常用电系统影响正常供电。

（四）电力谐波对感应电动机的影响

电力谐波对感应电动机的影响与对三相变压器的影响相类似，电力系统运行中电力谐波畸变会加大其对电动机的损耗，降低电动机的正常运行效率。而负荷谐波在电动机中的存在会导致电动机中出现负荷运动转磁场，在电动机正常运行过程中形成较强的反作用力，降低电动机的正常工作动力。除此之外，当电动机中电力谐波的频率与电动机的固有频率相近时，会导致电动机在运行过程中出现被动振动情况，不仅会导致其在工作工程中出现较大噪音，还会加大电动机的磨损，缩短电动机的正常使用寿命。电动机工作过程中需重视此类情况的发生，当电动机运行中出现电力谐波时，需要降低电动机的容量，以降低电动机的额定功率，减少电力谐波对电动机的影响和损耗。

三、结束语

综上可知，电力系统最高质量的用电状态是保持单一且固定的频率及电压进行稳定的电能供应，但是在实际电力系统循环中几乎很难达到这一情况，造成电力系统运行问题的主要原因是频率以及电压偏移，当电力循环系统中有非线性特型的设备参与时，将会使系统中理想的正弦波电压转换为非正弦波电压，也就是电力谐波，做好电力谐波的预防和控制是保护好电力设备的重要工作，需要引起相关工作人员的广泛重视。

参考文献：

[1]王延鹏,张均升,毛为忠,等.谐波对电力系统的危害及抑制对策研究[J].工业,2016(3):00095-00095.

[2]蒋瑜.探究谐波对电力系统的影响及其治理措施[J].工程技术:引文版,2016(3):00249-00249.

[3]马学工.电力系统谐波的危害及其抑制措施[J].技术与市场,2018(2):85-86.

[4]程丽.电力系统谐波对继电保护的影响研究[J].中国新通信,2017,19(1):97-97.

[5]李哲.变频器对船舶电网电流谐波的影响及防范对策[J].科学技术创新,2016(22):93-93.

[6]聂顺林,张戈.刍议电力电子设备谐波的产生及对电流保护的实现[J].电子技术与软件工程,2016(5):250-250.