配电系统的谐波问题与对策

配电系统的谐波问题与对策

袁丽丽宋媛媛李强

（国网阳谷县供电公司山东聊城252300）

摘要：配电网的谐波问题的处理解决工作是一项具专业性、复杂性、制约性的综合型作业工程，对于既存的谐波问题的安检排查在整个电力运营系统中起着连接性、协调性的关键作用。从满足居民持续增长的用电需求以及保证电能输送系统的安全稳定的立足点出发，进一步加强配电网谐波隐患的检测，稳步细化具体的谐波问题的改进步骤，快速有效地降低谐波事故发生率，进行规范集约的实时管理，继而提升整个电能行业的竞争力，最终实现电能产业经济效益的可持续增长。

关键词：配电系统；谐波问题；解决应对；可行措施

一、配电系统谐波的内涵属性与谐波问题的集中表现

配电系统内的谐波是指配电网络内的电流由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变从而产生的频率为基波的倍数的辅波或分量的电磁波，该类电磁波的出现不仅使得电力能源的生产、传输以及利用的效率大幅度降低，而且附带产生了电气设备散热功耗过大、振动噪声污染严重以及通电设备绝缘体老化烧毁等一系列恶劣后果。而具体细致地进行划分，配电网络中的谐波的危害影响主要体现在以下几方面：首先，谐波的出现会引发配电系统串联、并联谐振，从而不同程度地破坏损耗无功补偿设备；其次，由于电压和电流的波形畸变，从而使得测量仪表的误差增大，最终引发继电保护和控制装置误动作；第三，谐波电流与电机旋转磁场相互作用所产生的大幅度、高强度的脉动转矩，不仅会造成电机产生机械振动，降低电机系统的工作效率，同时还会附带产生剧烈刺耳的噪声杂音；第四，谐波产生的附加损耗会增加电气设备的实时温度，增大其热设计功耗，从而加速绝缘体的硬件老化，严重缩短电气设备的使用寿命。

二、谐波在配网中的危害

谐波对于配电系统的影响,表现在对线路上所配置的保护及测量设备的影响。因这些设备一般采用电磁式继电器、感应继电器元件,容易接受谐波干扰而误动和拒动,系统中存在的不明原因的误动和拒动,与谐波不无关系。所以谐波超标,会严重威胁配电系统的安全稳定运行。

谐波会大大增加电力变压器的铜损和铁损,降低变压器有效出力,谐波导致的噪声,会使变电所的噪声污染指数超标,影响工作人员的身心健康。对于电力电容器,谐波会导致端电压升高,损耗加大,电容器发热,加速老化,从而缩短使用寿命。

配网中使用大量异步电动机,产生的谐波会增加附加损耗。负序谐波产生的负序旋转磁场,会产生制动力矩,影响电动机的有功出力。对断路器而言,无论其构成元件为电磁的、还是热磁的、亦或电子的,都可能受谐波的影响误动。

电能表是评价电能消耗重要而基本的测量工具,是用户缴费的凭证,而谐波可能使电能计量产生较大误差,严重时会导致计量混乱。同样,谐波也是引起录波装置误启动,保护误动和拒动的重要因素。

三、电力系统谐波的基本特性和测量

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倍谐波。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。要治理谐波改善供电品质,需要了解谐波类型。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。因其多样性和随机性,在实际工作中,要精确评估谐波量值非常困难,所以在IEC6100-4-7标准中对前三类谐波进行了规定,推荐采用数理统计的方法对谐波进行测量。

实际工作中,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。

相对单点的谐波测量而言,从区域或整个电网角度来看,谐波源的定位和确定谐波模型进而分析它是一个相对复杂的过程。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。

四、配电网谐波治理的对策

既然谐波存在多方面的危害,采取必要的有效手段,避免或补偿已产生的谐波,就显得尤为重要。可归纳以下治理措施:

(1)加强标准和相应规范的宣传贯彻。IEC6100以及国标GB/T14549-1993,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;

(2)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。

谐波治理是综合治理过程,是改善供电品质的重要手段。GB/T14549-1993《电能质量―公用电网谐波》对电网各级电压谐波水平进行了量化限制,对用户注入公用电网的谐波电流也进行了相应的规定,在主网、城网中,谐波治理有明确的规定和要求,而日益发展的农村电网对有关谐波的治理并未引起足够的重视,认识还有待提高。目前农网中的高压配电的许多用户,对谐波的危害也没有引起足够的重视,往往认为谐波治理是电力部门的事情,是一种单边行为,就此而言,作为电力归口管理部门有必要加强谐波治理方面的宣传,强调谐波治理的重要性和投资回报。在对谐波准确测量的基础上,提出适合用户的治理方案。这样做,不仅能够改善整个网络的电力品质,同时也能延长用户设备使用寿命,提高产品质量,降低电磁污染环境,减少能耗,提高电能利用率。

(3)主管部门对所辖电网进行系统分析,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。

五、结语

配电网络中的谐波问题安全系数作为一项衡量电网系统运转状况的行业性指标，不仅直观地反映了输电线路的安全质量信息，也从侧面体现了其产业效益的经济指数。伴随着人民群众生活水平的不断提高，大量整流交互设备、电弧炉以及各种家用电器等也在逐年增多，由于这些家用电器中的负荷的非线性特性，从而使得电流和电压的波形发生畸变，这就导致了一系列谐波电压和谐波电流，当谐波电压和谐波电流超标量负荷运转时，就会给电气设备的正常运行带来诸如大面积短路、电压系数不稳定以及部分线路瘫痪不利影响。所以加强配电网谐波处理的技术革新，降低居高不下的谐波事故发生率，已经势在必行。

参考文献

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