諧波產(chǎn)生的危害和治理

1、諧波產(chǎn)生的危害和治理從嚴(yán)格的意義來講，諧波是指電流中所含有的頻率為基波的整數(shù)倍的電量，一般是指對(duì)周期性的非正弦電量進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解，其余大于基波頻率的電流產(chǎn)生的電量。從廣義上講，由于交流電網(wǎng)有效分量為工頻單一頻率，因此任何與工頻頻率不同的成分都可以稱之為諧波，這時(shí)“諧波”這個(gè)詞的的意義已經(jīng)變得與原意有些不符。正是因?yàn)閺V義的諧波概念，才有了“分?jǐn)?shù)諧波”、“間諧波”、“次諧波”等等說法。產(chǎn)生的原因：由于正弦電壓加壓于非線性負(fù)載，基波電流發(fā)生畸變產(chǎn)生諧波。主要非線性負(fù)載有UPS、開關(guān)電源、整流器、變頻器、逆變器等。1無功功率的影響和諧波的危害1.1 無功功率的影響（1）無功功率的增加，會(huì)導(dǎo)致電流增

2、大和視在功率增加，從而使發(fā)電機(jī)、變壓器及其他電氣設(shè)備容量和導(dǎo)線容量增加。同時(shí)，電力用戶的起動(dòng)及控制設(shè)備、測(cè)量?jī)x表的尺寸和規(guī)格也要加大。（2）無功功率的增加，使總電流增大，因而使設(shè)備及線路的損耗增加，這是顯而易見的。（3）使線路及變壓器的電壓降增大，如果是沖擊性無功功率負(fù)載，還會(huì)使電壓產(chǎn)生劇烈波動(dòng)，使供電質(zhì)量嚴(yán)重降低。1.2 諧波的危害理想的公用電網(wǎng)所提供的電壓應(yīng)該是單一而固定的頻率以及規(guī)定的電壓幅值。諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對(duì)公用電網(wǎng)是一種污染，它使用電設(shè)備所處的環(huán)境惡化，人們對(duì)諧波及其危害就進(jìn)行過一些研究，并有一定認(rèn)識(shí)，但那時(shí)諧波污染還需要嚴(yán)懲沒有引起足夠的重視。近三四十年來，各種電力電子

3、裝置的迅速普及應(yīng)用，使用電網(wǎng)的諧波污染日趨嚴(yán)重，由諧波引起的各種故障和事故也不斷發(fā)生，諧波危害的嚴(yán)重性才引起人們高度的關(guān)注。諧波對(duì)公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的危害大致有以下幾個(gè)方面。（1）諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，大量的3次諧波流過中性線時(shí)會(huì)使線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。（2）諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作。 諧波對(duì)電機(jī)的影響除引起附加損耗外，還會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴(yán)重過熱。諧波使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以至損壞。（3）諧波會(huì)引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，這就使上述（1）和（2）的危害大大

4、增加，甚至引起嚴(yán)重事故。（4）諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，并會(huì)使電氣測(cè)量?jī)x表計(jì)量不準(zhǔn)確。（5）諧波會(huì)對(duì)鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量；重者導(dǎo)致住處丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。由于電力電子器件的非線性和波形非正弦的特點(diǎn)，由電力電子器件組成的電氣傳動(dòng)自動(dòng)化裝置的電源側(cè)（網(wǎng)側(cè)）的電流不僅含有基波，還包含豐富的諧波，電控系統(tǒng)在整個(gè)運(yùn)行期間功率因數(shù)偏低（一般在0.20.8之間），同時(shí)起動(dòng)無功沖擊大，引起電網(wǎng)電壓發(fā)生波動(dòng)，這些都會(huì)給電網(wǎng)的運(yùn)行和效率帶來不良的影響，同時(shí)也會(huì)對(duì)接在該公用電網(wǎng)中的其他用電設(shè)備帶來一些不良的影響甚至危害。隨著由電力電子器件組成的電氣傳動(dòng)自動(dòng)化裝置的

5、廣泛應(yīng)用和容量的不斷增加，上述給公用電網(wǎng)和其他用電設(shè)備帶來的不良影響（有人稱之為電網(wǎng)污染或公害）日益顯著。電控系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的不利影響主要表現(xiàn)在：1、起動(dòng)無功沖擊大，2、平均功率因數(shù)低。2諧波電流的產(chǎn)生1. 無功沖擊將產(chǎn)生如下的不良影響1）使供電母線的電壓產(chǎn)生波動(dòng)，降低了機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率。2）大量無功使系統(tǒng)功率因數(shù)較低，浪費(fèi)大量能源。變流設(shè)備的自然功率因數(shù)較低，一般只有0.7左右，造成供配電系統(tǒng)的電能損耗增加，發(fā)配電設(shè)備的利用率下降，企業(yè)的電費(fèi)支出增加，降低了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。2. 諧波電流對(duì)電氣設(shè)備的危害1）諧波對(duì)供電變壓器的影響諧波對(duì)供電變壓器的影響主要是產(chǎn)生附加損耗，溫升增加，出力下降，影響

6、絕緣壽命。2）諧波對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的影響諧波對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的主要影響是產(chǎn)生附加損耗，其次產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，噪聲和諧波過電壓。3）諧波對(duì)電纜及并聯(lián)電容器的影響，當(dāng)產(chǎn)生諧波放大時(shí)，并聯(lián)電容器，將因過電流及過電壓而損壞，嚴(yán)重時(shí)將危及整個(gè)供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。4）諧波對(duì)變流裝置的影響交流電壓畸變可能引起不可逆變流設(shè)備控制角的時(shí)間間隔不等，并通過正反饋而放大系統(tǒng)的電壓畸變，使變流器工作不穩(wěn)定，而對(duì)逆變器則可能發(fā)生換流失敗而無法工作，甚至損壞變流設(shè)備。5）諧波對(duì)通信產(chǎn)生干擾，使電度計(jì)量產(chǎn)生誤差。6）諧波對(duì)繼電保護(hù)自動(dòng)裝置和計(jì)算機(jī)等也將產(chǎn)生不良影響。由以上分析可以看出，電氣傳動(dòng)自動(dòng)化裝置產(chǎn)生的大量諧波電流和無功沖擊會(huì)對(duì)用戶

7、本身及電網(wǎng)用電設(shè)備造成較嚴(yán)重的電壓波動(dòng)和諧波污染。這不僅帶來運(yùn)行隱患，威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，還會(huì)給其他電氣設(shè)備的運(yùn)行帶來不利影響。電力諧波治理要本著限制諧波源向公用電網(wǎng)注入諧波電流，將諧波電壓限制在允許范圍內(nèi)的原則，首先要掌握系統(tǒng)中的諧波源及其分布，限制其諧波在允許范圍內(nèi)方可入網(wǎng)，未達(dá)標(biāo)的必須采取治理措施，以防諧波擴(kuò)散。為此國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）和美國(guó)IEEE都有推薦標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)結(jié)合電網(wǎng)實(shí)際水平并借鑒其他國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定的電壓正弦波形畸變率規(guī)定。供電部門應(yīng)該嚴(yán)格按照各類電力設(shè)備、電力電子設(shè)備的技術(shù)規(guī)范中規(guī)定的諧波含量指標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行評(píng)定。如果超過國(guó)家規(guī)定的指標(biāo)，不得出廠和投入電力系統(tǒng)使用，并從全局

8、出發(fā)，全面規(guī)劃，采取有力措施加強(qiáng)技術(shù)監(jiān)督與管理，一方面審核尚待投入負(fù)荷的諧波水平，另一方面對(duì)已投運(yùn)的諧波源負(fù)載，要求用戶加裝濾波裝置。認(rèn)真貫徹執(zhí)行有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于限制諧波的規(guī)定，就能從總體上控制供電系統(tǒng)中的諧波水平，保證供電系統(tǒng)供給優(yōu)質(zhì)的電能。增加換流裝置的相數(shù)，換流裝置是供電系統(tǒng)的主要諧波源之一。理論分析表明，換流裝置在其交流側(cè)與直流側(cè)產(chǎn)生的特征諧波次數(shù)分別為pk1和pk(p為整流相數(shù)或脈動(dòng)數(shù)，k為正整數(shù))。當(dāng)脈動(dòng)數(shù)由p=6增加到p=12時(shí)，可以有效地消除幅值較大的低頻項(xiàng)（其特征諧波次數(shù)分別為12k1和12k），從而大大地降低諧波電流的有效值。加裝濾波裝置，包括無源濾波和有源濾波裝置。為了減

9、少諧波對(duì)供電系統(tǒng)的影響，最根本的思想是從產(chǎn)生諧波的源頭抓起，設(shè)法在諧波源附近防讓諧波電流的產(chǎn)生，從而降低諧波電壓。 改變諧波源的配置或工作方式，例如具有諧波互補(bǔ)性的裝置應(yīng)集中，非互補(bǔ)性的應(yīng)分散或分時(shí)交替使用等。 開關(guān)電源干擾的抑制，一般采用的辦法是：電源濾波、屏蔽及減少開關(guān)電源本身干擾能量。 采用電源濾波器。減少開關(guān)電源本身干擾，利用改善線圈繞制工藝，確保繞組之間緊密耦合，以減少變壓器漏感。還可以在高頻整流二極管上串入可飽和磁芯線圈，利用流過反向電流時(shí)，因磁芯不飽和而產(chǎn)生的較大電勢(shì)阻止反向電流上升。抑制單相電容器組開斷瞬態(tài)過電壓，如果采用選相斷路器投切電容器，則可以消除或大大降低投切電容器產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓，從而使接在母線上的電力電子調(diào)速系統(tǒng)可以穩(wěn)定地工作，接在母線上的其余設(shè)備也可不受過電壓干擾的影響。 抑制電壓互感器鐵磁諧振 ，抑制電壓互感器鐵磁諧振的方法是要使其脫離諧振區(qū)。采用中性點(diǎn)不接地的電壓互感器或采用電容分壓器可