供電系統(tǒng)中的諧波產(chǎn)生及管理的探討

1、    供電系統(tǒng)中的諧波產(chǎn)生及管理的探討    楊永娣【摘要】諧波在供電系統(tǒng)中的廣泛存在，對(duì)電網(wǎng)和電力設(shè)備產(chǎn)生了嚴(yán)重的危害。伴隨著工業(yè)化和自動(dòng)化程度的迅速提高，非線(xiàn)性設(shè)備和負(fù)荷大量使用，使諧波將越來(lái)越多地產(chǎn)生。作為供電部門(mén)，須進(jìn)一步認(rèn)識(shí)諧波問(wèn)題的嚴(yán)重性，并以積極的態(tài)度從技術(shù)和制度兩個(gè)層面減少諧波對(duì)供電系統(tǒng)的危害，降低損失，以保證電網(wǎng)和電力設(shè)備的安全運(yùn)行。【關(guān)鍵詞】諧波；危害；管理td611 a 1672-5158（2013）010304-01諧波污染已成為電力系統(tǒng)的三大公害之一。供電系統(tǒng)中的諧波問(wèn)題已引起各界的廣泛關(guān)注，為保證供電系統(tǒng)中所有的設(shè)備能正常工

2、作，必須加強(qiáng)對(duì)諧波的管理并采取有力的措施，抑制并防止電網(wǎng)中因諧波危害所造成的嚴(yán)重后果。1 諧波的產(chǎn)生和電力線(xiàn)路中諧波的類(lèi)型所謂諧波是指一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍，有數(shù)字頻譜的特征。諧波主要產(chǎn)生于兩類(lèi)元件：含半導(dǎo)體的非線(xiàn)性電氣元件；含電弧和鐵磁非線(xiàn)性設(shè)備。由于這兩類(lèi)元件廣泛存在于電力線(xiàn)路中，所以諧波來(lái)源于三個(gè)渠道：是發(fā)電源產(chǎn)生的諧波；二是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波；三是用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波?？梢?jiàn)諧波存在于電力生產(chǎn)、傳輸、轉(zhuǎn)換和使用的各個(gè)環(huán)節(jié)，具有普遍存在的特征。2 諧波對(duì)電力線(xiàn)路的危害2.1 對(duì)輸電線(xiàn)路的危害由于輸電線(xiàn)路阻抗的頻率特性，線(xiàn)路電阻隨頻率的升高而增加。在集膚效應(yīng)的作

3、用下，使導(dǎo)體對(duì)諧波電流的有效電阻增加，從而增加了設(shè)備的功率損耗、電能損耗，使導(dǎo)體發(fā)熱，破壞絕緣，嚴(yán)重時(shí)造成短路，甚至引起火災(zāi)。另外，由于輸電線(xiàn)路存在著分布的線(xiàn)路電感和對(duì)地電容及無(wú)功電容等電感和電容的存在，它們與系統(tǒng)母線(xiàn)側(cè)及系統(tǒng)串聯(lián)或并聯(lián)，組成串聯(lián)回路或并聯(lián)回路時(shí)，可能會(huì)發(fā)生串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振，導(dǎo)致在線(xiàn)路中產(chǎn)生很高的諧振電壓，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電力系統(tǒng)或用電設(shè)備的絕緣擊穿，造成惡性事故。2.2 影響線(xiàn)路的穩(wěn)定運(yùn)行為保證線(xiàn)路與設(shè)備的安全，保證線(xiàn)路的穩(wěn)定運(yùn)行，電力線(xiàn)路中使用了大量繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置及低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備。但由于諧波的影響，這些按基波量設(shè)定的高靈敏度繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置如變電站主變的復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保

4、護(hù)裝置，母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)元件誤動(dòng)以及線(xiàn)路各種型號(hào)的距離保護(hù)、高頻保護(hù)、故障錄波器、自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置等發(fā)生誤動(dòng)或使晶體管繼電器產(chǎn)生誤動(dòng)或拒動(dòng)，嚴(yán)重威脅供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全運(yùn)行。諧波電流使斷路器的鐵耗和銅耗增大而發(fā)熱，造成脫扣困難或額定電流降低或脫扣電流降低等不正常現(xiàn)象，出現(xiàn)誤動(dòng)作或不動(dòng)作。2.3 對(duì)電力設(shè)備的危害當(dāng)含諧波的電壓加在電容器兩端時(shí)，因?yàn)橹C波頻率高，電容器對(duì)諧波阻抗很小，使電容器電流變大，導(dǎo)致電容器溫度升高，損耗系數(shù)增大、附加損耗增加，容易發(fā)生故障，影響電容器的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起電容器過(guò)負(fù)荷甚至爆炸。同時(shí)諧波還可能與電容器一起在電網(wǎng)中造成電力諧波諧振，使電網(wǎng)的諧波加劇，產(chǎn)生諧波擴(kuò)大現(xiàn)象

5、，危害更大。同時(shí)，由于諧波電壓的存在增加了變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及絕緣的電場(chǎng)強(qiáng)度，諧波電流的存在還增加了銅損，也會(huì)對(duì)大大增加非對(duì)稱(chēng)性負(fù)荷的變壓器勵(lì)磁電流的諧波分量，因此會(huì)減少變壓器的實(shí)際使用容量。2.4 對(duì)用電設(shè)備的影響諧波對(duì)電力用戶(hù)電動(dòng)機(jī)的影響最為明顯。諧波能使電機(jī)產(chǎn)生附加的損耗和轉(zhuǎn)矩，并能減少電動(dòng)機(jī)的絕緣壽命。諧波產(chǎn)生的脈沖轉(zhuǎn)矩，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸扭曲和機(jī)械振動(dòng)的問(wèn)題，發(fā)出很大的噪聲。此外，諧波還對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信等弱電設(shè)備產(chǎn)生干擾；還影響電力測(cè)量的準(zhǔn)確性和計(jì)量?jī)x表的精確性，甚至導(dǎo)致計(jì)量設(shè)備無(wú)法工作；諧波對(duì)人體也有不良的影響。3 供電系統(tǒng)諧波的管理3.1 通過(guò)技術(shù)措施，減少諧波的危害減

6、少諧波目前采用的方法是：運(yùn)用由l、r、c元件構(gòu)成諧振回路，可阻止與諧振回路的諧振頻率相同或相近頻率的諧波進(jìn)人電網(wǎng)；利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流趨向零；在諧波源處并聯(lián)加裝靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置，可以有效減少波動(dòng)的諧波量、改善功率因數(shù)、穩(wěn)定母線(xiàn)電壓、降低三相電壓不平衡度等，提高供電系統(tǒng)承受諧波的能力；將電容器組的某些支路改為濾波器或采取串聯(lián)電抗器，也可以采取限定電容器組的投入容量。3.2 加強(qiáng)管理，減少諧波的危害各部門(mén)各負(fù)其責(zé)，盡量不把本部門(mén)管轄范圍內(nèi)的諧波傳送到其他線(xiàn)路，如發(fā)電部門(mén)提高發(fā)電機(jī)制造的工藝水平，提高三相繞組絕對(duì)對(duì)稱(chēng)性，鐵心的均

7、勻一致性，從源頭上減少諧波的產(chǎn)生，同時(shí)對(duì)輸送出的電流實(shí)行檢測(cè)，不把電廠的諧波送到供電部門(mén)；對(duì)于供電部門(mén)來(lái)說(shuō)，諧波的產(chǎn)生不可避免，但是通過(guò)一定的技術(shù)手段，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)控制，并通過(guò)加大供電系統(tǒng)短路容量、提高供電系統(tǒng)的電壓等級(jí)、加大供電設(shè)備的容量、盡可能保持三相負(fù)載平衡等措施，可以提高電網(wǎng)抗諧波的能力。3.3 加強(qiáng)對(duì)用戶(hù)端諧波的管理（1）加大對(duì)諧波的危害性和治理方面的宣傳，使用戶(hù)深刻認(rèn)識(shí)諧波治理的重要性，諧波治理是保證電網(wǎng)和設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的舉措。（2）用電用戶(hù)產(chǎn)生的諧波對(duì)電網(wǎng)影響也最大，因此必須加強(qiáng)對(duì)用戶(hù)的管理，按照gb 17625.1-2003電磁兼容限值諧波電流發(fā)射限值（設(shè)備每相輸入電流16

8、a），要求購(gòu)置的用電設(shè)備，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)證實(shí)，符合該標(biāo)準(zhǔn)限值才允許接入到配電系統(tǒng)中；gb/t14549電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波規(guī)定的注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值的用戶(hù)，必須安裝電力諧波濾波器，以限制注入公用電網(wǎng)的諧波，限制消除諧波對(duì)電力設(shè)備及裝置的有害影響；（3）加大用電檢查力度，對(duì)于已運(yùn)行的電能質(zhì)量污染源用戶(hù)進(jìn)行補(bǔ)立檔案，本著“誰(shuí)干擾，誰(shuí)污染，誰(shuí)治理”的原則，進(jìn)行諧波源當(dāng)?shù)刂卫?，即?duì)于產(chǎn)生大量諧波的用戶(hù)，在用戶(hù)變的低壓側(cè)加裝濾波裝置，將諧波限制在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)。4 結(jié)束語(yǔ)諧波問(wèn)題是復(fù)雜的，要解決供電系統(tǒng)中的諧波問(wèn)題，必須要多方面共同努力，通過(guò)制定相關(guān)政策、健全相關(guān)制度和技術(shù)創(chuàng)新，一定可以把諧波控制在較微小的范圍內(nèi)，從而保證電網(wǎng)和電力設(shè)備的安全運(yùn)行，杜絕因諧波造成的電力安全事故。