对电力系统谐波与综合治理措施探讨

对电力系统谐波与综合治理措施探讨

【摘 要】在电力工业快速发展的背景下， 不论是生产还是生活领域的用电，多趋向于多样化、复杂化。谐波作为电力系统中最为常见的现象，是衡量电能质量的主要指标参数之一，并且随着电力电子技术快速发展，各类整流设备及大量非线性负载被广泛应用于各行业，其谐波污染问题已成为危害电网质量的首要问题之一，严重影响着供电企业的供电安全性。为此，本文针对电力系统谐波污染这一现象，深入探究谐波污染的综合治理措施，以期提高电力系统供电质量，维护电力系统的安全运行。

【关键词】电力系统；谐波；综合治理；措施

电力系统谐波产生是由电压波形畸变所致。一般理想状态下的电力系统供电压频率为恒定幅值。但实际情况是，在电力系统运行中，因越来越多的大功率环流设备及电力调压装置被利用、大量非线性负荷的出现及高压直流输电的应用导致供电系统的电压波畸形越来越严重，严重威胁着供电系统的安全运行。值得注意的是，该问题早在20世纪30年代就引起人们的广泛关注，并且随着各类电力电子技术的发展应用，谐波污染造成的危害也越来越严重，对此国家各电力部门必须提高重视度。

1 电力系统谐波导致的危害方面

电力系统谐波指数作为衡量电力系统质量的重要指标，其谐波污染的危害方面详见下文：

第一，加大了输、供及用电设备的额外附加消耗，导致设备温度过高，降低了设备的使用寿命及利用率。例如：处在谐波污染状态下的变压器，会增大磁带损耗、改变绝缘电场强度等，对携带非对称性负荷的变压来说，会导致励磁电流的谐波分流量更大；电力系统谐波对供电线路产生的影响，因集肤及临近效应的影响，会使线路电阻的频率增加，造成电能损耗、浪费。另外，中性线正常时的通过电流交流较小，因此其导线比较细，若大量的三次谐波电流突然通过，会造成导线过热，损坏绝缘体，引发线路短路或火灾。

第二，易对电网质量、用电设备产生影响，电力谐波会导致计算机、电视等的图形突然发生畸形，画面色彩、亮度等发生变化，导致机体内部的元件温度突然过热，使得计算机出现数据处理错误，严重降低机器的使用寿命。

第三，电力系统谐波影响继电自动保护装置的可靠性，尤其对电磁式继电器的影响最大，电力系统谐波会造成继电保护装置误动，造成动作选择性功能的失误，降低其使用可靠性，易引发系统安全事故。

第四，电力系统谐波对电力电缆的危害，因电力系统谐波次数及频率的不断上升，再加之电缆导体截面的加大，趋肤效应越来越显著，进而造成导体间的交

流电阻加大，使得电缆能够通过的实际电流减小。

第五，处在电力系统谐波污染状态下低压开关设备会因铁耗增大而发热，同时会使额定电流变低，致使开关设备出现一系列误动作。

2 导致电力系统谐波污染的原因

2.1 受发电源质量影响产生的谐波污染

因发电机组的三相绕组在制作阶段很难做到绝对性对称，并且铁心受制作工艺的影响，也很难做到均匀一致，发电源多少都会造成一些谐波出现，但数量相对较少。

2.2 受电网输配电系统影响所致的谐波污染

在电网输配电系统中，造成谐波污染最多的设备为变压器，受磁化曲线非线性因素增大的影响，变压器铁心逐渐饱和，加之变压器在设计阶段过多的考虑其经济性，致使其工作磁密选择多接近曲线饱和段位，此时，磁化电流会以尖顶波形的状态呈现，因而含有奇次谐波。

2.3 受用电设备所致产生的谐波污染

（1）受变频装置影响所致产生的谐波污染问题，目前，人们所使用的变频装置普遍为相位控制，其中所含有的谐波成分不仅有整数次谐波，还含有部分分数次谐波，一般这类装置的功率相对较大，且会随着变频调速的发展而发生改变，因而对电网造成的谐波也会增多。

（2）气体放电类电光源产生的谐波，分析这种类型的电光源伏安特性时，便可得知其非线性是否严重，有的电光源含有部分负伏安特性，它会增加电网的奇次谐波量。

（3）家用电器产生的谐波，一般来说含有调压整流装置的家用电器容易产生深层次的奇次谐波。在含有绕组设备的电器类型中，稍不平衡的电流变化也会造成谐波改变，这些家用电器虽功率不高，但数量多，因此也是谐波的主要来源之一。

（4）受晶闸管装置影响所产生的谐波污染。目前，人们所使用的晶闸管整流装置技术原理为移相控制，即，从电网内部吸取部分缺角的正弦波，但同时也为电网遗留下部分缺角正弦波，很明显，剩余缺角正弦波中含有大量的谐波。若整流装置为单相整流电路，在接收感性负载时则会含有大量的奇次谐波电流，其中三次谐波电流含量便能接近基波的30%左右；若接收融性负载则会含有大量的奇次谐波电压，其电流谐波含量也会随电容值的增大而增大。

3 电力谐波污染综合治理措施

依照GB/T14549-93《电能质量：公用电网谐波》规定的相关要求，若电压在0.4kv/10kv/35kv时，电网谐波电压波的占有比率需控制在4%/3.2%/1.2%之内，针对上文论述的内容，为减轻谐波对电力系统的危害，减少谐波的产生频率，提出如下几点建议：

将电网线路的运行方式进行改装处理，以此来叠加、减小谐波造成的危害。通常加大电网内部的短路容量值，提升电气设备的短路比，能够有效降低谐波对相同电网上其余设备的影响。另外，加强电网运行的实时监控，减少高电压、轻负荷电网运行状态的发生，进而减少谐波电压过度增高对电力系统设备产生的不利影响。还可把配变中间相改接为A相或者C相，以此来降低变压器群所产生的谐波含量。

第二，开展谐波污染分类治理工作。可就近在谐波源处安装谐波过滤器，来吸收谐波源造成的谐波污染电流。依照装置的不同原理，可将其分为有缘电力滤波器及的无缘电力滤波器两种。有缘电力滤波器的原理是时域补偿，这类滤波器的有点是可做到适时性补偿，并且不会增加电网内部的容性元件数量，缺点是造价较高。无缘滤波装置实用经济性高，简单耐用，它能够吸收高次谐波类型，并且所有的滤波支路恰好可满足无功补偿的需求，无需安装另外的并联电容器补偿装置。

第三，在设计阶段可避开谐波产生谐振的机会，减轻谐波产生的影响。依照《民用建筑电气设计规范》JGJ/T 16-923.10中的规定：“为将各类受谐波污染问题影响下的非线性用电设备造成的电压畸形控制在合理范围内，可选择如下措施：若存在多种可供选择非线性变压器设备时，需选择较高类型的电压。”另外，在无功补偿设计阶段除避免系统感康的谐振与并联电容器产生的谐振外，还需验算3、5、7次等主要谐波类型，并尽量避免这些参数，以避免在该次谐波过程中发生谐振现象。

4 结语

电力系统谐波作为电力系统运行过程中的一种“污染”类型，不仅降低了电压正弦波的质量，还影响了电力系统自身的安全运行，危害着用户与周围通信系统的用电安全。针对日益严重的谐波污染，其综合治理已迫在眉睫，在上文的论述中提出了几点综合建议，以期对提高广大用户的用电质量有所帮助。

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