韋杰宏 廣西梧州市電業局,廣西 梧州 543002
[摘 要]簡要論述了諧波是如何產生的，為什么諧波的出現會影響電力設備，以及總結和提出了抑制諧波的措施。
[關鍵詞] 電力諧波 危害 抑制措施
1 諧波是怎樣產生的
電力系統的諧波是電力系統電壓波形產生畸變的表征。諧波的產生來自于電力電子設備、非線性阻抗設備和其它方面的干擾。
其中電子設備諧波源的基本元件大部分采用非線性元件，工作波形為非正弦波，有的產品是切削正弦波執行工作的，如可控硅整流電源等；有的產品是將直流源變換成方波工作，如變頻器、開關電源等。這些產品與電力系統發生關系時，都能使電力系統的基波產生大量的畸變。而非線性阻抗設備常利用感抗渦流工作或利用容性電離做功，如電焊機、電抗器、感應爐、電弧爐等，這些產品在運行時可使電流產生大幅度地浪涌、尖脈沖，造成電力系統的基波產生畸變，形成電源污染。
2 電力諧波造成的危害
對于電力系統來說，電力諧波的危害主要表現有以下幾方面：
2.1 增加輸、供和用電設備的額外附加損耗，使設備的溫度過熱，降低設備的利用率和經濟效益。
由于諧波電流的頻率為基波頻率的整數倍，高頻電流流過導體時，因集膚效應的作用，使導體對諧波電流的有效電阻增加，從而增加了設備的功率損耗、電能損耗，使導體的發熱嚴重。
2.1.1增加輸電線路的功耗
諧波電流使輸電線路的電能損耗增加。當注入電網的諧波頻率位于在網絡諧振點附近的諧振區內時，對輸電線路會造成絕緣擊穿。由于諧波次數高頻率上升，再加之電纜導體截面積越大趨膚效應越明顯，從而導致導體的交流電阻增大，使得電纜的允許通過電流減小。與架空線路相比,電纜線路對地電容要大１０～２０倍，而感抗僅為其１／３～１／２，所以很容易形成諧波諧振，造成絕緣擊穿。
2.1.2對變壓器的危害
諧波會大大增加電力變壓器的銅損和鐵損，降低變壓器有效出力，諧波導致的噪聲，會使變電所的噪聲污染指數超標，影響工作人員的身心健康。由于以上兩方面的損耗增加，因此要減少變壓器的實際使用容量。除此之外，諧波還導致變壓器噪聲增大，有時還發出金屬聲。
2.1.3對電力電容器的危害
含有電力諧波的電壓加在電容器兩端時，由于電容器對電力諧波阻抗很小，諧波電流疊加在電容器的基波上，使電容器電流變大，溫度升高，壽命縮短，引起電容器過負荷甚至爆炸，同時諧波還可能與電容器一起在電網中造成電力諧波諧振，使故障加劇。
2.2 影響繼電保護和自動裝置的工作可靠性
特別對于電磁式繼電器來說，電力諧波常會引起繼電保護及自動裝置誤動或拒動，使其動作失去選擇性，可靠性降低，容易造成系統事故，嚴重威脅電力系統的安全運行。
2.3 對用電設備的危害
①電力諧波會使電視機、計算機的圖形畸變，畫面亮度發生波動變化，并使機內的元件溫度出現過熱，使計算機及數據處理系統出現錯誤，嚴重甚至損害機器。
此外，電力諧波還會對測量和計量儀器的指示不準確及整流裝置等產生不良影響，它已經成為當前電力系統中影響電能質量的大公害。
②感應電動機。
和變壓器中的道理一樣，諧波畸變會加大電動機中的損耗。然而，由于勵磁磁場的諧波會產生附加的損耗，每個諧波分量都有自身的相序(正序、逆序、零序)，它表示旋轉的方向(在感應電動機中相對于基波磁場的正向而言的)。
諧波次數 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
相 序 ＋－ 0 ＋－ 0 ＋－ 0 ＋ － 0
零序諧波(3次及3的倍數，即“3N”次諧波)產生不變的磁場，但是因為諧波頻率較高，故磁性損耗大大增高而將諧波能量以熱的方式放出。負序的諧波產生反方向旋轉的磁場(相對于基波而言)，而使電機的力矩下降，并和零序諧波一樣，產生更多的損耗。正序諧波產生正向旋轉磁場來加大力矩，它和負序分量一起，可造成電機的振動而降低電機壽命。
2.4影響電網的質量
電力系統中的諧波能使電網的電壓與電流波形發生畸變，從而降低電網電壓，浪費電網的容量。
3 電力諧波的抑制措施
為了減少供電系統的諧波問題，從管理和技術上可采取以下措施：
3.1 嚴格貫徹執行有關電力諧波的國家標準，加強管理
我國1998年12月14日發布了國家標準GB17625.1-1998《低壓電氣及電子設備發出的諧波電流限值(設備每相輸入電流16A)》，要求購置的用電設備，經過試驗證實，符合該標準限值才允許接入到配電系統中。此外,1993年頒發的國家標準GB/T14549-1993《電能質量公用電網諧波》，規定了注入公共連接點的諧波電流允許值的用戶，必須安裝電力諧波濾波器，以限制注入公用電網的諧波。
3.2加強諧波污染源的監測
主管部門對所轄電網進行系統分析，正確測量，以確定諧波源位置和產生的原因，為諧波治理準備充分的原始材料；在諧波產生起伏較大的地方，可設置長期觀察點，收集可靠的數據。對電力用戶而言，可以監督供電部門提供的電力是否滿足要求；對于供電部門而言，可以評估電力用戶的用電設備是否產生了超標的諧波污染。
3.3 在諧波源處加裝濾波裝置吸收諧波電流
這類方法是對已有的諧波進行有效抑制的方法，這是目前電力系統使用最廣泛的抑制諧波方法。主要方法有以下幾種：
①無源濾波器。簡單的LC濾波器是由電容器、電抗器和電阻器適當組合而成。難以濾除頻率較低、幅度較大的畸變波。LC濾波器一般采用與諧振源并聯方式接入配電系統，三相連接可接成Y型或D型。但三次諧波濾波器有一點特殊，因為三次諧波主要為零序諧波，大部分流經N線，因此有些三次諧波濾波器采用在N線上串接的方式。如ABB公司的THF，其工作原理與并聯型LC濾波器的相反，是在150Hz的諧振頻率產生高阻抗，而對非150Hz的其它頻率電流阻抗很小，其結果是大部分三次諧波電流被阻斷。
無源濾波器安裝在電力電子設備的交流側，由L、C、R元件構成諧振回路，當LC回路的諧振頻率和某一高次諧波電流頻率相同時，即可阻止該次諧波流入電網。由于具有投資少、效率高、結構簡單、運行可靠及維護方便等優點，無源濾波是目前采用的抑制諧波及無功補償的主要手段。但無源濾波器存在著許多缺點,如濾波易受系統參數的影響；對某些次諧波有放大的可能；耗費多、體積大等。因而隨著電力電子技術的不斷發展，人們將濾波研究方向逐步轉向有源濾波器。
②有源濾波器。早在70年代初期，日本學者就提出了有源濾波器APF的概念，即利用可控的功率半導體器件向電網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為零，達到實時補償諧波電流的目的。與無源濾波器相比，APF具有高度可控性和快速響應性，能補償各次諧波，可抑制閃變、補償無功，有一機多能的特點；在性價比上較為合理；濾波特性不受系統阻抗的影響，可消除與系統阻抗發生諧振的危險；具有自適應功能，可自動跟蹤補償變化著的諧波。目前在國外高低壓有源濾波技術已應用到實踐，而我國還僅應用到低壓有源濾波技術。隨著容量的不斷提高，有源濾波技術作為改善電能質量的關鍵技術，其應用范圍也將從補償用戶自身的諧波向改善整個電力系統的電能質量的方向發展。
3.4加裝靜止無功補償裝置,提升功率因數cosф
快速變化的諧波源，如：電弧爐、電力機車和卷揚機等，除了產生諧波外，往往還會引起供電電壓的波動和閃變，有的還會造成系統電壓三相不平衡，嚴重影響公用電網的電能質量。在諧波源處并聯裝設靜止無功補償裝置，可有效減小波動的諧波量，同時，可以抑制電壓波動、電壓閃變、三相不平衡，還可補償功率因數. 。
3.5防止并聯電容器組對諧波的放大
在電網中并聯電容器組起改善功率因數和調節電壓的作用。當諧波存在時，在一定的參數下電容器組會對諧波起放大作用，危及電容器本身和附近電氣設備的安全。可采取串聯電抗器，或將電容器組的某些支路改為濾波器，還可以采取限定電容器組的投入容量，避免電容器對諧波的放大。
3.6增加換流裝置的相數
換流裝置是供電系統的主要諧波源之一。理論分析表明，換流裝置在其交流側與直流側產生的特征諧波次數分別為pk±1和pk(p為整流相數或脈動數，k為正整數)。當脈動數由p=6增加到p=12時，可以有效的消除幅值較大的低頻項，(其特征諧波次數分別為12k±1和12k)，從而大大地降低了諧波電流的有效值。
4 結束語
（1）在治理系統諧波時，應充分考慮系統中各種因素的影響，兼顧各個指標，選擇合理有效的濾波方案；
（2）采用LC濾波器，應以濾波器組的綜合濾波效果為原則，嚴格避免諧波放大現象的發生；
（3）濾波電容器電容量的選擇既要滿足濾波的要求，也要考慮無功補償的需要，還應使電容器能承受過電流和過電壓的影響；
（4）有源濾波器是一種新型動態濾波器，其諧波抑制能力大大優于LC濾波器。隨著對電網諧波問題的日益重視和其成本的逐步降低，將具有廣闊的應用前景。
參考文獻
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