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，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

    0 引言

    近年來(lái)，經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展促使工業(yè)化和自動(dòng)化程度迅速提高，供電系統(tǒng)非線性設(shè)備和負(fù)荷的大量使用，使諧波的產(chǎn)生有了巨大的溫床，諧波對(duì)電網(wǎng)的干擾愈加嚴(yán)重，導(dǎo)致電網(wǎng)供電質(zhì)量下降。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)生和電力線路中諧波的類型

    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。不同頻率的諧波對(duì)不同的電氣設(shè)備會(huì)有不同的影響。諧波主要產(chǎn)生于兩類元件：

①含半導(dǎo)體的非線性電氣元件；

②含電弧和鐵磁非線性設(shè)備。由于這兩類元件廣泛存在于電力線路中，所以諧波來(lái)源于三個(gè)渠道:一是發(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。可見(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)電力線路的危害

    諧波對(duì)電力線路的危害可以說(shuō)無(wú)處不在，具體有以下幾個(gè)方面:

    2.1 對(duì)輸電線路的危害 由于輸電線路阻抗的頻率特性，線路電阻隨頻率的升高而增加。在集膚效應(yīng)的作用下，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，由于輸電線路存在著分布的線路電感和對(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 影響線路的穩(wěn)定運(yùn)行 為保證線路與設(shè)備的安全，保證線路的穩(wěn)定運(yùn)行，電力線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)電流保護(hù)裝置，母線差動(dòng)保護(hù)元件誤動(dòng)以及線路各種型號(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。對(duì)各種斷路器也有同樣的影響，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。

    此外諧波還影響電網(wǎng)的質(zhì)量。諧波不但使電網(wǎng)的電壓與電流波形發(fā)生畸變，而且同頻率的諧波電壓與諧波電流要產(chǎn)生同次諧波的有功功率與無(wú)功功率，從而降低電網(wǎng)電壓，浪費(fèi)電網(wǎng)的容量。

    2.3 對(duì)電力設(shè)備的危害 電力設(shè)備主要包括電力電容器和電力變壓器，諧波對(duì)它們的危害也很大。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，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。除此之外，諧波還導(dǎo)致變壓器噪聲增大，有時(shí)還發(fā)出金屬聲。

    2.4 對(duì)用電設(shè)備的影響 在供電系統(tǒng)中，用戶的電動(dòng)機(jī)負(fù)荷約占整個(gè)負(fù)荷的85%左右。因此，諧波對(duì)電力用戶電動(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

    由于諧波存在的廣泛性和頻譜的多樣性，使得諧波的管理有極大的困難，可以說(shuō)在供電系統(tǒng)中完全消除諧波是不可能的，但我們可以對(duì)一些危害比較大的諧波進(jìn)行有效的處理。為減少供電系統(tǒng)的諧波問(wèn)題，可以采取以下措施:

    3.1 通過(guò)技術(shù)措施，減少諧波的危害 減少諧波目前采用的方法是:

①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)入電網(wǎng)，如在電力電子設(shè)備的交流側(cè)安裝無(wú)源濾波器；

②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，達(dá)到較實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的；

③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；

④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，避免電容器對(duì)諧波的放大。此外還有一些特定的方法，如增加換流裝置的相數(shù)，脈寬調(diào)制法，三相整流變壓器采用Y / Δ或Δ/Y 的接線等。

    3.2 加強(qiáng)管理，減少諧波的危害 諧波是附著于基波的，以電流的形式在電網(wǎng)中傳輸，使整個(gè)電網(wǎng)受其影響。因此我們可以采取一定的措施使諧波在一定的范圍內(nèi)流動(dòng)而不影響電網(wǎng)的其他部分。各部門各負(fù)其責(zé)，盡量不把本部門管轄范圍內(nèi)的諧波傳送到其他線路，如發(fā)電部門提高發(fā)電機(jī)制造的工藝水平，提高三相繞組絕對(duì)對(duì)稱性，鐵心的均勻一致性，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；對(duì)于供電部門來(lái)說(shuō)，諧波的產(chǎn)生不可避免，既有來(lái)自上游發(fā)電部門的諧波，又有來(lái)自下游用電部門的諧波，還有自身產(chǎn)生的諧波，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)用戶端諧波的管理

    3.3.1 加大對(duì)諧波的危害性和治理方面的宣傳，使用戶深刻認(rèn)識(shí)諧波治理的重要性，諧波治理是是保證電網(wǎng)和設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的舉措。同時(shí)要制定一些制度，明確各個(gè)部門在諧波管理中的職責(zé)、相應(yīng)的操作規(guī)程、規(guī)范對(duì)諧波的管理；

    3.3.2 用電用戶產(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≤16A）》，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，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；

    3.3.3 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，在用戶變的低壓側(cè)加裝濾波裝置，將諧波限制在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)。同時(shí)安裝電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)儀，并定期進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證電網(wǎng)電能質(zhì)量和電網(wǎng)安全運(yùn)行。

    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。