談諧波處理及措施

1、    談諧波處理及措施    王亮【摘要】諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負載所致，它會使電力系統(tǒng)的電能質量下降，同時會對電力系統(tǒng)中的一些設備產(chǎn)生危害。我們要研究如何消除諧波，提高電力系統(tǒng)電能質量?！娟P鍵詞】電氣工程 諧波 電能質量1、引言理想的電能應該是完美對稱的正弦波。諧波的混入會使波形偏離對稱正弦，由此便產(chǎn)生了電能質量問題。一方面我們要研究諧波產(chǎn)生的原因，另一方面我們要研究諧波會導致哪些問題，最后，我們要研究如何消除諧波，從而在一定程度上使電能接近正弦波。2、諧波產(chǎn)生的原因在電力系統(tǒng)中，諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負載所致。當電流流經(jīng)負載時，與所

2、加的電壓不呈線性關系，就形成非正弦電流，即電路中有諧波產(chǎn)生。由于半導體晶閘管的開關操作和二極管、半導體晶閘管的非線性特性，電力系統(tǒng)的某些設備如功率轉換器會呈現(xiàn)比較大的背離正弦曲線波形。所有的非線性負荷都能產(chǎn)生諧波電流，產(chǎn)生諧波的設備類型有：開關模式電源（smps）、電子熒光燈鎮(zhèn)流器、調速傳動裝置、不間斷電源（ups）、磁性鐵芯設備及某些家用電器如電視機等。3、諧波產(chǎn)生的危害諧波的危害主要由以下幾個方面，（1）對變壓器的影響，變壓器由于過大的諧波電流而產(chǎn)生附加損耗，從而引起過熱，使絕緣老化加速，導致絕緣損壞，發(fā)生觸電危險，正序和負序諧波電流同樣使得變壓器鐵芯產(chǎn)生磁滯伸縮和噪聲，電抗器產(chǎn)生振動和噪

3、聲。（2）對并聯(lián)電容器的影響，并聯(lián)電容器的容性阻抗特性，以及阻抗和頻率成反比的特性使得電容器容易吸收諧波電流而引起過載發(fā)熱，當其容性阻抗與系統(tǒng)中感性阻抗匹配時，容易構成諧波諧振，使電容器發(fā)熱導致絕緣擊穿的故障增多，諧波電壓與基波電壓峰值發(fā)生疊加，使得電容器介質更容易發(fā)生局部放電，此外諧波電壓與基波電壓疊加時使電壓波形增多起伏，傾向于增多每個周期中局部放電的次數(shù)，相應的增加了每個周期中局部放電的功率，而絕緣壽命則與局部放電功率成反比。（3）對斷路器的影響，諧波電流的發(fā)熱作用大于有效相等的工頻電流，能降低熱元件的發(fā)熱動作電流，高次諧波含量較高的電流能使斷路器的開斷能力降低，當電流的有效值相同時，波

4、形畸變嚴重的電流與工頻正弦波形的電流相比，在電流過零時的di/dt可能較大，當存在嚴重的諧波電流時，某些斷路器的磁吹線圈就不能正常工作。（4）對電子設備的影響，使相位控制設備的正常工作因控制信號紊亂而受到干擾，如電子計算機誤動作，電子設備誤觸發(fā)，電子元件測試無法進行等。（5）對通信線路的影響，使通信線路、信息線路產(chǎn)生噪聲，甚至造成故障。（6）對繼電保護的影響，使得某些類型的繼電保護，如晶體管整流型距離保護、變壓器及母線復合電壓保護由于相位變化而誤動作或拒動作。4、諧波的防治措施（1）采用較高的電壓級給諧波源供電，電壓越高，短路容量越大，對諧波的承受能力越大。（2）增加變流器的脈沖數(shù)等方法，增加

5、變流器的脈動數(shù)，增大轉相電抗和改善觸發(fā)對稱度，非線性負荷盡量集中供電，利用諧波源之間的相位不同以抵消部分諧波。（3）裝設諧波補償裝置，即采用lc組成的無源調諧濾波器，諧波補償裝置既可補償諧波，又可提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，而且結構簡單，因此一直廣泛使用。（4）采用有源電力濾波器，其基本原理是實時監(jiān)測電網(wǎng)中電流，快速分離出諧波電流分量，發(fā)出控制指令，實時產(chǎn)生大小相等方向相反的補償電流注入電網(wǎng)中，實現(xiàn)瞬時濾除諧波電流。5、諧波允許值根據(jù)gb/t 14549-1993電能質量 公用電網(wǎng)諧波規(guī)定，公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）的限值如下表公共連接點的全部用戶向該點注入的諧波電流允許值如下表6、舉例烏魯木齊米東區(qū)

6、工業(yè)園內某汽車零件制造廠，在未進行設計評估的情況下，引進了一臺大容量電阻焊機。在大容量電阻焊機運行過程中，工業(yè)園區(qū)開閉所保護該廠高壓線路的高壓斷路器跳閘，約每天跳閘10次以上，導致生產(chǎn)無法進行。經(jīng)設計核查該大容量電阻焊機為諧波源，運行時該廠功率因數(shù)在0.5左右，配電室低壓電容器未設置電抗器，廠房內高壓斷路器未跳閘，而上級開閉所高壓斷路器跳閘。經(jīng)分析可知，該大容量電阻焊機產(chǎn)生的諧波與工頻電壓發(fā)生疊加，且很可能與電容器產(chǎn)生諧振電路，進一步放大了諧波的作用，導致上級高壓斷路器跳閘即越級跳閘。處理方案為，電容器加裝串聯(lián)電抗器，并增加電容器容量，采用自動補償裝置，提高功率因數(shù)和補償效果，同時并聯(lián)電容器和

7、電抗器組成并聯(lián)lc無源濾波裝置，可對諧波啟到抑制作用。同時計算變壓器確認是否需要加大一級，提高負荷容量承載力，重新對該廠高壓斷路器和上級高壓斷路器進行繼電整定，滿足繼電保護和上下級配合的要求。7、結論隨著企業(yè)的技術改造及設備升級換代，非線性電力設備愈加廣泛應用，由此導致電力系統(tǒng)中諧波問題越來越嚴重，一方面造成了電力設備的損壞，加速絕緣老化，誘發(fā)火災等安全事故，另一方面也影響了計算機、可編程控制器等自動化控制設備正常工作，直接擾亂了人們正常的生產(chǎn)、生活。本著誰污染，誰治理的原則，企業(yè)應加大投入，合理用電，抑制電網(wǎng)污染，確保電網(wǎng)中其他用戶使用到清潔的電能，肩負起企業(yè)應擔負的社會責任。參考文獻：1中國航空工業(yè)規(guī)劃設計研究院等，工業(yè)和民用配電設計手冊（第三版），北京：中國電力出版社，2005。2鋼鐵企業(yè)電力設