谐波对电力设备的影响与对策

谐波对电力设备的影响与对策
发布时间：2021-07-15T16:43:08.887Z 来源：《城镇建设》2021年第4卷2月6期作者：黄阳斌[导读] 实测数据表明，在西南某段电气化铁道牵引供电系统中牵引负荷的谐波电流总畸变率（THD）高达30.3%。

黄阳斌
（广东力源工程技术有限公司，广东东莞，523000）摘要：实测数据表明，在西南某段电气化铁道牵引供电系统中牵引负荷的谐波电流总畸变率（THD）高达30.3%。

谐波会使电缆导体的集肤效应作用变得明显，导体有效面积的减小导致其谐波电阻较基波电阻增大，使电缆产生附加的线路损耗，表现为电缆的温升，并降低电缆的载流能力。

因此，考虑谐波作用对电缆及其接头的影响对维护电网安全稳定运行具有现实意义。

逋过对电感：进行坐标变换，分析坐标变换过程中所得电感谐波分布情况，利用谱波分量最少的差值电感估计转子位置角度。

最后通过仿真与实验验证了所提无位置算法的有效性以及正确性。

关键词：谐波;电力设备;影响与对策引言
谐波电流都在建筑物用电设备负荷投入后产生，在项目供配电系统前期设计中，要准确计算谐波电流比较困难，一般采用估算谐波电流的方法。

而项目在投入运行后，实际的谐波电流往往与设计时的预期不一致，对电网的电能质量造成不同程度的影响，严重时会引发安全用电事故。

由于工厂设计的谐波治理措施不够合理，存在用电安全隐患，经过专项谐波治理方案的实施，最终有效解决了谐波污染问题，谐波电流参数满足国家电网的限值要求。

1谐波的检测方法
谐波的检测方法主要有：采用模拟带通或带阻滤波器检测方法；基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法；基于傅里叶变换的谐波检测方法；基于小波变换的谐波检测方法；基于神经网络的测量方法。

其中，神经网络算法应用于谐波检测，具有较高的准确性。

神经网络算法的计算单元是神经元，神经元一般分为输入层、隐含层、输出层，层与层之间具有映射关系。

2谐波现象的危害及影响
工业变频电机的广泛应用对工业生产发展起到积极的促进作用的同时，也加重了谐波对公用电网的损害。

变频器通常在场内与其他设备一起工作，作为最主要的谐波源之一，变频器所产生的谐波干扰和污染，会使生产设备之间形成相互影响，降低设备运行的可靠性。

谐波的具体危害表现在：使输电、供电和用电设备的附加损耗增加，使利用率降低，导致设备温度过高，甚至会引发火灾；增大谐波电流，与补偿电容器一起形成并联谐振或串联谐振，造成事故；影响变压器的工作，导致变压器局部过热，使绝缘层老化，损坏及缩短用电设备寿命，影响正常工作；此外，谐波会对附近的通信系统，如计算机、传感器等产生干扰，并对继电保护和自动装置的工作造成影响。

由此而知，工业变频电机所产生的谐波危害对电力电子技术的发展形成阻碍，必须采取有效措施将变频器产生的谐波控制在最小范围内，以达到抑制用电污染，提高电能质量的目的。

3谐波的治理对策
考虑谐波治理就近终端的原则，治理方案考虑采用就地补偿的方式，在工厂空调主机设备的现场配电箱处进行谐波治理，达到净化电能质量的目的，保护变压器和电缆的使用安全。

现场考虑配置有源滤波器作为谐波抑制措施，依据GB51204-2016《建筑电气工程电磁兼容技术规范》中4.5.15条“有源滤波器的额定补偿电流应大于设备安装处的谐波功率，且宜具备10%~20%的裕度。

”由于空调主机设备现场测试的谐波电流值约为120A，因此选取补偿电流容量为150A有源滤波器配置接入现场配电箱的母线端。

另外也建议将变电所内电抗率14%电抗器调整为6%，对内部电网5次谐波电流有抑制作用，真正起到保护补偿电容器的作用。

3.1有源滤波器
普通变频器产生的谐波次数一般为5次或7次，电网通过可控硅三相全控桥作用于变频器供电，n次谐波电流量为基波电流的1/n。

5次和7次谐波含量随直流电流而增加，同时减少了大于7次的谐波含量。

对此，可采用含各次滤波器的TSC动态无功功率补偿装置。

将滤波装置串联或并联在电路中，在补偿对象中实时监测谐波电流，同时在补偿装置中会产生一个补偿电流，该补偿电流与谐波电流大小相等，方向相反，从而使电网电流中包含基波电流。

滤波器补偿基波无功功率，对基波呈现容性，对各次谐波无功功率进行滤除，电感呈现很小。

3.2电路理论分析及MATLAB仿真相结合的方式
而电力系统中由于非线性负载的增加，电流谐波畸变严重，电力谐波作为电网环境污染的危害之一，会影响电缆线路的安全稳定运行。

此外，电缆线路的损耗会随着谐波波形畸变程度的加深而增大，进一步加快电缆绝缘介质的老化速度而缩短其使用寿命，严重威胁了整个电力系统的安全问题。

对电缆在谐波环境中的运行特性进行深入探究，采用电路理论分析及MATLAB仿真相结合的方法，分析电缆输电线路在各种运行工况下的谐波阻抗基本特性、电缆输电线路中谐波电流的放大机理及改进措施。

电缆线路漏电容在不同次谐波作用下会引起不同程度的谐波电流放大，谐波电流的放大倍数会随着电缆长度的增加而增加。

随着谐波次数的增加，高次谐波作用下谐波电流的放大程度要比低次谐波作用下谐波电流的放大程度要大。

调整串联电抗器参数，使其与并联电容器组配合，能够将电缆输电线路的谐波电流放大倍数控制在合适的区间内。

对于某些特定取值，串联电抗器与并联电抗器相互作用，甚至可以削弱甚至是滤除电力电缆中特定次数的谐波电流。

3.3温度实时监测
高含量谐波环境会使接头压接钳处温度显著升高，易在该处形成过热点，随着谐波次数的增加，接头与本体之间的轴向温差进一步扩大。

因此，需要对长期工作在谐波环境下的电缆接头实行温度实时监测，以防接头绝缘热老化击穿，并在电缆设计中对接头结构和材料性能进行综合优化，提高接头热耐受能力。

该研究对电缆接头的设计优化与运行维护能力提升有一定借鉴意义。

降低谐波对电缆线路损耗及温度的影响，可通过合理使用PWM整流装置、谐波滤波器等手段，以过滤电缆线路中的谐波电流，提高线路的载流能力与安全稳定性。

同时，考虑到不同敷设环境下系统的传热方式有所不同，可针对不同敷设环境下的电缆建立多物理场耦合模型，进一步探究谐波对电缆及其接头损耗与稳态温度的影响。

3.4增加变频器供电电源内阻抗
变压器的短路阻抗，即电源设备的内阻抗在通常情况下，可以起到缓冲对变频器直流滤波电容的无功功率作用。

电源容量与变频器容量成反比，电容容量较变频器容量越小，则内阻抗值就越大，所含谐波量越小；若电容容量较变频器容量越大，则内阻抗值就越小，所含谐波量则越大。

因此，可以采取电容器加电抗器的方法实现对电容和电抗值调整的目的，使电容电抗支路对某次谐波点阻抗为零，继而使谐波进入电容电抗支路，达到滤波的目的。

结束语
终端电网，尤其是工厂建筑终端电网的电能质量稳定性问题比较严重，谐波污染是影响稳定性的一个重要因素。

由于谐波产生的因素很多，波动变化也比较大，如何有效治理一直困扰电气设计人员。

目前谐波问题已逐渐引起工程设计人员重视，相关计算分析方法的研究已经取得明显进展，希望在具体设计工作中对电气设计人员有所帮助。

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