配电系统谐波存在的危害及防治对策

配电系统谐波存在的危害及防治对策

发表时间：2018-09-13T14:50:48.483Z 来源：《建筑细部》2018年2月中作者：步明燕

[导读] 随着国家经济实力的增强，工业技术的发展，越来越多的电力电子设备和间歇性新能源，尤其是一些非线性设备被广泛应用

兖矿东华重工有限公司煤机装备制造分公司山东省济宁市邹城市 273500

摘要：随着国家经济实力的增强，工业技术的发展，越来越多的电力电子设备和间歇性新能源，尤其是一些非线性设备被广泛应用，导致电网中的谐波日益增多，谐波污染也日趋严重。因此，在现阶段，对谐波的检测与处理不容小觑，如何深入了解谐波，并做好谐波治理成为现阶段保证电能质量好坏的重要工作内容。

关键词：配电系统；谐波；危害；防治

引言

电力系统从运转开始到结束，始终伴随着谐波的产生。它很难消除，对电力系统造成了严重的损坏，而且随着各种非线性设备接入到系统中，造成了谐波的加剧，现在已经成为影响电网的主要危害。它会造成电力网络的硬件设备出现故障，浪费电力资源，而且长期得不到处理还会发展成为安全隐患，对电力系统的稳定性运行有极大的损害。

1电力谐波形成的原因

国际电工委员会对于谐波的定义中谐波的频率是基波频率的整数倍。而在实际生产中，谐波的频率也可能不是基波的整数倍。因此，在广义上，可以将谐波划分为三类：谐波（谐波频率为基波频率的正整数倍，且倍数大于1），间谐波（谐波频率为基波频率的小数倍且频率大于基波频率）与次谐波（谐波频率为基波频率的小数倍且频率小于基波频率）。

理想情况下，电网的电压电流应为正弦变化且没有畸变。而实际中由于各种因素的影响使得电网中谐波对于电网电流电压造成畸变，主要原因如下：（1）电网中不完全对称的三相电源产生了谐波；（2）由于电力系统中某些负载和设备的非线性特性，使得工频电压电流直接作用时，会产生谐波；（3）电能在输配电线路中产生谐波。

2配电系统谐波存在的危害

2.1对电力设备的危害

谐波电压和电流会对变压器造成严重影响，导致变压器的铁损和负载损耗增大，并使变压器内的某些部件温度升高，噪声增大，从而导致变压器的使用寿命缩短。因此，为提高选煤厂的环保节能，最大幅度地减少谐波对变压器的影响，应当选择低耗损、体积小、方便维护的变压器，例如SC10型干式变压器。另外，电容器是很容易被谐波影响的器件，当电容器受到谐波电压的影响时，电容器会与系统内其他设备产生串联谐振或并联谐振，导致电容器内的介质损耗加剧，并会有额外的功率耗损的产生。频率与电抗反比例关系，因此，即使存在较小比例的高次谐波，都会产生谐波电流，对电容器造成较大的损害。

2.2对供配电线路的危害

供配电系统中的电力线路一般采用感应式继电器进行保护，当受到谐波影响时，可能导致误动作或者误触发等现象的产生。例如，大功率设备多次起停造成谐波电流的产生，造成供电线路供电中断。另外，变压器合闸涌流中的谐波分量，也会导致供电线路产生供电中断和供电损失。配电系统中的电压与电流受到谐波的影响时，容易产生畸变，频率相同的谐波电压会导致同次谐波的无功功率和有功功率的产生，继而影响电网的电压，甚至会威胁到整个电网系统的安全。另外，电容器可以增大电网中的谐波电流，甚至会有谐振的产生，会对电气设备造成严重的危害。

2.3对用电设备的危害

电动机在受到谐波电压和谐波电流的影响时，会产生额外的铁损与铜损，从而增加无功功率，使得电动机的效率下降，并会加快绝缘介质的老化，产生机械振动，增加噪声。因此，选煤厂在选择电动机时，应当结合这些因素对电动机造成的影响，使电机功率具有一定的余量，从而来提高电动机的能力。接触器、断路器这些低压设备在谐波的影响下，可能会产生异常发热，出现误动作的现象，导致元器件承载电流能力下降，缩短设备的使用寿命，严重时甚至会影响工作人员的人身安全。例如，在选择低压开关设备时，除了满足电流的要求，也要选择性能可靠、安全级别高的设备。

3配电系统谐波的防治对策

3.1节设备与电源的距离

通过科学合理的调节用电设备的电气距离，然后有意识地缩减电力系统的阻抗，促使系统内的供电电压等级升高，从而将电力谐波产生的实际危害得以有效降低。例如某供电厂在2个100kV变电所设置一回35kV专线母线上的谐波测量值依旧十分接近国家标准，然而在这一供电厂周边区域新设立220kV变电所，凭借较大容量的同步发电机的作用，直接通过5回35kV专线供电，电气距离显著降低，从而使电力设备受到的电力谐波危害也有效减少，起到了治理电力谐波的作用。

3.2做好谐波检测

该检测方式是一种基于快速傅里叶变换取得各次谐波相关参数的方法。此方式检测精度较高但需要对一定时间内的采样值进行快速傅里叶变换，使得计算量极大，导致测量时间长，测量结果的实时性不够好。且在采样过程中易出现频谱泄露和栅栏效应，使测量的相位偏差较大。因此可以采用以下几种算法减少频谱泄露：（1）利用同步采样法和准同步采样法可以提升测量精度，但测量的实时性较差，易产生检测误差；（2）修正理想采样频率法则是对每个采样点进行修正，从而获得其在理想采样频率下的采样值，此方法虽然在线监测时实时性较好，但是也只能使频谱泄露减少一半；（3）基于加窗插值法的修正算法主要利用数据的加窗处理和插值运算，使谐波相互泄露衰减，缩短测量时间；（4）双峰谱线修正算法可以降低频谱泄露和噪声干扰，提高频谱分析的准确度。

3.3设置电力滤波器

（1）有源滤波器。该技术是通过有源滤波器实现对谐波的抵消，进而实现消除，从而增加电网的稳定性。它的作用原理是与电网进行串联，产生与谐波相反的波形，从而使其和为零。这种方法操作较为简单，且见效快，能够适应各种运行情况，已经被广泛使用在各种

电网谐波的治理中。

（2）无源滤波器。该技术主要运用无源滤波器，它的连接方式是并联。在连接完成后，将其LC谐振频率设定为谐波的频率，即可达到消除的目的。但在运用该方法时，局限性较高，造成其运用领域过窄。一般需要多次消除，且只能运用于固定频率的谐波，所以效果并不好。例如通过对5、7、3次的谐振点连接，达到消除3次的效果。该方法的成本较低，所以在一些要求不高的场景应用较多。

（3）混合型滤波器。它是运用有源和无源两种方式相结合，在无源的状态下消除固定谐波，然后运用APF减少其他谐波，实现经济效益和效果的同步提升。一般，HAPF的开关逆变器的容量会大幅降低，下降93%左右，大幅地提升了其经济效益。

3.4动态无功补偿

（1）SVG。该技术是运用电力电子技术对系统进行跟踪检查，从而进行相应的消除。该方法主要是通过稳定系统的电压，从而消除其谐波。另外该技术运用的是无功功率，具有较高的经济效益。同时该技术的运用频段较高，可以与HAPF进行互补结合，从而规避谐波造成电网稳定性下降，形成经济损失。而且该技术能够对三相间的不对等现象进行自动跟踪消谐，从而达到内部平衡。

（2）STATCOM。静止同步补偿器与SVG相对应，其工作原理是通过调节输出电压幅值和相位来实现与交流系统无功功率的交换。与传统的无功补偿装置相比，STATCOM具有调节连续、谐波小、损耗低、运行范围宽、可靠性高、调节速度快等优点，自问世以来，便得到了广泛关注和飞速发展。

结语

谐波电流对电力系统的稳定性影响较大，要结合当地的运行环境，采取合理的方式进行消除。除了运用上述的技术外，还要注意优化电网的运行环境。其中，保持三相电压的平衡就是最主要的措施，它能够增加电力系统对谐波的承受能力，也有助于提高消除系统的工作效率。

参考文献：

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[2]魏学良，程婷.谐波治理设备在供电系统中的应用[J].国外电子测量技术，2015（3）：73-76

[3]何瑞花.电力系统谐波的危害与治理[J].科技视界，2015（5）：322-323