关于油田配电网谐波问题的分析与治理

关于油田配电网谐波问题的分析与治理摘要：随着油田的快速发展和技术的不断革新，一些非线性和时变性元件越来越多地出现在油田电网，如变频、ups等非线性负载的大量使用，其造成的谐波污染对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在的威胁。本文简要分析了谐波的概念、来源及危害，并总结和提出了油田电网治理谐波的若干建议及措施。

关键词：谐波；配电；节能

中图分类号：u665.12 文献标识码： a 文章编号：

引言: 科技的进步与发展带来了油田建设数字化、信息化、自动化技术的突飞猛进，电网中非线性电力电子元件的使用越来越多，致使大量的谐波注入电网，造成正弦波畸变，电能质量下降，不但对电力系统的一些重要设备产生重大影响，对企业的正常生产以及用户的日常生活也带来了严重危害，了解谐波产生的机理，研究和清除供配电系统中的各次谐波，对于提高供电质量，确保电力系统及负载设施安全、平稳、经济运行都有着十分重要的意义。

正文：

1谐波的基本特性

谐波，是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常也称为高次谐波，而基波是指其频率与工频（50hz）相同的分量。当电网中的谐波电流较大时，我们称之为电网污染。在电网被污染的情况下，所有电网中的

设备与负荷均会受到影响。

理论上看，非线性负荷是配电网谐波的主要产生因素，非线性负荷吸收电流和外加端电压为非线性关系，这类负荷的电流不是正弦波，且引起电压波形畸变。而周期性的畸变波形经过傅立叶级数分解后，那些大于基频的分量被称作谐波。

图1 谐波

2 谐波产生的原因

2.1电源自身谐波。谐波在电网诞生的同时就是存在的，因为由于制造工艺的问题，电枢表面的磁感应强度分布稍稍偏离正弦波，从而使产生的电流稍微偏离正弦，这部分谐波分量只有在多路供电时才对电网产生影响。电力变压器由于其磁化曲线的非线性也产生少量谐波。

2.2非线性负载产生。谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经非线性负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波，主要表现如下：

1）整流装置产生的谐波是电网最大的谐波源。随着科技的进步与发展，晶闸管整流在不间断电源、稳压装置、自动控制等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。就电力系统中的供电电压来说，可以认为其波形基本上是正弦波，由于晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是周期性的非正弦波，整流装置从电源吸收高次谐波

电流，电流在电源回路引起阻抗压降，因此导致整个电网都含有高次谐波成分。

2）变频器也是企业谐波污染的另一重要因素。变频调速在油田企业应用较为广泛，常用于风机、泵等设备中。变频器是把工频电变换成各种频率的交流电，以实现电机的变速运行的设备。其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电转换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出直流电压进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。由于变频器大量使用了非线性的晶闸管，对其供电电源就形成了一个典型的非线性负载。变频装置由于采用了相位控制，是以脉动的方式从电网吸收电流，脉动电流导致电网电压畸变使其含有谐波成份。随着变频调速的发展，其对电网造成的谐波污染也越来越严重。

3）软启动器也造成了谐波污染。除使用变频设施以外，大功率设备如风机、压缩机、水泵、循环泵、消防泵的起停都采用了软启动器，因为软启动器采用三对反并联的晶闸管实现交流调压，由于晶闸管是典型的非线性器件，因此在使用过程中也会产生大量的谐波，对设备的稳定运行及电网造成了不良影响。

4）照明系统也产生谐波。目前企业广泛使用的荧光灯、节能灯、气体放电灯等都属于非线性负载，在节能的同时也给电网带来了大量的谐波。

5）其他非线性负载：变频控制的电机、起重机、电梯、泵等；

开关电源、ups、逆变元件、电池充电器；电子数据图像设备--如电视等；无线电发射设备，可控灯光设备；电信通信设备；镇流器、荧光灯等等。

3 谐波造成的危害

在谐波源设备集中使用的配电区域，谐波污染相当严重，电源功效明显下降。谐波对电力系统设备和负载的影响，基本分为两方面：一是热应力；二是负载损坏。

3.1所有接于电网中的设备的损耗都会增加，温升增加。谐波对电机的影响除引起附加损耗，还会产生机械振动、噪声和过电压，导致电机转矩降低，过热甚至烧毁。

3.2由于谐波的频率较高，谐波源的谐波电流流入变压器时增加了变压器的铜损耗和铁损耗，导致变压器容量减小，同时随着谐波频率的增高电流集肤效应更加严重，铁损耗也更大，从而引起变压器局部过热，缩短使用寿命。

3.3谐波能引起补偿用电力电容器过热、过压，谐波电压使电容器产生额外的功率损耗，并联电容器其容抗随着谐波频率增大而减少，产生过电流，加速绝缘老化进程，增加绝缘击穿故障。同时如果电容与电路的电感配合不当，容易在某个谐波频率附近产生谐振，从而导致电网电压进一步畸变。

3.4谐波会影响互感器的计量精度。谐波源将其吸收的一部分电网电能转变为谐波发送到电网中去，因此电能表会将谐波能量当作

发电来进行计算，从而导致计量误差，增加企业的额外费用。

3.5精密电子设备会被严重干扰，导致不能正常工作，甚至烧毁。整流器在换相期间电流波形发生急剧变化，该换相电流会在正常供电电压中注入一个脉冲电压，该脉冲电压所包含的谐波频率较高，因而会引起电磁干扰，对通信线路、通信设备会产生很大的影响。

3.6由于继电保护机构是根据工频正弦波的变化规律作为动作

激励设计的，当波形畸变严重时各种保护装置和自动控制装置的动作都会受到影响，造成继电保护装置与自动控制装置的误动作或拒动作，影响企业的自动化生产。

4 谐波的标准

谐波存在于电力系统发、输、配、供、用的各个环节，国标gb/t 14549—93《电能质量公用电网谐波》对不同电压等级各次谐波允许注入电网限值都作了具体规定，如表1、表2所示。

表1 公用电网谐波电压（相电压）限值

表2接入电网的谐波电流允许值

实际工作中，通常采用谐波监测仪表实时监测显示系统频率、电网各次谐波电压和谐波电流、三相电压不平衡度、电压基波有效值和真有效值、电流基波有效值和真有效值、有功功率、功率因数等电能质量参数及波形、趋势曲线等，以便发现电能质量不合格及时采取应对措施。

谐波问题一直是主要的电能质量问题，治理好谐波，不仅能降