浅谈电力系统谐波的危害与治理

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浅谈 电力 系统谐波 的危害 与治理
杨 忠堂
（ 尔滨市新城景观 工程有限公司， 哈 黑龙江 哈 尔滨 １ ００ ） ５ ００
摘 要： “ 谐波 污染” 已经成为电网内三 大公害之一， 只有各 方面都重视起 来， 进行治理 ， 才能还电网一个干净的环境。
关键词： 电力 系统 ； 波 ； 理 谐 治
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变压器局部严重过 等次谐波， 目 。 前 谐波与电磁干扰、 功率因数降低被列 产生机械振动和噪声等故障 ， 因此增加整流的相数或脉动数 ， 可有效 为电力系统的三大公害，因而了解谐波产生的机 热， 电容器 、 电缆等设备过热 ， 绝缘部分 老化、 变 地抑制低次谐波。 不过 。 这种方法 虽 然在理论 Ｅ 可 理， 研究和清除供配电系统中的高次谐波， 对改于 质， 设备寿命缩减， 直至最终损坏。 以 实现， 但是在实际应用中的投资过大 ， 在技术上 供电质量 、 确保电力系统安全、 经济运行都有着十 ２ 谐波会引起电网 ３ 谐振 ， 可能将谐波电流放 对消除谐波并不十分有效 ， 该方法多用于大容量 分重要的意义。 大几倍甚至数十倍 ， 会对系统构成重大威胁， 特别 的整流装置负载。 所谓 ， 谐波 即理想的电力系统 向用户提供 的 是对电容器和与之串联的电抗器，电网谐振常会 ３ ３改变部分运行 、 接线方式 ， 减小谐波的产 应该是—个恒定工频的正弦波形电压 ， 但是由于 使之烧毁。 生、 叠加、 放大、 产生危害的机会 各种原因， 使这种理想状态在实际中无法存在 。 因 ２ 谐波会导致继电保护和自动装置误动作 。 ４ 增加电网的短路容量、提高电气设备的短璐 此通过对周期性电压或电流的傅立叶分解 ， 所得 造成不必要的供电中断和损失。 比， 来降低谐波对同一电网 Ｅ 其他ｉ备的影响。 爨 到的 频率为基波整数倍分量的含有量， 称为谐波。 ２ 谐波会使电气测量仪表计量不准确， － ５ 产生 加强运行时的实时控制， 避免轻负荷、 高电压 １ 谐波的来源 计量误差。给供电部门或电力用户带来直接的经 的运行状态，以减少谐波电压过高对系统电器设 １ 中频炉、 ． １ 电弧炉等设备是该地区 谐波的主 济损失 备的影响； 要来源 ２ 谐波会对设备附近的通信系统产生干扰， ６ 有ｊ 的将配变中间相改接 Ａ或者 Ｃ相。 献 减 对该地区负荷进行分析 ， 发现主要 的原因是 轻则产生噪声 ， 降低通信质量厘 － 导致信息丢失 ， 少变压器群产生的谐波。在可能的情况下 。 贝 ０ 接成 该地区特钢工业发达， 中频炉、 电弧炉等作为—类 使通信系统无法正常工作。 △，ｌ ， ｙ 形 将谐孜在高压侧消化。 Ｉ ２ 谐波会干扰计算机系统等电子设备 的正 ． ７ 高效的加热源已经非常普及。电 弧炉是利用电极 ３ 整流变压器采用 Ｙ 或 ／ ＿ ４ ， Ｙ接线 物料问产生的电弧熔炼金属 ， 因此， 它的电流波形 常工作， 造成数据丢失或死机。 该方法可抑制 ３ 的倍数次的高次谐波 ，以整 很不规则， 含有多种谐波 次到 ７ 以 间谐波 ， 次） 及 ． ２ 谐波会影响无线电发射系统、雷达系统、 流变压器采用 ／ ８ Ｙ接线形式为例说明其原 理， 当高 这是谐波的—个重要来源。而中 频炉是工频电流 核磁共振等设备的工作性能， 造成噪声干扰和图 次谐波 电流从晶闸管反 串到变压器副边绕组内 整流后再变为中频 ， 再利用电磁感应来熔炼金属 ， 像紊乱。 时， ３ 其中 的 滴 次谐波电流无路可通， 所以 因此产生大量的高次谐波，其中以 ５ ７ ｌ 次、 次、１ ３ 力系统谐波治理方法 电 自 然就被抑制而不存在 。但将导致铁心内出现 ３ 次等奇次谐波为主。这正是该地区谐波的主要来 ３ 针对谐波源进行治理 ． １ 而该磁通 源。 。 按谁干扰 ， 谁污染 ， 谁治理的原则 ， 进行谐波 将在变压器原边绕组内产生 ３ 的倍数次高次谐波 １ ２用户变压器群是该地 区谐波的重要来源 源当地治理。 即对于产生大量谐波的用户 ， 在用户 电动势， 从而产生 ３ 的倍数次的高次谐波电流。 因 般情况下 ， 三相变压器由于铁芯为“ ” 日 形 根据装置的原理不同， 为它们相位—致 ， 只能在形绕组内产生环流， 将能 状， 中相比边相要短一半 ， 因此， 三个磁路的不对 可分为无源电力滤波器 Ｄ 和有源电力滤波器 量消耗在绕组的电阻中， 故原边绕组端子 Ｅ 不会 称引起变压器劢磁电流中含有谐波分量。 以当 （Ｐ） 所 出现 ３ 的倍数次的高次谐波电动势。从以 匕 分析 Ａ Ｆ。 对空载三相变压器加电压激励时，即使受电侧没 无源电力滤波器利用电容、电感谐振的原理 可以看出， 三相晶闸管整流装置的整流变压器采 从而保证电压畸变率处在 用这种接线形式时， 谐波源产生 的 ３（是正整数） ｎ ｎ 有零序电流通路（ 中性点不接地或三角形接线） ， 励 吸收阻止相应次谐波。 磁电流中也会脊 谐波分量。 虽然在实际运 ｉ 行时， 这 较低水平。 —般根据需要吸收的谐波次数 ， 设置合 次谐波激磁电流在接线绕组 内 形成环流 ， 不致便 个诣黼 嘻 臣 但 由 小， 于变压器绕组接法以及各 适的 Ｌ 参数 ， Ｃ 分别设置滤波装置。 谐波注入公共电网。这种接线形式的优点是可以 该地区已有用户装设 了此类无源滤波补偿装 自 然消除 ３ 的整数倍次的谐波， 是抑制高次谐波 绕组和电网各相的连接统—规定时 ， 则各台变压 器励磁电流里的同次谐波彼此叠加 ， 形成了电网 置。 装设 ５ 次滤波装置 ， 、 ７ 采用可控硅自动投切 ， 的最基本方法 ， 该方法也多用于大容量的整流装 中谐波的又—重要来源。例如 ， 在绝大多数配变 在滤除谐波的同时， 对无功也进行了补偿。 ２ 置负载。 但 廷 中，Ｉ Ｙｙ 接线， 者Ｉ ，ｌ 是 Ｉ 变压器的中间的铁柱对应 的 无源装置不能满足对无功功率和谐波进行快速动 线圈即中相接的都是 Ｂ ， 相 这样的统—接法， 就为 态补偿的要求。同时还要注意不能在滤除某次谐 减小带来的影响 ３５７ 、、 等次谐波提供了—个分别互相叠加的条件。 波时，Ｃ参数恰好是另一个谐波的谐振参数 ， Ｌ 而 根据 《 用建筑 电气设 计规 范 ） ｊ 民 ｊ ｒ Ｇ ｒ 在该地区，现有 ３ ｋ ５ Ｖ用户变压器 ５台，总容量 使此谐波放大。 １—２． ０“ ６９３． 为控制各类非线性用 电设备所产生 ３ １ ４０Ｖ ， ｋ ０ ｋ Ａ １ Ｖ用户 变压 器约 ８０台 ，总 容量 ０ ０ 而有源电力滤波 的 谐波引起的电网 ３０Ｖ ｏ ３ ｋ Ａ 如此庞大的用户变群又成为了谐波的又 波发生器，它通过谐波采样装置将谐波源发 出的 内， 宜采限下列措施： 各类大功率非线性用电设备 ｑ￣ － 。 谐波采集后 ， 再完整地复制出大小相等 、 方向相反 变压器的受电电压有多种可供选择时 ， 如选用较 的谐波 ， 并接人电网 ， 将谐波抵消 ， 其产生的谐波 低电压不能符合要求， １ ３谐波的其他来源 宜选用较高电压。” 也就是 事实上 ， 谐波还有其他的来源 ， 各类生产用 随谐波源的变化而变化， 是一种新型的滤波装置 ， 中 频炉等大功率非线性用电设备在选型时， 尽基 电如电镀 、 电泵等， 生活用电中如电视机、 电脑、 荧 但费用较高。 选择较高电压。 在无功补偿设计中除了应注意避免并联电容 光灯等采用开关 电源或其他电力 电子技术的装 ３ 增加整流变压器二次侧整流的相数 ． ２ 对于带有整流元件的设备， 尽量增加整流的 器与系统感抗的谐振， 除了验算基波外 ， 还需要验 置， 单独来看， 所产生的谐波非常微小 ， 但是由于 相数或脉动数， 可以较好地消除低次特征谐波， 该 算 ３５７ 、 次等主要谐波， 、 避开这些参数 ， ｔ 防ｌ 在该 其数量的极其庞大， 也是不可忽视的—部分。 ２谐波的危害 措施可减少谐波源产生的 谐波含量 ， —般在工程 次谐波发生谐振。 参考 文献 ２ 谐波会使公用电网中的电 ． １ 力设备产生附 设计中予以考虑。因为整流器是供电系统中的主 加的损耗 ， 了 电、 降低 发 输电及用电设备的效率 。 要谐波源之一，其在交流侧所产生的高次谐波为 『 戚伟基 电力系 １ １ 统中的谐波分析及消除方法． 大量三次谐波流过中线会使线路过热 ，严重的甚 ｔ １ Ｋ 次谐波，即整流装 置从 ６ 脉动谐波次数为 【 罗安． ２ １ 电网谐波治理和无功补偿技术及装引 ． ｎ ６ ，如果增加到 １ 脉动时，其谐波次数为 北京： ＝ Ｋ１ ２ 中国电力出版社 。Ｏ ６ ２Ｏ， 至可能引发火灾。 ２ ２谐波会影响电气设备的正常工作 ， 使电机 ｎ １Ｋ １ 中 Ｋ为正整数） ＝ ２ 淇 ， 这样就可 以消除 ５７ 、