浅谈供配电系统谐波危害及其治理

浅谈供配电系统谐波危害及其治理

发表时间：2019-01-17T11:46:32.213Z 来源：《电力设备》2018年第26期作者：杨毕

[导读] 摘要：随着工业生产过程中对低能耗、高效率生产等因素的关注程逐渐提升，供配电系统中接入的非线性、冲击性负载数量和规格都增长，使电能质量受其运作中产生的谐波影响无法得到全面保证，直接威胁电网的可靠性以及电力用户的正常用电，所以供配电系统中的电力谐波问题受到社会各界的广泛关注。

（东北大学设计研究院（有限公司））

摘要：随着工业生产过程中对低能耗、高效率生产等因素的关注程逐渐提升，供配电系统中接入的非线性、冲击性负载数量和规格都增长，使电能质量受其运作中产生的谐波影响无法得到全面保证，直接威胁电网的可靠性以及电力用户的正常用电，所以供配电系统中的电力谐波问题受到社会各界的广泛关注。

关键词：供配电系统；谐波；治理

电网谐波是电网中存在的除基波电压、电流以外的高次谐波分量，是影响电网电能质量的重要因素之一。近年来，新型用电设备越来越多地应用到电网中来，带来了大量的谐波源设备，这些设备所产生的谐波导致电网品质下降，波形失真，频率改变，降低了供电可靠性和电网可用容量，加大了电力运行成本。

1供配电系统谐波及其危害

在供配电系统中，谐波的产生是由于非线性负载所致。在电流流经非线性负载的过程中，它同其所加的电压并没有呈现出线性关系，而是形成了非正弦电流。良好的供配电系统提供给用户的电压应当保证是恒定工频的正弦波形电压。但是当前直流输电、大功率单相整流技术被大量地应用于用电设备上，如变频调速、大功率可控硅器件等，这些设备都带有典型的非线性负荷，它们将谐波电流注入电网中，导致电网电压畸变，污染了电网波形，降低了供电质量，电网的传输能力降低。总之谐波是一种无形的污染，其危害巨大，体现在以下方面：

1.1引起谐振。谐振高压被施加在电容器两端，由于高次谐波对电容器的阻抗不大，使得电容器经常发生过负荷而被击穿；高次谐波电流流入变压器，大大增加了铁芯损耗；高次谐波电流流入电动机，不止增加了铁芯的损耗，而且造成了转子振动，大大降低了设备的运行质量；高次谐波可导致保护设备误动作，大大增加了系统的损失；负序和谐波可引发发电机的热效应，造成发电机局部发热，同时还可能引起发电机组产生振动，使得机组的安全稳定运行无法保障。

1.2增加电气设备及线路的损耗。如果谐波电流过大，旋转电机、变压器等电气设备就会出现附加损耗，因而出现局部过热，加速绝缘介质的老化，最终损坏绝缘；三次谐波会导致中性线电流过大，引起电缆发热甚至火灾。

1.3对相位控制设备的正常工作造成严重干扰，引发电子设备误触发、电子计算机误动作，造成电子元件测试无法进行等问题。

1.4导致继电保护误动作，使某些类型的继电保护，如晶体管整流型距离保护、变压器及母线复合电压保护由于相位变化而误动或拒动。

1.5影响和干扰测量控制仪器、通讯系统正常工作，使通信回路、弱电回路产生杂音，甚至造成故障。

2供配电系统谐波的治理

2.1做好谐波检测工作

电网中存在的大量非线性负荷和冲击性负荷，会产生谐波电流注入到公用电网，不但会使电网设备无法正常工作，同时还可能影响到接入同一电网的其他用户设备安全使用。为了确保电网电能质量安全可靠，需做好谐波普测工作。通过测试电网内重要供电母线及出线、干扰源用户供电母线及出线、电源接入点的电能质量状况，及时发现电网中存在的谐波问题，提出解决方案，对重点污染线路进行谐波治理。谐波会引起过电流或过电压，从而使设备局部过热。在日常监测过程中，我们可使用红外热像仪捕捉设备过热处并直观显示。红外热像仪在使用过程对负载情况、检测时间、工作环境有较高要求，本文以福禄克便携式红外热像仪为例简述红外热像仪在使用过程中的注意事项：（1）要保证检测结果的准确性，在使用红外热像仪进行检测工作时，首先确保设备在额定电压和满负荷下工作。如果无法实现连续满负荷运行，要提前制作好运行方案，从而保证检测前和检测时，设备能够满负荷运行4～6h，让设备的故障部位发热充分，且使他的表面能够稳定的升温。（2）一般电气设备都在环境温度下，但要保证红外热图的清晰度，选择温差较小的场合较适宜，同时福禄克红外热像仪的热灵敏度要高；如果电气设备在户外，进行现场红外检测最好在阴天或者在日落傍晚无光照的时候；如果设备表面属于高反射的材质，可以通过改变检测角度或找到能避开反射的最佳角度等方式来降低太阳辐射及周围高温物体辐射的影响；用自动模式对设备的温度范围进行测量，采用手动方式对水平及跨度进行设置，将温度范围设置在最小，并涵盖先前测量的温度范围；如果是需要测试内部故障的电气设备，可利用氟化钙等特殊材料制作成红外窗口取代普通的有机玻璃窗口，使温度数据更准确。

2.2采用滤波器治理

如果并联电容器组周围存在谐波源，且谐波电流大于规定值时，需要通过设置串联电抗器在回路中对谐波电流进行抑制，并限制合闸时的电流涌流。要降低电磁噪声，在变频器输出侧设置输出滤波器即可；要降低电源干扰，可在变频器输入侧设置输入滤波器，这个过程中要保证滤波器外壳和变频器外壳牢固连在一起且可靠接地。

与其他谐波治理装置相比，APF有源滤波器不仅可实现对电力谐波动态抑制和对系统无功功率动态补偿，而且它实现了对三相不平衡的校正，是一种效果显著的新型电力电子装置。该装置主要由谐波检测环节、控制系统、主电路以及耦合变压器等四个部分构成。

ANAPF系列有源电力滤波器并联在含谐波负载的低压配电系统中，能够对动态变化的谐波电流进行快速实时的跟踪补偿。原理为：ANAPF系列有源电力滤波器通过CT采集系统谐波电流，经控制器快速计算并提取各次谐波电流的含量，产生谐波电流指令，通过功率执行器件产生与谐波电流幅值相等方向相反的补偿电流，并注入电力系统中，抵消非线性负载所产生的谐波电流。该APF进行工作时，需要依靠检测环节对电网中的谐波进行检测，根据检测结果生成需要补偿的谐波参考值，由控制系统根据生成的参考值产生相应的脉冲，并由控制电路产生补偿电流或者电压跟踪已生成的参考值实施补偿。

2.3变频器谐波治理

变频器和其他机电设备都是供配电系统的重要设备，如果对变频器谐波不严加治理，会造成其它设备损坏。变频器可采取隔离与屏蔽措施进行谐波治理。在变频调速系统中，一般采取在电源与放大电路之间使用隔离变压器避免传导造成的干扰。接着在敷设不同信号线时