谐波对高压输电线路的影响及其解决措施

谐波对高压输电线路的影响及其解决措施

摘要：随着非线性电力设备的广泛应用，电力系统中谐波问题越来越严重，谐波一方面造成一些电力设备损坏，加速绝缘老化，另一方面也影响计算机系统、电视等电子设备正常工作，直接扰乱了人们正常生活，谐波问题已引起人们高度重视，本文通过介绍谐波对高压输电线路的影响，并提出解决方案，旨在为系统检修运行人员解决谐波问题提供思路。

关键词：谐波高压输电线路

0 前言

所谓谐波是指一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍，电力系统所指的谐波是稳态的工频整数倍数的波形，电网暂态变化诸如涌流、各种干扰或故障引起的过压、欠压均不属谐波范畴；谐波与不是工频整倍数的次谐波(频率低于工频基波频率的分量)和分数谐波(频率非基波频率整倍数的分数)有定义上的区别。谐波主要由谐波电流源产生：当正弦基波电压施加于非线性设备时，设备吸收的电流与施加的电压波形不同，电流因而发生了畸变，由于负荷与电网相连，故谐波电流注入到电网中，这些设备就成了电力系统的谐波源。系统中的主要谐波源可分为两类：含半导体的非线性元件，如各种整流设备、变流器、交直流换流设备、PWM变频器等节能和控制用的电力电子设备；含电弧和铁磁非线性设备的谐波源，如日光灯、交流电弧炉、变压器及铁磁谐振设备等。国际上对电力谐波问题的研究大约起源于五六十年代，当时的研究主要是针对高压直流输电技术中变流器引起的电力系统谐波问题。进入70年代后，随着电力电子技术的发展及其在工业、交通及家庭中的广泛应用。谐波问题日趋严重。从而引起世界各国的高度重视。各种国际学术组织如电气与电子工程师协会(IEEE)、国际电工委员会(IEC)和国际大电网会议相继各自制定了包括供电系统、各项电力和用电设备以及家用电器在内的谐波标准。我国国家技术监督局于1993年颁布了国家标准GB／T14549—93《电能质量公用电网谐波》，标准给出了公用电网谐波电压、谐波电流的限制值。

1 谐波对高压输电线路的影响

谐波对输电线路的影响主要表现在以下几个方面：

(1)有可能引起某一高次谐波的网络并联谐振过电压，对电网用电设备的绝缘造成一定影响，甚至造成薄弱部位的绝缘击穿；

(2)对系统中的控制、保护及检测装置造成一定的影响，尤其是利用相位或

频率原理工作的一些保护装置和控制装置影响更为严重，有可能出现保护误动作的现象；

(3)使公用电网中的电力设备产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率；

(4)使线路过热，严重的甚至可能引发火灾；

(5)使一些具有容性的电气设备(如静电电容器)发热、爆炸和着火，使具有容性的电气材料(如电缆)过热和提前损坏；

(6)使电介质加速老化，绝缘寿命缩短；

(7)对邻近通讯设备，特别是和输电线路平行的通讯线路产生干扰；

(8)使接入电网运行的晶闸管不能及时关断，可能造成晶闸管短路而烧毁；

(9)谐波会引起电网谐振，可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统构成重大威胁，特别是对电容器和与之串联的电抗器，电网谐振常会使之烧毁。

2 解决谐波影响的措施

2.1 重视谐波的危害

明确谐波治理是一项节能增效、保证电网和设备安全稳定运行的重要措施。我们相关电力主管部门应对所辖配电网进行系统分析，正确测量，以确定谐波源位置和产生的原因，为谐波的有效治理准备充分的基础材料；在谐波产生起伏较大的地方，可设置长期观测点，从而获得可靠的数据。对电力用户而言，可以监督供电部门提供的电力是否满足要求；供电部门应积极的进一步评估电力用户的用电设备是否产生了超标的谐波危害。

2.2 加强谐波管理

电网谐波的治理是一项长期且艰巨的工作，电网中的高压配电的许多用户，对谐波的危害没有充分的认识，认为电网谐波的治理是电力部门的任务，所以作为电力系统管理部门就需要不断加强电网谐波危害以及治理方面的宣传活动，进一步强调谐波治理的重要性，提出恰当的治理对策。力求全面改善整个电力系统的供电质量，降低电磁污染环境，提高电能综合利用率，从而延长用户设备的使用寿命。

2.3 加强高能耗企业的管理

高能耗企业生产用电是电网的主要谐波源，严重危及电网的安全运行和用户设备的正常使用，必须采取有效措施加大对用户运行检测和谐波治理的力度，主要从以下三个方面着手：

(1)加强对用户供电设施设计、设备选型等技术监督工作，根据用户用电方式对谐波进行分析，指导用户合理安排供电方式，正确选择用电设备。禁止高能耗企业出现无功补偿不足、功率因数偏低的现象，应该采取无功补偿+滤波的技术实施滤波，使无功功率补偿到0.95以上，同时使母线谐波电压、注入系统的谐波电流下降到国家标准允许值以内。

(2)加强对用户谐波的监测力度，在系统中合理装设谐波监测装置，对系统电压、电流定期进行谐波分析，通过谐波监测，加强对用户的用电管理和技术监督，当用户对系统的谐波污染超过国家标准或影响系统正常运行，必要时可通过谐波监测装置采取自动切断电源的方式消除谐波污染。

2.4 采用合理方式对输电线路进行谐波治理

谐波抑制的传统方法就是采用LC滤波器，LC滤波器也称为无源滤波器，是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，除起到滤波的作用外，又可以补偿无功功率，而且结构简单，所以在电力系统中一直被广泛使用。这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振。导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。此外，它只能补偿固定频率的谐波，补偿效果不好。当前，谐波抑制的发展趋势是采用有源电力滤波器，有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的电力电子装置。其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性恰好相反的补偿电流，从而使注入电网的电流只含有基波分量。它能对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，其应用克服了LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法中的缺点。电力有源滤波器并联连接在负载上，通过检测补偿对象的电压和电流计算得出补偿电流的指令信号。该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功等电流抵消，最终得到预期的电源电流。

3 结束语

随着非线性电力设备的广泛应用，电力系统中谐波问题越来越严重，因此，研究抑制消除电力系统中的谐波，确保电力系统免遭污染侵害是十分必要的。谐波治理是综合治理过程，是改善供电品质的重要手段。治理好谐波，不仅能够改善整个网络的电力品质，同时也能延长设备使用寿命、提高产品质量、降低电磁污染环境、减少能耗、提高电能利用率。谐波问题涉及供电部门、电力用户和设备制造商，应当引起人们的高度重视，只有各方面都重视和行动起来，进行治理，才能还电网一个干净的环境。