电力电网中产生谐波的分析探讨蒋超鹏

电力电网中产生谐波的分析探讨蒋超鹏

蒋超鹏

（霍林河循环经济电力监控指挥中心内蒙古霍林郭勒市029200）

摘要：研究分析谐波产生的原因，为抑制电力系统的谐波干扰提供好的检测方法，对提高电网运行质量、满足用户需求有着重要的实际意义。

关键词：电力系统;谐波产生;危害

一、谐波产生的原因

1.1电力系统负荷端产生的谐波

大量的大功率换流设备和调压装置的广泛应用产生的谐波，如荧光灯、电弧炉、变频设备、家用电器等。这些用电设备具有非线性特征，即使供给的是标准的正弦波电压，也会产生谐波电流注入电网系统，给电网造成大量的谐波，甚至回因为参数配置问题使得局部区域产生放大，由用电设备产生的谐波所占比例很大，是电网主要的谐波源。

1.2电源本身以及输配电系统产生的谐波

由于发电机三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致等制造和结构上的原因，使得电源在发出基波电势的同时也会产生谐波电势，但由于其值很小，一般在分析电力系统谐波问题时可以忽略。在输配电系统中主要是变压器产生谐波，由于其铁心饱和时，磁化曲线呈非线性特征，相当于非线性器件，饱和程度越深波形畸变也就越严重，再加上设计时出于经济性考虑，使磁性材料工作在磁化曲线的近饱和区段，从而产生谐波电流。电源和输配电系统虽然产生谐波，但这两方面产生的谐波所占的比例一般都很小。

二、谐波的危害

电力系统中谐波造成电网污染,正弦波形畸变,使电力系统的发电、供电、用电设备出现异常现象的情况日趋严重,主要表现在以下几个方面:

2.1对供配电线路的危害

（1）影响线路正常的稳定运行。供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护,由于电磁式继电器与感应式继电器对10%以下含量的谐波不敏感,当谐波含量高达40%时,导致继电保护误动作。而晶体管继电器虽然有许多优点,但由于采用了整流取样电路,容易受谐波影响产生误动或拒动。这样,谐波将严重威胁供配电系统的稳定与安全运行。

（2）影响电网的质量。电力系统中的谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变。另外,相同频率的谐波电压与电流要产生同次谐波的有功功率与无功功率,从而降低电网电压,浪费电网的容量。

2.2对电力设备的危害

（1）对电力变压器的危害。主要体现在谐波使变压器的铜耗增大,其中包括电阻损耗、导体中的涡流损耗以及导体外部因漏磁通引起的杂散损耗,谐波还导致变压器噪声增大。

（2）对电力补偿电容器的危害。谐波的存在往往使电网电压呈现尖顶波形,电容器承受较高脉冲电压,使其绝缘介质加速老化,当谐波严重时,还会使电容器鼓肚、击穿或爆炸。另外,电容器运行在电压已经畸变的电网中时,还可能使电网的谐波加剧。

2.3对用电设备的危害

（1）对异步电动机的危害:主要是增加电动机的附加损耗,降低效率,严重时使电动机过热,加速绝缘介质老化,产生机械震动和噪音等。

（2）对低压开关设备的危害:由于谐波泄露电流的作用,可能使断路器异常发热,出现误动作。

三、改进措施

3.1构建电能质量监控平台

本文认为应当构建电能质量事故以及分析处理相关档案，对电能质量事故进行分类统计，并及时的处理统计结果，强化电能质量方面的信息管理。至于供电网络的所有电能的质量状况和一些用电大客户电能的质量状况进行全面了解与跟踪，并积极寻求的有效措施展开持久的在线监控。及时选择一些有代表性的监测点展开、全天候电能质量在线监控，借此实现对系统内一些重要节点各类型电能质量参数的监控，此外还能够结合这些重要节点数据进而完成对整个系统基本电能质量的监控评估。及时分析历史信息，为后期查找电网事故提供重要的参考数据，从而避免乃至于大大降低电力系统事故的可能性。

3.2优化供电环境

（1）加强电网谐波治理规划管理。展开电网谐波治理必须结合科学发展观，综合已经指定的电网总体规划以及国民经济和社会层面的宏观发展规划，各项资源使用以及环保方面的规划等，对当前电力发展的环境展开全方位分析，实现电网以及电源之间的高度协调。

（2）谐波源专线供电，集中治理。伴随着工业的逐步发展，10KV出线的非线性负荷接入不可避免。大量的中小企业负荷规模虽然小，但凝聚起来统计规模同样很大，它的运作应紧密结合市场，展开集中专项整治。

四、谐波治理的基本方法

目前谐波治理的基本方法有以下三种，在治理过程中又可以采用变电所集中治理和非线性用电设备处分散治理两种方法。按谁污染谁治理的原则，应该采用非线性用电设备处分散治理。但对于电脑，彩电，节能灯等民用设备，则只能进行集中治理。

4.1减少非线性用电设备与电源间的电气距离

也就是减少系统阻抗，换句话说就是提高供电电压等级。例如，在丽水电业局的遂昌钢厂就取得了不错效果，该钢厂原是用35kV供电，由两个110kV变电所各架设一回35kV专线供电，而它的主要用电设备是电弧炉，虽然进行了五次、七次谐波治理，但在110kV的35kV母线上测得谐波分量仍接近或稍超国家标准。但在丽水局在遂昌新建了一个220kV变电所而且离该钢厂仅4km左右，用5回35kV专线供电，使35kV母线的谐波分量控制在国家标准以内，此外该厂还使用了较大容量的同步发电机，使这些非线性负荷的电气距离大大下降，使该厂生产的谐波对电网的危害性下降，这种方法投资是最大的，往往需要和电网发展规划相协调。

4.2谐波的隔离

非线性用电设备产生的谐波，它不仅直接影响到本级电网，而且经过变压器后，还会影响到上几级电网。如何把这些非线性用电设备产生的谐波不影响或少影响其他几级电网，这也是谐波治理的一个基本方法。这一方法在电网中广泛采用，发电机发出的电能经过Y/D、Yn/D、Yn/Y等接线组别的变压器，把发电机产生的三次、六次、九次等零序分量的谐波与上级电网隔离开来，因此在110kV以上高压电网上，三、六、九次谐波分量很小，几乎是零。而10kV由于在2005年前大多数配变为Y/Yn接线，35kV也有少量Y/Yn接线的直配变，因此在10kV和35kV中三、九次谐波分量会比高压电网大。为了减少10kV和35kV中三、九次谐波分量我国从2005年后10kV采用D/Yn配变，35kV有少量直配变，改用D/Yn接线组别。

4.3安装滤波器

目前对变电所侧和用户侧谐波治理的方法，多采用安装滤波器来减少谐波分量。滤波器分为有源滤波器和无源滤波器两大类。

（1）有源滤波器。有源滤波器基本工作原理是把用户电源侧的电流波型与正弦波相比较，差额部分由有源滤波器进行补偿，这是谐波治理的发展方向。

（2）无源滤波器。无源滤波器是通过L、C串联或并联，使其在某次谐波产生谐振，当发生串联谐振时，使滤波器两端该次谐波的电压很小，几乎接近零，这类滤波器往往接在变压器的二次侧出口处，从而使变压器的一次侧该次谐波的分量也很小，达到对该次谐波治理的目的。

由于计算精度和电容器、电感器的制造精度等的原因，若按计算结果数据来配备，在标准化审查时就通不过，为了保证串联滤波器能在五、七次谐波频率时谐振，我们要求电感有一定的调节范围，从而确保滤波器能正常工作。具体调试方法如下图，调节电感,在谐波分析仪中该次谐波值最小时，则认为滤波器已调试成功。

结语

谐波问题是一项需要长时间治理的工作，不仅需要大量的人力投入也需要大量的投资，不仅仅需要电力部门做好这项工作也需要其他相应部门的配合，为此这是一项需要多管齐下，多方合作的一个综合性工程，需要常抓不懈。

参考文献

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