陳吉明

摘要：諧波的存在嚴重影響著供電質量，但卻是不可避免的。近些年很多企業(yè)都采用HAPF技術，而不是簡單的PPF，這極大改善了補償措施。文章介紹了諧波的產生及其對電氣設備的危害，同時提出降低諧波的一些改進舉措。

關鍵詞：電網環(huán)境；諧波；供電質量；HAPF技術；PPF

中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）19-0119-02

諧波在電網中是一定存在的，它嚴重影響著供電質量，對電氣設備的危害也很大，尤其是對電容器的危害更大。近些年很多企業(yè)都采用HAPF技術，而不是簡單的PPF，這極大改善了補償措施。文章將重點介紹諧波的危害和處理方法。

1電網諧波的生成

在電網中，發(fā)電機發(fā)電都是三相對稱的交流正弦波，其頻率各國有所差異，我國的規(guī)定是50Hz，這就是基波。諧波是相對于基波而言的，諧波國標GB／T 14549-93上的說明是“對周期性交流量進行傅立葉級數(shù)分解，得到的頻率為基波頻率大于1的整數(shù)倍的分量”，由于非正弦波都可以用傅立葉級數(shù)表示，它的幅值和初相角都與諧波次數(shù)有關。根據諧波的諧波次數(shù)可以分為奇次諧波和偶次諧波。另外，當諧波同基波頻率不是整倍數(shù)關系時稱為諧間波，當諧波頻率低于基波頻率時稱為次諧波。

我國的供電系統(tǒng)的基波頻率都是50Hz，當電網的正弦波電壓加在非線性負荷上時，負荷吸收的電流就會不同于施加電壓的波形，也就是電流出現(xiàn)了畸變?；冸娏鲿陔娫聪到y(tǒng)的阻抗上產生電壓降，也就是畸變電壓?；冸妷涸陔娫床糠郑瑢筮叺乃胸摵啥紩a生影響，無論線性還是非線性，后邊就會產生更多的畸變電壓。當電網中某種比例電抗器自身電抗和電容比率合適，就可以產生固定次數(shù)的諧波電流，而且這種諧波電流會被放大，甚至達到電源電流的10倍以上。在電網中存在很多諧波電流，但是對于使用電器只要諧波電流很小就不會有問題，只有諧波電流很大時才會產生危險。由此可以知道產生諧波的根本原因還是負載的非線性特性，非線性負荷造成電壓和電流的非線性關系，從而引起畸變電流和畸變電壓，這里主要有三種類型的設備：鐵磁飽和、電子開關、電弧。典型設備有電抗器、變壓器、整流器晶閘管、逆變器、電弧鋼爐和交流焊接機等。

2諧波對電網和電氣設備的危害

2.1諧波對電機的影響

通常諧波的頻率都會高于基波頻率，而一些電機對頻率是非常敏感的，在電機運行時會產生集膚效應和磁滯渦流，使得附加損耗增加。并且會使定子和轉子建立的漏磁場產生額外的損耗，對斜槽轉子感應機、定子磁通的變化都會產生很大的鐵損。對很多小型電機的實驗已經證明，電機持續(xù)受到負序電壓為額定電壓3%時，電機的壽命至少減半，由于不規(guī)律的諧振會造成電動機的震動加強，電動機的機械壽命也會大大減小。一些特殊情況下還會使電動機的局部過熱，嚴重損壞電機。另外，諧波還可能產生脈沖波，這對電機的轉矩影響較大，嚴重的時候還會出現(xiàn)轉子斷條以及轉軸扭曲振動的

問題。

2.2對電力變壓器的影響

通常電力變壓器的激磁電流中都存在諧波電流，但是一般在額定電流的1%～3%，這樣變壓器的磁通還是趨于正弦波的，所以它不會引起變壓器的鐵損和發(fā)熱。即便是變壓器啟動時，存在的諧波電流很大，甚至超過額定電壓，但是一般浪涌電流存在的時間都很短，也不至于對變壓器構成威脅。但是變壓器諧波振動時，諧波電流將會被成倍放大。對于全星形接法的變壓器，正常時每相繞組電壓的3次諧波含有率可達到相當大的數(shù)值，若繞組中性點接地，且該側電網中分布電容較大或裝有中性點接地的并聯(lián)電容器組時，可能構成接近于3次諧波諧振的條件，使3次諧波電壓和電流增大。

2.3諧波對通信和電器的影響

諧波對通信線路的干擾主要通過電容耦合、電磁感應、電氣傳導進行。諧波對通信線路的干擾，不但可能損害通話的清晰度，而且在諧波和基波的綜合作用下曾發(fā)生多次觸發(fā)電話鈴響的情況，甚至在極端情況下會威脅到通信設備和人員的安全。家用電器通常對電壓電流都是有限制的，一方面供電點的質量會使很多電器直接受到諧波危害；另一方面，電器本身也會產生諧波，所以電器群中的電器還會相互影響，這樣更增加了供電電壓畸變。諧波電流和電壓噪聲以及靜電場都會使計算機的程序出錯，使得一些家電不能正常工作。

3諧波的處理方法

諧波的存在嚴重威脅著供電質量，對電氣設備的危害也是不言而喻的。要控制諧波，就必須對產生諧波的諧波源進行監(jiān)控和治理。諧波的處理人們很早前就開始研究，現(xiàn)階段我國大部分企業(yè)的處理措施還是采用電抗器和電容器組成濾波電路，也就是常說的無源電力濾波器（PPF），這種措施主要是利用LC電路的諧振作用削弱諧波。這種方法投資少、效果好，所以長期被人們采用。但是，這種措施也有明顯的缺陷，從三個方面說：（1）PPF一般都是對固定頻率的諧波起作用，其參數(shù)也是設置好的，所以只能補償某一頻率的諧波，而且它的濾波效果與電網的穩(wěn)定性有關，也不可能對所有諧波起作用。（2）PPF上都存在電容電感，這些很可能和電網發(fā)生串聯(lián)，極易損壞電容，對電網的安全也會構成一定威脅。（3）雖然PPF的成本不高，但是它卻耗費大量的金屬材料，體積龐大，在安裝時也是耗費很多人力，越來越不符合節(jié)約型社會的要求。

為解決PPF只能補償固定頻率諧波的問題，很多商家開始生產動態(tài)PPF，也就是利用多組LC濾波電路分別對不同頻率的諧波進行濾波，實質和PPF沒有區(qū)別，僅僅是增加了LC的組數(shù)，但在效果上還是得到了很高評價，不過對于后邊的兩個問題這種措施也是束手無措。隨著電力電子的發(fā)展，上世紀的70年代一種新的有源電力濾波器出現(xiàn)了，簡稱APF，而且大有統(tǒng)一市場的氣勢，在西方發(fā)達國家已經開始使用。這種技術可以利用計算機實時性地計算出電網中諧波的頻率，然后指揮輸出設備輸出一個和諧波大小相同、方向相反的電流去抵消諧波電流，達到補償?shù)男Ч?。這種措施利用了先進的控制技術和計算機技術，控制效果要好很多，而且其動態(tài)實時性也是無法比擬的。不過現(xiàn)在APF面臨的唯一問題就是造價高，使用成本高，對一些電子器件的要求也是很高，比如電壓電流的限制等，除了一些重要的場合，這種技術使用的還是很少。為解決問題，很多企業(yè)采用PPF和APF的組合體，先利用PPF消除大的諧波，再利用APF對一些小的諧波進行補償，雙管齊下，這樣減小了APF對電子器件的性能要求，也就降低了造價，同時又利用了PPF低廉的造價，這種組合體叫做HAPF。

這里以某個造紙廠電機運行速率為例進行說明。由于該電機的運行速率波動較大，導致產品加工時的斷頭率較高。隨后對設備進行檢測，結果發(fā)現(xiàn)問題出在了變頻器上，變頻器產生的諧波進入車間，并在電網傳播，導致了電機的運行波動。工廠決定安裝HPD設備，對電網質量進行改善，結果斷頭率明顯下降，經濟效益明顯改善，其中斷頭率下降效益21萬、產品質量效益96萬、設備穩(wěn)定效益10萬、電能節(jié)約效益2萬，通過治理每年增加效益129萬元。

4結語

諧波的存在威脅了電氣設備的正常運行，同時也給電能計量帶來了麻煩。在消除諧波的措施中，HAPF逐漸取代了PPF，這也是科技發(fā)展的必然結果，相信隨著科技的進一步發(fā)展，更有效且成本更低的技術一定還會出現(xiàn)。

參考文獻

[1]吳競昌．電力系統(tǒng)諧波[M]．北京：水利電力出版社，1996．

[2]張克強．電力諧波影響的評判[J]．西南民族學院學報，2001，27（4）．

（責任編輯：文森）