諧波電流對電力系統(tǒng)的影響

劉汶興

（廣東電網(wǎng)公司江門供電局,廣東 江門 529000）

諧波電流對電力系統(tǒng)的影響

劉汶興

（廣東電網(wǎng)公司江門供電局,廣東 江門 529000）

在現(xiàn)代工業(yè)化不斷發(fā)展的今天，因非線性元件的使用，造成諧波電流的產(chǎn)生而導(dǎo)致電力系統(tǒng)供電電壓發(fā)生畸變，嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，本文通過分析諧波電流對電力系統(tǒng)供電質(zhì)量的影響和危害，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，以保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

諧波電流；電力系統(tǒng)；供電質(zhì)量；改進(jìn)措施

0 引言

在實際運(yùn)行中，諧波電流的產(chǎn)生，容易導(dǎo)致電氣設(shè)備故障和損壞的發(fā)生，即使安裝了無功補(bǔ)償裝置，也容易因諧波電流過大而造成電力系統(tǒng)的故障或損壞。面對這種情況，分析諧波電流的產(chǎn)生對電力系統(tǒng)的影響，包括電容器、電力電纜、變壓器及電網(wǎng)的影響，采用相應(yīng)的措施，對保證電力系統(tǒng)在諧波條件下的安全運(yùn)行是十分有必要的。

1 諧波電流對電力系統(tǒng)的影響

1.1 諧波電流對電容器等電力設(shè)備的影響

與一般電容器組相比，整流裝置的諧波阻抗較大。在電容器中，因電壓畸變會產(chǎn)生額外電力的損耗，容易因電容器與其他電力系統(tǒng)的串聯(lián)和并聯(lián)諧振而引起過電壓、過電流情況的發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致電壓器損壞。因此，在進(jìn)行諧波分析的電路中，在直流負(fù)載電流一定的情況下，可以將諧波源作為恒流源，由于電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到諧波電流對電力電容器的影響，當(dāng)諧波源與電力系統(tǒng)中的電力容器在同一母線上時，電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)具有并聯(lián)電路的特征。所以，為了有效分析諧波電流對電力系統(tǒng)的影響，可以以電力容器組支路串接于電抗器的結(jié)構(gòu)及等值電路為依據(jù)，如圖1所示，表示電力電容器諧波分析電路圖[1]。根據(jù)諧波電流的特征，可知n次諧波電流的計算公式為：

其中，Inmax代表電流最大值，I1代表基波電流。從公式中可以看出諧波電流最大值與諧波次數(shù)成反比例關(guān)系。然而，在重疊角不為0的情況下，n次諧波電流幅值的計算公式為：

其中，Kn代表修正系數(shù)，而修正系數(shù)主要與重疊角、諧波次數(shù)等有關(guān)。然而，對于諧波的等值電路，其計算公式為：

其中，xs代表電力系統(tǒng)的基波電抗，xc代表電力容器的基波容抗，xL代表串聯(lián)在電力電容器組支路的基波電抗。由公式（3）（4）可知，當(dāng)電力電容器組支路呈現(xiàn)容性時，電容器支路中諧波電流放大；當(dāng)電力容器呈現(xiàn)感性時，電容器組支路的電流較?。划?dāng)電容器支路發(fā)生串聯(lián)諧振情況時，其起到濾波器的作用。然而，當(dāng)電力電容器發(fā)生并聯(lián)諧振時，將可能威脅到電容器的運(yùn)行安全，因此，在未連接串聯(lián)電抗器的情況，令x=0，此時電力電容器發(fā)生并聯(lián)諧振的條件為x=n2x。Lc

電力電容器諧波分析電路圖

1.2 諧波電流對輸電線路的影響

1.3 諧波電流對繼電保護(hù)整定的影響

在諧波電流較高的情況下，諧波電流容易入侵某一電網(wǎng)系統(tǒng)而影響繼電保護(hù)的整定值，容易錯誤地引起過電流、過電壓情況的發(fā)生，尤其是在負(fù)序性諧波的情況下，若出現(xiàn)三相電壓不對稱的情況下，容易因操作失誤將負(fù)序濾過器作為啟動元件的保護(hù)裝置。由于諧波電流的產(chǎn)生，致使差動保護(hù)動作跳閘，大面積停電等事故，不僅造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，也嚴(yán)重威脅到人們的生命財產(chǎn)安全。因此，面對諧波電流對電力系統(tǒng)的影響，應(yīng)采取相應(yīng)的措施降低諧波電流，以保證電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

2 電力系統(tǒng)在諧波條件下的改進(jìn)措施

在電力系統(tǒng)中，隨著非線性元件的不斷增多，非線性負(fù)載會產(chǎn)生較多的諧波，并產(chǎn)生脈沖型電流。由于諧波電流主要表現(xiàn)在電力系統(tǒng)供電中斷、電網(wǎng)發(fā)生諧振等方面，容易造成電力設(shè)備發(fā)熱并損壞，嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，特別是3次諧波產(chǎn)生的巨大的中性線電流，因配電變壓器的電壓值超過了標(biāo)準(zhǔn)的電壓值，嚴(yán)重影響了電力設(shè)備的運(yùn)行安全。因此，針對諧波電流對電力系統(tǒng)的影響，采取相應(yīng)的措施降低諧波電流，首先，電力電容器因諧波過載，在有諧波電流的情況下，電容器可能會因諧波電流放大而造成負(fù)荷過載。因此，在設(shè)計無功補(bǔ)償電力電容器時，應(yīng)充分考慮諧波對電力電容器的影響，可采取的措施有：第一，增加整流相數(shù)，對于大功率的整流裝置來說，通過增加整流相數(shù)的方式，即增加脈動波數(shù)P，將各組整流裝置側(cè)繞組對稱地移相，抵消低次諧波分量，這樣既提高了整流裝置的整流效率，也有效減少了諧波電流對電力系統(tǒng)的影響；第二，在電容器組支路中串接電抗器，使電力電容器組支路呈現(xiàn)感性；第三，改變電容器容量等，從而有效避免并聯(lián)諧振的發(fā)生。

最后，在降低諧波電流中，還應(yīng)遵循“因地制宜”的原則，有針對性地加強(qiáng)濾波源的治理。由于濾波裝置主要分為有源、無源電力濾波器，在電力系統(tǒng)中，若采用有源濾波器裝置，可以通過濾波采樣裝置對諧波源發(fā)出的諧波進(jìn)行采集，并復(fù)制電流大小相等、方向相反的諧波，將采集的諧波接入電網(wǎng)，最終抵消原來的諧波，有源濾波器實際上屬于一個大功率的諧波發(fā)生器。而無源電力濾波器是通過電感、電容諧振的工作原理來組織n次諧波，以保證電力系統(tǒng)中的電壓畸變率保持在一定范圍內(nèi)。

3 結(jié)束語

在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，面對諧波電流對電力系統(tǒng)的影響，對于供電公司來說，應(yīng)對其引起足夠關(guān)注。若出現(xiàn)諧波源容量大、系統(tǒng)短路容量小的情況，將會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至可能危及到人們的生命財產(chǎn)安全。因此，分析諧波電流對電力電容器、電網(wǎng)、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)等的影響，有針對性地采取相應(yīng)的措施，采用增加濾波裝置及增加整流相數(shù)的方式，減少濾波電流對電力系統(tǒng)的影響，以保證電力系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。

[1]劉乾勇.牽引負(fù)荷諧波和負(fù)序電流對電網(wǎng)運(yùn)行影響研究[D].湖南大學(xué)，2012.

[2]孫波.諧波對電力系統(tǒng)的影響分析[J].電子世界，2013（01）:63-64.

[3]董泉，趙雨，職偉.電氣化鐵路諧波對電力系統(tǒng)的影響[J].科技信息，2010.

[4]鄭丹.電動汽車對電力系統(tǒng)的影響以及交互作用研究[D].華南理工大學(xué)，2013.

[5]那廣宇，王珺.電氣化鐵路供電系統(tǒng)及其對電力系統(tǒng)的影響[J].東北電力技術(shù)，2011（11）:13-18.