淺談電力諧波對(duì)電網(wǎng)的危害及防治措施

高帥長江三峽水電工程有限公司

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淺談電力諧波對(duì)電網(wǎng)的危害及防治措施

高帥
長江三峽水電工程有限公司

摘要：通過對(duì)電力諧波進(jìn)行解析，對(duì)其產(chǎn)生的來源及其原因進(jìn)行介紹，發(fā)現(xiàn)電力諧波對(duì)電網(wǎng)所造成的危害巨大，已成為威脅電力系統(tǒng)與用電設(shè)備安全運(yùn)行的“電力公害”，并提出降低電力諧波造成危害的防治措施，保障電網(wǎng)的正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電力諧波；諧波源；諧波危害；防治措施

引言

隨著電力電子技術(shù)的日益創(chuàng)新，電力諧波這一現(xiàn)象產(chǎn)生的影響也越來越大，儼然已成為威脅電網(wǎng)與電氣設(shè)備正常運(yùn)行的“電力公害”。分析電力諧波的來源、危害及其如何降低電力諧波所造成的危害，是電力企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。做好電力諧波的防治工作，確保電網(wǎng)正常運(yùn)行，更是電力企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的方法之一。

1、電力諧波概述

在復(fù)雜的周期性振蕩中,包含基波和諧波。和該振蕩最長周期相等的正弦波分量稱為基波。相應(yīng)于這個(gè)周期的頻率稱為基本頻率。頻率等于基本頻率的整倍數(shù)的正弦波分量稱為諧波。信號(hào)理論對(duì)諧波的定義是:一個(gè)任意的周期信號(hào)，可以分解成若干個(gè)單一頻率的正弦波的疊加，這些正弦波的頻率是按自然數(shù)列排列的，比如是:f、2f、3f、……Nf，等等。也就是說一系列頻率是f、2f、3f、……Nf的單一頻率的正弦波，可以合成一個(gè)任意的周期波形。這些正弦波中，頻率最低的一個(gè)正弦波，叫基波，f就是基頻，頻率為2f、3f、4f、5f……的信號(hào)，就叫諧波?；ㄅc諧波起源于聲學(xué)，后來延伸到電學(xué)，于是電信號(hào)中就有了“基波信號(hào)”與“諧波信號(hào)”或“基波分量”與“諧波分量”之說。因此，電力諧波是相對(duì)于電力基波而言的。在我國，家庭用電一般是220V交流電，頻率為50Hz,產(chǎn)生50Hz頻率的電壓叫做基波電壓，例如三次諧波指的就是150Hz頻率。在電網(wǎng)中，奇數(shù)諧波比較常見，尤其是低壓配電網(wǎng)中的三次諧波更為常見，產(chǎn)生的危害也比較大。另外，在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，還有一些頻率不是50Hz基波頻率的整數(shù)倍，如1/2、1/3等倍數(shù)，此類我們稱為次諧波。

2、電力諧波的產(chǎn)生及對(duì)電網(wǎng)的危害

2.1電力諧波的產(chǎn)生，一般都是非線性電氣設(shè)備的使用造成的，而這些非線性電氣設(shè)備，我們稱之為“諧波源”。電網(wǎng)中的一些特殊設(shè)備，如：大功率整流器、變頻器、電弧爐、日光燈等，這類設(shè)備的工作電流與電壓不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦值比例進(jìn)行，所造成的負(fù)載為非線性負(fù)載。發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能，是比較規(guī)整的50Hz基波頻率，遇到此類電氣設(shè)備正常工作時(shí)，將基波進(jìn)行了更改，例如：大功率整流器，可以把50Hz基波頻率“整”成100Hz、150Hz、200Hz等，這樣就產(chǎn)生了電力諧波。

2.2電力諧波作為威脅電網(wǎng)與電氣設(shè)備正常運(yùn)行的“電力公害”，以下從幾個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行分析：

2.2.1電力諧波是在電力系統(tǒng)運(yùn)行中由于非線性電氣設(shè)備進(jìn)行工作所產(chǎn)生的，由此可見，其能量來源還是取決于電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的總電能，所以電力諧波的能量就是消耗掉一部分電力系統(tǒng)中的工能，這一部分工能轉(zhuǎn)化為電力諧波能源，返回到系統(tǒng)中，根據(jù)能量守恒定律，這樣無形中就造成了能量的無必要浪費(fèi)，損失了部分能量。

2.2.2電力諧波對(duì)輸配電線路造成影響，諧波電流通過輸配電線路，電流與線路電阻繼而產(chǎn)生熱能，造成線損跟諧波電壓降，影響電力系統(tǒng)正常生產(chǎn)。另外，諧波電流正弦波峰值與基波峰值產(chǎn)生重合時(shí)，容易造成導(dǎo)體表面及其附近出現(xiàn)輝光并伴有咝咝聲的放電現(xiàn)象，也就是“電暈”現(xiàn)象，這樣容易造成配電線路局部放電，造成電量損失。

2.2.3保護(hù)電力系統(tǒng)的重要裝置就是繼電保護(hù)，而電力諧波會(huì)影響繼電器工作不靈敏或者造成誤操作，從而導(dǎo)致電網(wǎng)的正常運(yùn)行受到破壞。

2.2.4在配電網(wǎng)中，電力諧波與電力基波產(chǎn)生共振，會(huì)造成線路局部放電，電力系統(tǒng)會(huì)因?yàn)檫^電流或過電壓而造成運(yùn)行中斷。

2.2.5電力諧波產(chǎn)生的諧波電流進(jìn)入電動(dòng)機(jī)定子繞組后，當(dāng)諧波電流較大時(shí)，會(huì)造成電動(dòng)機(jī)局部過熱，造成電機(jī)線包燒毀，影響電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。當(dāng)諧波電流較小時(shí)，也會(huì)加快電動(dòng)機(jī)定子繞組的損耗，降低電動(dòng)機(jī)的使用壽命。諧波電壓較大時(shí)，也會(huì)造成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子扭曲轉(zhuǎn)動(dòng)，影響正常生產(chǎn)。

2.2.6電力諧波影響通訊信號(hào)，能夠造成通訊信號(hào)中斷或者降低通訊信號(hào)的質(zhì)量。

2.2.7電力諧波對(duì)個(gè)人家庭用戶來說也危害巨大，例如：音響出現(xiàn)雜音就是諧波電流進(jìn)入音響設(shè)備造成頻率混亂出現(xiàn)雜音，電視機(jī)圖像不清晰，上下翻滾，還有諧波電流對(duì)劣質(zhì)日光燈造成過熱繼而損壞日光燈。

2.2.8在低壓配電網(wǎng)中，用電儀表、計(jì)量器也會(huì)因電力諧波的產(chǎn)生而造成計(jì)量不準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)失靈現(xiàn)象。

3、電力諧波防治措施

電力諧波防治措施有:增加換流裝置的脈動(dòng)數(shù)、提高設(shè)備抗諧波干擾性、電力濾波器、加強(qiáng)諧波管理，從而降低諧波源的諧波含量。

3.1增加換流裝置的脈動(dòng)數(shù)：整流器是電網(wǎng)中的主要諧波源，其特征頻譜為：n＝Kp±1，則可知脈沖數(shù)p增加，n也相應(yīng)增大，而In≈I1／n，故諧波電流將減少。因此，增加整流脈動(dòng)數(shù)，可平滑波形，減少諧波。

3.2提高設(shè)備抗干擾性：對(duì)于受諧波電流影響較大的設(shè)備，增加諧波保護(hù)裝置，提高設(shè)備使用壽命。

3.3電力濾波器：電力濾波器分為無源濾波器與有緣濾波器。目前來說，無源濾波器比較常見，一般安裝在電力電子設(shè)備交流測，通過電氣元件構(gòu)成諧振回路，阻止諧波電流浸入電網(wǎng)，對(duì)已知的電力諧波能起到有效作用。有源濾波器是指用可控的半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的。

3.4加強(qiáng)諧波管理：對(duì)于電力諧波影響較大的地區(qū)，電力公司應(yīng)該加強(qiáng)監(jiān)控，通過科學(xué)分析，數(shù)據(jù)累積，進(jìn)行精準(zhǔn)測量，從而避免諧波電流造成計(jì)量不準(zhǔn)而造成的經(jīng)濟(jì)損失，另外對(duì)該地區(qū)的線損管理更應(yīng)該進(jìn)行科學(xué)管理，確保無人為情況造成電量流失，如“人情電、關(guān)系電、權(quán)力電”的發(fā)生。

4、結(jié)論

本文通過對(duì)電力諧波的解析，闡述了電力諧波產(chǎn)生的原因，諧波對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的危害以及提出防治電力諧波措施。電力諧波隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的危害與日俱增，通過科技技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，早日消除電力諧波，保障電網(wǎng)正常運(yùn)行，確保居民正常用電是電力企業(yè)永不懈怠的奮斗目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李杰珍，黎建華.電力諧波去電網(wǎng)安全的危害.廣西桂東電力股份有限公司，廣西賀州四川電力技術(shù)2006.（5）

[2]劉昌平.淺談諧波對(duì)電網(wǎng)的危害及防治措施寧夏電力公司固原供電局科學(xué)論壇