浅议谐波的危害与治理

ShawnOster

【摘  要】文章叙述了电力设备谐波的产生和危害，在此基础上提出了抑制谐波提出了抑制谐波常用方法。
【关键词】谐波；危害；治理；抑制
一、谐波的危害
（1）变压器。对变压器而言，谐波电流可导致铜损和杂散损耗增加，谐波电压则会增加铁损。与纯基波运行的正弦波电流和电压比较，谐波对变压器的整体影响是温升较高。（2）电力电缆。在导体中非正弦波电流所产生的热量与具有相同均方根的纯正弦波相比较，非正弦波会有较高的热量。该额外温升是由众所周知的集肤效应和邻近效应所引起的，这两种效应如同增加导体交流电阻，进而导致I2RAC损耗增加。（3）电动机与发电机。谐波电流和电压对感应及同步电动机所造成的主要效应是在谐波频率下铁损和铜损的增加所引起之额外温升。这些额外损失将导致电动机效率降低，并影响转矩。当设备负荷对电动机转矩的变动较敏感时，其扭动转矩的输出将影响所生产产品的质量。（4）电子设备。电力电子设备对供电电压的谐波畸变很敏感，这种设备常常靠电压波形的过零点或其它电压波形取得同步而运行。电压谐波畸变可导致电压过零点漂移或改变一个线电压高于另一个线电压的位置点，这两点对于不同类型的电力电子电路控制是至关重要的。而电力与通讯线路之间的感性或容性耦合亦可能造成对通讯设备的干扰。计算机和一些其它电子设备，通常要求总谐波电压畸变率（VTHD）小于5％，且个别谐波电压畸变9率低于3％，较高的畸变量可导致控制设备误动作，进而造成生产或运行中断，导致更大的经济损失。（5）开关和保护继电器。和其它设备一样，谐波电流也会引起开关的额外损耗，并提高温升使承载基波电流能力降低。温度的升高对某些绝缘组件而言会降低其使用寿命。保护继电器对波形畸变的影响很大程度取决于所采用的检测方法。目前并没有通用的准则能用来描述谐波对各种继电器的影响。然而，可以认为目前在电网上一般的谐波畸变不会对继电器运行造成影响。（6）功率因数补偿电容器。电容器组的容抗随频率升高而降低，因此电容器组起到吸收高次谐波电流的作用，此作用提供温升并增加绝缘材料的介质应力。应当注意的是容丝通常是用来当作电容器的过载保护。由谐波引起的发热和电压增加意味着电容器使用寿命的缩短。
二、谐波的治理
谐波的治理一是抑制谐波；二是在谐波源处吸收谐波电流。抑制谐波电流主要有三方面的措施：降低谐波源的谐波含量，也就是在谐波源上采取措施，最大限度地避免谐波的产生。这种方法比较积极，能够提高电网质量，可大大节省因消除谐波影响而支出的费用。具体方法有：增加整流器的脉动数。增加整流脉动数，可平滑波形，减少谐波。如整流相数为6相时，5次谐波电流为基波电流的18.5％，7次谐波电流为基波电流的12％；如果将整流相数增加到12相，则5次谐波电流可下降到基波电流的4.5％，7次谐波电流下降到基波电流的3％。三相整流变压器采用Y-d（y／Δ）或d、Y（Δ／Y）的接线。这种接线可消除3的倍数次的高次谐波，这是抑制高次谐波的最基本的方法。选择合理的供电电压，并尽可能保持三相电压平衡，可以有效地减小谐波对电网的影响。谐波源由较大容量的供电点或高一级电压的电网供电，承受谐波的能力将会增大。一是对谐波源负荷由专门的线路供电，减少谐波对其他负荷的影响，也有助于集中抑制和消除高次谐波；二是合理选用运行方式，现在“手拉手环网”虽然提高了供电可靠性，但是对谐波污染构成通道，应当及时调整运行方式；三是在谐波源处吸收谐波电流，此种方法是对已有的谐波进行有效抑制，这是电力系统目前使用最广泛的抑制谐波方法，主要有以下三种：一是加装无源滤波器。无源滤波器安装在电力电子设备的交流侧，即用户非线性负载侧，由L、C、R元件构成谐振回路，当LC回路的谐振频率和某一高次谐波电流频率相同时，即可阻止该次谐波流入电网。由于具有投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点，无源滤波是目前采用的抑制谐波及无功补偿的主要手段。二是加装有源滤波器。与无源滤波器相比，APF具有高度可控性和快速响应性，能补偿各次谐波，可抑制闪变、补偿无功，有一机多能的特点；在性价比上较为合理；滤波特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化著的谐波。三是改造并联电容器组，采取串联电抗器。在电网中的各变电站母线侧并联补偿电容器组起改善功率因数和调节电压的作用，采取串联电抗器，将电容器组的某些支路改为滤波器，根据谐波次数，合理计算选用电容器、电抗器和电阻器，适当组合而成滤掉该次谐波，还要采取限定电容器组的投入容量，避免电容器对谐波的放大。
参  考  文  献
[1]王乙伊．《低压配电网无功补偿方式的研究》．广东电力
[2]JB/DQ2113-《电化学用整流变压器》．1984
[3]戴晓亮，《无功补偿技术在配电网中得运用》．电网技术
[4]《整流变压器谐波计算方法》．1996