淺談諧波源對電能質量的影響

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隨著電力電子技術在各工業(yè)部門和用電設備上的廣泛應用，非線性負荷數(shù)量越來越多，容量也越來越大，諧波大量注入電網(wǎng)，使電力系統(tǒng)電壓、電流波形發(fā)生嚴重的畸變。由于大多數(shù)儀器、儀表是針對工頻正弦波設計的，因而造成指示數(shù)據(jù)不正確。本文對引起供電電能質量惡化的理由舉行分析,提出相應的治理措施。

電弧爐；諧波；電壓波動閃變；負序；電能質量

一、諧波概述

在電力系統(tǒng)中，總是夢想得到正弦的電壓、電流波形，但是由于系統(tǒng)內存在好多的諧波源，使得波形往往偏離正弦波形而發(fā)生畸變。即產生諧波。我們所說的供電系統(tǒng)中的諧波是指一些頻率整數(shù)倍的正弦分量又稱為高次諧波。在供電系統(tǒng)中產生諧波根本理由是由于給具有非線性阻抗特性的電氣設備供電的結果。這些非線性負荷在工作中時向電源反應高次諧波，導致供電系統(tǒng)的電壓、電流波形畸變，使電力質量變壞。因此，諧波是電力質量的重要指標之一。

二、諧波源

在電力的生產、傳輸、轉換和使用的各個環(huán)節(jié)中都會產生諧波。在發(fā)電環(huán)節(jié)中對發(fā)電機的接線采取一些措施后，可以認為發(fā)電機供應的是具有基波頻率的正弦波形的電壓。

諧波的產生主要是來自以下具有非線性特性的電氣設備。

1.具有鐵磁飽和特性的鐵芯設備；2.以具有猛烈非線性特性的電弧現(xiàn)象的設備；3.以電力電子元件為根基的電源的設備。

以上這些非線性電氣設備顯著的特點是他們從電網(wǎng)取用非正弦電流，也就是說即使電源給這些負荷供應的是正弦波形的電壓，但由于他們具有其電流不隨著電壓同步變化的非線性的電壓——電流特性，使得流過電網(wǎng)的電流是非正弦波的，這種電流波形是由基波和與基波頻率成整數(shù)倍的諧波組成，即產生了諧波，使電網(wǎng)電壓嚴重失真，此外電網(wǎng)還務必向這類負荷產生的諧波供給額外的電能。接入低壓供電系統(tǒng)的非線性設備產生的諧波電流可分為穩(wěn)定的諧波和變化的諧波兩大類。所謂穩(wěn)定的諧波電流電指這種諧波的幅度不隨時間變化，如視頻顯示設備和測試儀表等產生的諧波，這類設備電網(wǎng)來說表現(xiàn)為恒定的負載。由激光打印機、復印機、微波爐等產生的各次諧波的幅值隨時間變化，稱之為波動的諧波，這類設備對電網(wǎng)來說是一個隨時間變化的負載。

三、諧波的主要危害

1.增加了發(fā)、輸、供和用電設備的附加損耗，使設備過熱，降低設備的效率和利用率

由于諧波電流的頻率為基波頻率的整數(shù)倍，高頻率電流過導體時，因集膚效應的作用，使導體對諧波電流的有效電阻增加，從而增加了設備的功率損耗，使導體的發(fā)熱嚴重。

（1）對旋轉電機的影響。諧波對旋轉電機的危害主要是產生附加的損耗和轉矩。由于集膚效應、磁帶、渦流等隨著頻率的增高而使在旋轉電機的鐵心和繞組中產生的附加損耗增加。在供電系統(tǒng)中，用戶的電動機負荷約占整個負荷的85%左右。諧波電流產生的諧波轉矩對電動機的平均轉矩的影響不大。但諧波會產生顯著的脈沖轉矩，可能展現(xiàn)電機轉軸震撼的問題。這種振蕩力矩使汽輪發(fā)電機的轉子元件發(fā)生扭振，并使汽輪機葉產生疲乏循環(huán)。

（2）對變壓器的影響。諧波電流使變壓器的損耗增加，更加是3次及其倍數(shù)次諧波對三角連接的變壓器會在其繞組中形成環(huán)流，使繞組過熱；對全星形連接的變壓器，當繞組中性點接地，而該側電網(wǎng)中分布電容較大或裝有中性點接地的并聯(lián)電容器時，可能形成3次諧波諧振，使變壓器附加損耗增加。

（3）對輸電線路的影響。由于輸電線路阻抗的頻率特性，線路電阻隨著頻率的升高而增加。在集膚效應的作用下，諧波電流使輸電線路的附加損耗增加。在供給電網(wǎng)的損耗中，變壓器和輸電線路的損耗占了大片面，所以諧波使電網(wǎng)網(wǎng)損增大。

（4）對電力電容器的影響。隨著諧波電壓的增高，會加速電容器的老化，使電容器的損耗系數(shù)增大、附加損耗增加，從而輕易發(fā)生故障和縮短電容器的壽命。另一方面，電容器的電容與電網(wǎng)的感抗組的諧振回路的諧振頻率等于或接近于某次諧波分諧波分量的頻率時，就會產生諧波放大，使得電容器因過熱、過電壓等而不能正常運行，甚至損壞。

2.影響繼電和自動裝置工作的穩(wěn)當性

諧波對電力系統(tǒng)中以負序（基波）量為根基的繼電養(yǎng)護和自動裝置的影響特別嚴重，這是由于這負序（基波）量整定的養(yǎng)護裝置整定值小、靈敏度高。假設在負序根基上再疊加上諧波的干擾那么會引起發(fā)電機負序電流養(yǎng)護誤動，變電站主變的復合電壓啟動過電流養(yǎng)護裝置負序電壓養(yǎng)護誤動，母線差動養(yǎng)護的負序電壓閉鎖元件誤動以及線路各種型號的距離養(yǎng)護、高頻養(yǎng)護、故障錄波器、自動準同期裝置等發(fā)生誤動，嚴重要挾電力系統(tǒng)的安好舉行。

3.使測量和計量儀器的指示和計量不切實

由于電力計量裝置都是按50Hz的標準的正弦波設計的，當供電電壓或負荷電流中有諧波成分時，會影響感應式電能表的正常工作。

4.干擾通信系統(tǒng)的工作

電力線路上流過的3、5、7、11等幅值較大的奇次低頻諧波通過磁場耦合，在鄰近電力線的通信線路中產生干擾電壓，干擾通信系統(tǒng)的工作，影響通信線路通話的明顯度，而且在諧波和基波的共同作用下，觸發(fā)電話鈴，甚至在極端處境下，還會要挾通信設備和人員的安好。

5.對用電設備的影響

諧波會使電視機、計算機的圖形畸變，畫面亮度發(fā)生變化，并使機內的元件展現(xiàn)過熱，使計算機及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)展現(xiàn)錯誤。對于帶有啟動用的鎮(zhèn)流器和提高功率因數(shù)用的電容器的熒光燈及汞燈來說，會由于在確定參數(shù)的合作下，形成某次諧波頻率下的諧振，使鎮(zhèn)流器或電容器因過熱而損壞。

四、抑制諧波的主要措施

諧波問題是關系到供電系統(tǒng)的供電質量的一個重要問題。它不但與供電部門有關而且還關系到宏大用戶和電器設備制造廠的切身利益。

1.增加換流裝置的相數(shù)

換流裝置是供電系統(tǒng)的主要諧波源之一。理論分析說明，換流裝置在其交流側與直流側產生的特征諧波次數(shù)分別為pk±1和pk（p為整流相數(shù)或脈動數(shù)，k為正整數(shù)）。當脈動數(shù)由P=6增加東歐阿p=12時，可以有效的消釋幅度較大的低頻率，（其特征諧波次數(shù)分別為12k±1和12k）,從而大大地降低了諧波電流的有效值。

2.加裝濾波裝置

設法在諧波源鄰近裁減諧波電流，從而降低諧波電壓。防止諧波電流危害的方法，裝置交流濾波器，交流濾波器能有效地抑制諧波電流，是電網(wǎng)電壓畸變減輕，送電質量提高，同時反過來又使大功率負荷的效率充分發(fā)揮，壽命相對延長，濾波器供給的容性無功，還有確定的無功補償作用，使系統(tǒng)的功率因數(shù)提高。

終止語

隨著以電力電子裝置為代表的非線性負載的大量使用，以微