韓賓

【摘要】的介紹了諧波危害，抑制諧波的常用方法，想通過此文以共行業(yè)內(nèi)的專家共評、深討。

【關(guān)鍵詞】諧波、頻率、濾波器

【中圖分類號】TN713 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0016-02

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和工業(yè)化進程的加快，電力電子器件、變頻調(diào)速裝置及微電子技術(shù)元件等大量的非線性用電設(shè)備廣泛應(yīng)用，使我國電力系統(tǒng)受到諧波污染狀況日益嚴重，降低了電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量。諧波已成為我國電力系統(tǒng)中的三大公害之一。諧波的產(chǎn)生、消除對研究和改善供電質(zhì)量和確保電電力系統(tǒng)運行有著非常重要的意義。

一、諧波的產(chǎn)生

諧波產(chǎn)生的根本原因是由于電源本身電動勢的偏移和非線性負載所致。當電流流經(jīng)負載時，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波?；ㄊ绞穷l率分量為I/T，諧波頻率是基波頻率的整倍數(shù)，根據(jù)傅立葉分析原理證明，任何重復(fù)的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量。

諧波是正弦波，每個諧波都具有不同的頻率，幅度與相角。諧波可以區(qū)分為偶次與奇次性，第3、5、7次編號的為奇次諧波，而2、14，6、8等為偶次諧波，如基波為50Hz時，2次諧波為100141，3次諧波則是150Hz。一般地講，奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。在平衡的三相系統(tǒng)中，由于諧波對稱性關(guān)系，偶次諧波已經(jīng)被消除了，只有奇次諧波存在。對于三相整流負載，出現(xiàn)的諧波電流是6n～1次諧波，例如5、7，11、13、17、19等。

二、諧波的來源

由于電網(wǎng)中的在電力的生產(chǎn)、傳輸、轉(zhuǎn)換和使用的各個環(huán)節(jié)中都會產(chǎn)生諧波。電網(wǎng)諧波來自于以下幾個方面：

1、發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波：發(fā)電機由于三相繞組在制作上很難做到絕對對稱，鐵心也很難做到絕對均勻一致和其他一些原因，發(fā)電源多少也會產(chǎn)生一些諧波，但一般來說很少。

2、輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波：輸配電系統(tǒng)中主要是電力變壓器產(chǎn)生諧波，由于變壓器鐵心的飽和特性，鐵心的磁化曲線的非線性，加上設(shè)計變壓器時考慮經(jīng)濟性，其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結(jié)構(gòu)形式、鐵心的飽和程度有關(guān)。鐵心的飽和程度越高，變壓器工作點偏離線性越遠，諧波電流也就越大。

3、用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波：

3.1 晶閘管整流設(shè)備：由于晶閘管整流在電力機車、鋁電解槽、充電裝置、開關(guān)電源等許多方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用，給電網(wǎng)造成了大量的諧波。這是最大的諧波源。

3.2 變頻裝置：變頻裝置常用于風(fēng)機、水泵、電梯等設(shè)備中，由于采用了相位控制，諧波成份很復(fù)雜，除含有整數(shù)次諧波外，還含有分數(shù)次諧波，這類裝置的功率一般較大，隨著變頻調(diào)速的發(fā)展，對電網(wǎng)造成的諧波也越來越多。

3.3 電弧爐、電石爐：由于加熱原料時電爐的三相電極很難同時接觸到高低不平的爐料，使得燃燒不穩(wěn)定，引起三相負荷不平衡，產(chǎn)生諧波電流，經(jīng)變壓器的三角形連接線圈而注入電網(wǎng)。其中主要是2 7次的諧波。

3.4 氣體放電類電光源：熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈等屬于氣體放電類電光源。經(jīng)過分析與測量，可知其非線性十分嚴重，有的還含有負的伏安特性，它們會給電網(wǎng)造成奇次諧波電流。

3.5 家用電器：電視機、錄像機、計算機、調(diào)光燈具、調(diào)溫炊具等，因具有調(diào)壓整流裝置，會產(chǎn)生較深的奇次諧波。在洗衣機、電風(fēng)扇、空調(diào)器等有繞組的設(shè)備中，因不平衡電流的變化也能使波形改變。這些家用電器雖然功率較小，但數(shù)量巨大，也是諧波的主要來源之一。

總而言之，諧波的產(chǎn)生，電網(wǎng)諧波來自于3個方面：一是發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波；二是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波；三是用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波。其中用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波最多。

三、諧波的危害：

1、對電力電網(wǎng)的危害：諧波電流進入電網(wǎng)后，引起電網(wǎng)的電壓畸變，使電能質(zhì)量變差和浪費電網(wǎng)的容量。

2、對電力電容器的危害：當電網(wǎng)存在諧波時，投入電容器后其端電壓增大，通過電容器的電流增加得更大，使電容器損耗功率增加。在電容器投入在電壓已經(jīng)畸變的電網(wǎng)中時，還可能使電網(wǎng)的諧波加劇，即產(chǎn)生諧波擴大現(xiàn)象。另外，諧波的存在往往使電壓呈現(xiàn)尖頂波形，尖頂電壓波易在介質(zhì)中誘發(fā)局部放電，且由于電壓變化率大，局部放電強度大，對絕緣介質(zhì)更能起到加速老化的作用，從而縮短電容器的使用壽命。一般來說。在諧波嚴重的情況下，還會使電容器鼓肚、擊穿或爆炸。

3、對電力變壓器的危害：諧波使變壓器的銅耗增大，其中包括電阻損耗、導(dǎo)體中的渦流損耗與導(dǎo)體外部因漏磁通引起的雜散損耗都要增加。諧波還使變壓器的鐵耗增大，這主要表現(xiàn)在鐵心中的磁滯損耗增加，諧波使電壓的波形變得越差，則磁滯損耗越大。同時由于以上兩方面的損耗增加，因此要減少變壓器的實際使用容量，或者說在選擇變壓器額定容量時需要考慮留出電網(wǎng)中的諧波含量。除此之外，諧波還導(dǎo)致變壓器噪聲增大。

4、對電力電纜的危害：由于諧波次數(shù)高頻率上升，再加之電纜導(dǎo)體截面積越大趨膚效應(yīng)越明顯，從而導(dǎo)致導(dǎo)體的交流電阻增大，使得電纜的允許通過電流減小。

5、對電動機的危害：諧波對異步電動機的影響，主要是增加電動機的附加損耗，降低效率，嚴重時使電動機過熱。尤其是負序諧波在電動機中產(chǎn)生負序旋轉(zhuǎn)磁場，形成與電動機旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩，起制動作用，從而減少電動機的出力。另外電動機中的諧波電流，當頻率接近某零件的固有頻率時會使電動機產(chǎn)生機械振動并發(fā)出很大的噪聲。

6、對低壓開關(guān)設(shè)備的危害：低壓開關(guān)易受諧波的影響使鐵耗增大而發(fā)熱，且諧波次數(shù)越高影響就越大，它們都有可能造成誤動作。

7、對弱電系統(tǒng)設(shè)備的危害：電力線路上流過的3、5、7、11等幅值較大的奇次低頻諧波電流通過磁場耦合，不但在鄰近電力線的通信線路中會產(chǎn)生干擾電壓，干擾通信系統(tǒng)的工作，影響通信線路通話的清晰度，而且在諧波和基波的共同作用下，會觸發(fā)電話鈴響，甚至在某些嚴重的情況下，還會威脅通信設(shè)備和人員的安全。

8、對使測量和計量儀器的危害：由于電力計量裝置都是按50Hz標準的正弦波設(shè)計的，當供電電壓或負荷電流中有諧波成分時，電力測量儀表受諧波的影響較大。特別是電能表（多采用感應(yīng)型），當諧波較大時將產(chǎn)生計量混亂，測量不準確。

9、對人體的危害：從人體生理學(xué)來說，人體細胞在受到刺激興奮時，會在細胞膜靜息電位基礎(chǔ)上發(fā)生快速電波動或可逆翻轉(zhuǎn)，其頻率如果與諧波頻率相接近，電網(wǎng)諧波的電磁輻射就會直接影響人的腦磁場與心磁場。

四、諧波的抑制方法：

1、整機電源需留有較大貯備量：為了使測量、控制裝置能滿足負載較大變化范圍，因此在設(shè)計整機電源時，可給予較大貯備量，一般選取0.5～1倍余量。

2、增加換流裝置的相數(shù)：換流裝置是電力系統(tǒng)的主要諧波源之一。換流裝置在其交流側(cè)與直流側(cè)產(chǎn)生的特征諧波次數(shù)，可以有效的消除幅值較大的低頻項，從而大大地降低了諧波電流的有效值。

3、增裝動態(tài)無功補償裝置：增裝動態(tài)無功補償裝置能夠提高供電系統(tǒng)承受諧波的能力，在技術(shù)經(jīng)濟分析可行的條件下，可以在諧波源處裝設(shè)動態(tài)無功補償裝置：靜止無功補償裝置或更先進的靜止同步補償裝置，以獲得補償負荷快速變動的無功需求、改善功率因數(shù)、濾除系統(tǒng)諧波、減少向系統(tǒng)注入諧波電流、穩(wěn)定母線電壓、降低三相電壓不平衡度等，提高供電系統(tǒng)承受諧波的能力。

4、降低諧波源的諧波含量：在諧波源上采取治理措施，從源頭上最大限度地避免諧波的產(chǎn)生。這就需要在設(shè)計、制造和使用諧波源設(shè)備時，要注意諧波對供電系統(tǒng)及其供用電設(shè)備的影響，采取切實可行的治理措施。用電業(yè)務(wù)管理部門要嚴格把關(guān)，對于沒有采取治理措施的諧波源用戶，要禁止其入網(wǎng)運行。

5、改變諧波元的配置和工作方式：將具有諧波互補性的設(shè)備應(yīng)集中布置，否則應(yīng)分散或交錯使用，適當限制諧波量大的工作方式，這樣可以減小諧波的影響。

6、選用D.YNll接線組別的三相配電變壓器

7、增加整流器的脈動數(shù)：三相整流變壓器采用Y/△或△/Y的接線，三相整流變壓器采用Y/△或△/Y的接線形式，這樣可以消除3的整數(shù)倍次的電力諧波，從而使注入電網(wǎng)的諧波電流只有5、7、11……等次諧波。

8、加裝交流濾波裝置：采用交流濾波裝置在諧波源附近吸收諧波電流，降低連結(jié)點的諧波電壓，是抑制諧波污染的一種有效措施。濾波裝置由電阻、電容和電感等元件組成串聯(lián)諧振電路，利用其串聯(lián)諧振時阻抗最小的特性，這樣就消除了5、7、11等高次諧波。

9、采用濾波器：濾波器安裝在電力電子設(shè)備的交流側(cè)可阻止諧波流入電網(wǎng)。由于具有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠及維護方便等優(yōu)點，是目前采用的抑制諧波及無功補償?shù)闹饕侄巍?/p>

有源濾波器即利用可控的功率半導(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，達到實時補償諧波電流的目的。

10、串聯(lián)電抗器或并聯(lián)電容器：在電網(wǎng)中并聯(lián)電容器組和采取串聯(lián)電抗器可以改善功率因數(shù)和調(diào)節(jié)電壓的作用。

11、改善供電環(huán)境：選擇合理的供電電壓并盡可能保持三相電壓平衡，可以有效地減小諧波對電網(wǎng)的影響。

結(jié)束語

在我國電力系統(tǒng)中諧波問題越來越嚴重，直接擾亂了人們的正常生產(chǎn)和生活。我國電能質(zhì)量治理工作的深入開展，要消除諧波污染，除在電力系統(tǒng)中大力發(fā)展高效的濾波措施外，還必須依靠全社會的努力，在設(shè)計、制造和使用非線性負載時，采取有力的抑制諧波的措施，減小諧波侵入電網(wǎng)，從而真正減少由于諧波污染帶來的巨大經(jīng)濟損失。隨著國民經(jīng)濟、諧波抑制技術(shù)的進一步發(fā)展、法制的進一步完善和對高效利用能源要求的增強，諧波治理問題最終將會得到妥善的解決。

參考文獻

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