试析如何消除电力谐波污染确保电网运行安全

2016-02-02普妍

山东工业技术 2016年22期

关键词：电容器谐波继电保护

普妍

（天津城建大学,天津 300380）

试析如何消除电力谐波污染确保电网运行安全

普妍

（天津城建大学,天津 300380）

本文首先解释电力谐波的产生原因和主要来源；接着指出其会对电力系统造成造成怎样的污染和破坏；最后提出一些能够消除电力谐波污染，保证电网运行安全的措施。

电力谐波污染；消除；电网；运行安全

1 引言

电力谐波属于电网污染，会危害整个电力系统的安全，影响电力系统的正常运行。在我国电力事业不断发展、电网规模不断扩大的情况下，电力谐波产生的可能性和造成的危害性也会不断增加，为了确保电网运行的安全，保障人们用电的安全和稳定，必须对电力谐波产生的原因进行分析，找到并采取相应的措施，来消除电力谐波对整个电网造成的污染和破坏。

2 电力谐波的产生原因和其主要来源

（1）电力谐波的产生原因。电力谐波产生的原因可以被分为三种：由输配电线路本身造成的谐波、由发电源质量问题造成的谐波、由部分电力设备非线性负荷入电网时造成的谐波，最后一种造成的谐波最多。与电网工频频率不同的成分都可以被称为是谐波。电力系统向电力设备供电后，施加在非线性负荷设备上的电压波形和电流波形不一致，从而导致电流的畸变和电压的畸变。对这些畸变的电流和电压进行傅里叶级数分解后，得出各种电量，发现该段频率要远高于甚至成倍高于工频频率，属于高次谐波，会严重影响到电网的正常运行。

（2）电力谐波的主要来源。电力谐波的主要来源是电力系统中的用电设备，特别是非线性用电设备。在电力系统中，一些用电设备的阻感负载比例非常大，需要消耗掉相当一部分有功功率和无功功率才能正常工作，比如：日光灯、变压器、发电机等。

3 电力谐波会造成怎样的污染和破坏

（1）电力谐波会增加电网线路发生的损耗，并造成一定的危害。以电力系统中的输电线路为例，如果谐波的次数不断增加、频率不断升高、输电线缆的导体截面面积增大，那么导体表面的集肤效应会越来越强、导体交流电阻不断加大、输电线路能够通过的电流会逐渐减少，输电线路功率损耗越来越严重，发生谐波谐振的可能性不断增加，输电线路被绝缘击穿的可能性加大[1]。除此之外，谐波在增大输电线路功率损耗的同时，还会致使电压出现尖峰，加速输电线缆的老化，缩短输电线缆的使用寿命，有时还会引起电晕损耗。

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（2）电力谐波会对电力系统中的用电设备造成不同程度的损坏。1）对变压器和旋转电机的损坏：当电力系统中产生谐波谐振时，变压器的功率损耗将会加大；变压器的外壳和内部也会因谐波电流的存在出现发热的现象；变压器过热时，其使用效率和使用寿命也会相应的缩短，因此，电力谐波还会影响到变压器的使用寿命；变压器在工作时也会因电力谐波发出较大的噪音。旋转电机遭受电力谐波的破坏和变压器遭受的破坏相近，但其受受损坏程度会更高。2）对继电保护装置的损坏：继电保护装置的性能会受到电力谐波的影响，出现误动作或者拒绝动作等现象，干扰继电保护装置的正常工作。而继电保护装置受电力谐波的影响程度根据继电保护装置的类型，以及继电保护装置的工作原理不同而不同，其中受电力谐波影响最为明显的是晶体管型继电器。3）对电力测量仪器的损坏：电力谐波出现后，会直接干扰到电力测测量仪器的测量准确度和测量结果，以电力系统中常见的电度表为例，当电力谐波出现、频率增加到超过设计参数时，读数不准确，误差为负；当频率为1000Hz时，电度表会停止工作[2]。

（1）合理进行电气设计，从源头上减轻谐波污染。在进行电气设计时，适当增加整流器的脉动数，以减少电力谐波量；利用脉宽调制技术或者功率因数矫正的方法，将电网中的电流改变为正弦交流电，使电网的负载和线性负载等效，有效抑制电力谐波；改变和改善变压器的接入方式和接线方法，从而有效抑制甚至直接消除电网中出现的高次谐波；选择高质量合适的电力设备，对变压器、电缆、开关设备等进行合理的设计和配置，以起到减轻电力谐波污染的作用。（2）在电网中加装滤波装置，防治和减轻电力谐波。滤波装置分为有源滤波和无源滤波两种，通常被设置在电网中的谐波源附近，比较常见的是LC无源滤波装置，其通过调节LC振谐与电网中的高次谐波频率相同，来起到抑制和抵消高次谐波的作用。LC无源滤波装置的操作方式比较简单，且安全性较强，不仅能够有效消除和抵制电网中的电力谐波，还能够改善功率因数。但其本身体积较大，而且还容易受参数的影响[4]。（3）适当增加和调整换流装置的相数。通过增加换流装置的相数，能够有效减少甚至消除幅值较大的低频项，从而降低电力系统中谐波电流的有效值，消除电力谐波的污染。（4）减少和避免电容器组对电力谐波的扩大。当电力系统中出现电力谐波，电容器组在一定的参数下将电力谐波放大，这对电容器组本身，以及电容器周边的电气设备都是极为不利的。因此，可以采用串联电抗器、该电容器组部分支路为滤波器、限定电容器组投入容量的方法对电容器组进行调整，从而达到抑制和避免电容器组扩大电力谐波的作用。（5）抑制和避免开关电源对电力谐波的影响。除了可以在电源周边安置滤波器，减少和屏蔽开关电源本身对电力谐波的干扰外，还可以改善线圈的绕制工艺，实现绕组的紧密耦合，减轻变压器漏感；也可以将可饱和磁芯线圈串入高频整流二极管上，当有反向电流流过时，不饱和磁芯会产生较大的电势，从而阻止反向电流的上升，避免出现电力谐波[5]。

4 可以采用何种方式消除电力谐波污染，确保电网运行安全

（3）电力谐波会对居民家用电器造成不同程度的影响。当电力系统中的电力谐波达到一定程度时，电脑、电视会发生不正常的屏幕闪动、显示屏图像变形、内部零件过热等，不仅会干扰家用电器的正常工作，影响居民的正常生活；还会损坏电器的内部元件，加速电器的老化，严重时甚至会直接损坏电器，引起火灾[3]。

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