电力网络谐波问题探究

周栾爱

(青岛港湾职业技术学院，山东 青岛 266404)

电力网络谐波问题探究

Harmonic problem explored of electric power networ

周栾爱

(青岛港湾职业技术学院，山东 青岛 266404)

针对电力网络中存在的谐波污染问题，从以下四个方面做出阐述：谐波研究现状、电力网络谐波源、谐波危害、谐波治理措施，并对不同的谐波治理措施进行深入分析，对其应用场合及优缺点进行比较分析。

电力网络；谐波

1 谐波研究现状

在20世纪20～30年代的德国，科研人员就提出了电力网络谐波的概念,是因为当时他们发现静止变流器会导致电压电流的变化，当时非常有代表性的著作是《The Mercury Arc Current Conv erter》， 其 作 者 是 RissikH.；另 外 一 篇 是《The Calculation of Rectifier and Converter Performance Characteristics》，其作者是Read J.C.，迄今仍然被许多科研人员参考引用。20世纪50～60年代推进了谐波问题的探讨，很多有关谐波内容的文章在这段时间发表。随着经济和技术的发展，各种先进的电力电子装置应用于各企事业单位和日常生活中，谐波问题愈显突出，谐波问题的治理和抑制的研究越来越被世界各地的科研人员所重视。

中国是从20世纪80年代才开始研究谐波问题，经过多年的努力，已接近于国际水平。在20世纪80年代，《电力系统谐波》一书出版，它由吴竞昌等人创作，这在我国很有影响力。我国国家技术监督局于1993年颁布了国家标准GB/T14549—93《电能质量公用电网谐波》，标准给出了公用电网谐波电压、谐波电流的限制值；GB17625.1《低压电气电子设备发出的谐波电流限值》规定电气（电子）设备送出的谐波电流限值[1]。

2 电力网络主要谐波源

在电力系统中，发电、输电、变电等各个环节都可能产生谐波。

在发电环节中,我们对发电机的接线做一些改进，使发电机发出的电压基本上不含谐波分量，下列非线性负载是主要的谐波源[3]。

（1）变压器、电动机、发电机、工业电炉等。

（2）在生产中应用的电力电子装置，电源、晶闸管设备等。其中，晶闸管设备包括：整流器、逆变器、静止无功补偿装置、变频器、高压直流输电设备。交流变直流的整流器用于直流电机驱动、直流稳压电源、充电器、高压直流输电等[1]。

各行业谐波含量分布趋势图如表1所示。

表1 各行业谐波含量分布趋势图

以上这些非线性负载的特点是加到负载上的电压是正弦交变的,但流过的电流却是非正弦量，这个电流是由工频电流和谐波电流两部分组成，如果谐波含量太高,就会使电网电压波形发生畸变。

在低压电力网络中，谐波一般分为两大类：稳定的谐波和变化的谐波，它们通常由非线性负载产生。①稳定的谐波:通常由视频设备和常用仪表等产生的谐波，这类谐波称为稳定的谐波，它的大小不随着时间的变化而变化；②变化的谐波:一些现代电力电子设备产生的谐波，其大小随着时间的变化而变化，这类谐波称为变化的谐波。目前,我们供电线路上的主要谐波源是比较先进又应用广泛的现代电力电子设备，并且来自于这些设备的谐波振幅比较大 。

3 电力网络谐波的危害

3.1 增大了有功功率损耗

增大了发电、输电、供电和用电设备的有功功率损耗，导致这些设备过热， 降低设备的输出功率， 也就降低了它们的效率。

（1）导体的等值阻抗随频率的增加而增加，所以当电网所供电源中存在高次谐波分量时，电机的有功功率损耗会增加。

（2）增加变压器的损耗。

电网中存在谐波的情况下，变压器做△连接时，谐波会在变压器线圈中形成环流，导致其有功功率损耗显著增加；变压器做Y连接 ，当发生谐振的时候，负载等效于一高阻抗，此情况下变压器的铁损和铜损也增加。

（3）增大输电线路的损耗

因为随着频率的增大导线阻抗会增大，所以对于输电线路来说，谐波电流的存在导致线路的有功损耗变大。在配电网络中，产生损耗最大的是电机、变压器和供电线路，因此，谐波的存在大大增加输电线路的有功损耗。我们知道，在电路中存在电感和电容时,某一频率下,它们会发生串联谐振或并联谐振,而在线路等值电路中存在着分布电感和对地电容，它们在谐波源作用下,发生谐振的可能性增大。在架空线路中，架空线路对地电容约为电缆线路对地电容的1/20～1/10，这样在电缆线路中，很容易出现谐波谐振和谐波电流的放大，并因此造成电气设备的绝缘击穿。

3.2 引起继电保护和自动装置的误动作

电力系统的继电保护设备，在动作值的设计上是以负序（基波）量为基础来设计的，因此，谐波对它们的影响特别严重，这是因为为了保证设备的灵敏度，设计时的整定值较小，这时再叠加上一个谐波分量，势必引起继电保护和自动装置的误动作。

3.3 造成计量仪器计量误差增大

当电力网络中含有谐波分量时，感应式电度表就不能正常工作，因为电度表是按工频电流设计的，所以对谐波源用户来说，他们会少交电费，因为电表计量的是用户消耗的基波电能与谐波电能的差；对无谐波源用户来说，电表计量的是该用户正常消耗的电能再加上谐波部分，所以电力网络中有谐波时，非线性负载用户少交电费，线性负载用户多交电费。

3.4 影响通信线路的正常工作

输电线路上流过的3次、5次、7次、11次等有效值较高的奇数次低频谐波电流时，通过电磁感应，干扰电压就会在靠近输电线路的通信线路中产生 ，造成通信线路不能正常工作，通话的清晰度也大受影响。

3.5 干扰用电设备的正常工作

谐波会导致变形的图像出现在电视机屏幕上、计算机图像畸变，改变屏幕亮度 ，还可以使电视、电脑过热，计算机数据处理系统出错。对于荧光灯及汞灯来说，由于它们的线路中带有镇流器和启辉器，因此有可能形成谐振，谐振电流会将元器件烧坏。晶闸管变速设备而言，谐波电流会造成误动作[3]。

4 电力网络谐波治理措施

电力网络谐波治理措施主要有三种[4]：

（1）受端治理：就是增强无谐波源用户的抗干扰能力。

（2）主动治理：就是抑制谐波源，使其尽量不产生或少产生谐波。

（3）被动治理：就是在用户侧安装滤波器，将谐波电流拒之门外。

4.1 受端治理措施

（1）在配电网络中，使用较大短路容量的变压器，当网络变压器短路容量大于谐波源的变压器的容量20倍时，谐波源造成的谐波对电力网的安全运行就不会产生威胁，由此产生的谐波电压和谐波电流也不会超过规定值。

（2）避免谐波被电容器放大。避免谐波电流被电容器放大的措施有：①选择合适的电容器的安装地点，可有效避免电容器与电源感抗之间并联谐振的发生，因为所选地点与电源间的阻抗不同，由此引发谐振的谐振频率也会不一样。②调整与电容器相串联的电抗器，改变系统阻抗。③降低电容器容量，以降低对谐波电流的影响；④某些电容器组改为滤波器。

（3）变压器的谐波抑制措施。①对于其中一侧作三角形连接的变压器来说，不会出现三次及三的倍数次谐波。②空载变压器要及时停运，选用带负荷调压器，尽量避免变压器过励磁。

（4）采用先进的抗谐波装置，提高用电设备抗谐波干扰能力，使设备在一定谐波环境下也能正常工作。

4.2 主动谐波治理的措施

（1）根据公式： h=kp±l(k=l，2，3)，h为整流装置产生的谐波电流次数， p为脉动次数，当脉动次数增加时，谐波电流次数也增大，这样就可以消除一些次数较低，幅值较大的谐波[6]。

（2）适当分散或交替使用具有谐波互补性的装置，适当限制能产生大量谐波的工作方式。

（3）联合起来使用几个变流器，叠加几个变流器输出的方波，这样就可以将频率较低的谐波消除，使输出的波形接近于正弦波。

（4）叠加注入谐波。利用谐波源产生三次倍数的谐波，将该三次倍数的谐波电流与矩形波相叠加，可以抵消某些谐波。

4.3 被动治理谐波的措施

（1）采用LC滤波器。这种滤波设备是由电容、电感和电阻按照一定配置而成的。它结构简单，用户投入较少，运行维护费用低，目前仍然是应用最广泛的滤波方法。

（2）采用有源滤波器。有源滤波器补偿谐波并且实现动态跟踪，而且能够补偿无功功率。在今天，电子技术迅猛发展，有源滤波技术也随之迅速发展，在生产中已被广泛应用。

5 结论

本文概述了电网谐波污染的来源，谐波对电力用户的危害，针对具体的谐波来源提出对应的抑制措施，并深入分析了各种治理措施的应用场合及优缺点。

[1] 罗安.电网谐波治理和无功补偿技术及装备[M]．中国电力出版社，2006.04.

[2] 韩晓东,朱勤.电力谐波的危害与治理[J].云南电力技术，2005,(2).

[3] 谢东力.郑州矿区电力系统分析谐波与治理[J],中州煤炭，2007,(6)

[4] 李家坤,李生明.电力系统谐波抑制研究[J],长江工程职业技术学院学报，2008,(4).

[5] 李海鹏.电力系统谐波的产生及危害刍议[J],中国与科技博览，2008,(23).

[6] 马亮. 直接空冷凝汽器中变频器谐波抑制,科技资讯，2010.

[7] 林健钦，杜永宏.电力系统谐波危害及防治对策[J],电网与清洁能源，2009,(2).

(R-03)

高科技赋予树脂制造金属风格的高档感

据悉，玉川电器(总部：横滨市)塑料事业部在“产品制造伙伴论坛2016”上展出了在软质树脂(NBR、丁腈橡胶)上蒸镀金属并弯曲或凹陷变形的部件，该部件虽为树脂制造，但却营造出了金属风格的高档感。相关技术已在化妆品包装上得到应用。制造时先在NBR成型品上做前处理和特殊打底涂装，然后实施蒸镀工序，并用涂料做外部装饰。

另外，玉川电器还展出了用硬质树脂在电气产品的按钮及把手上表现车纹的样品。制造时先在树脂部件表面形成高度为0.05 mm左右的同心圆状(车纹)凹凸图案，然后经过底漆、金属蒸镀及面漆工序来完成。原来存在涂膜太厚，车纹被封住的可能性，而此次通过开发减薄涂膜的技术，实现了与金属同等的表现水平。

此外，玉川电器还介绍了通过使用薄膜及布料做嵌入成型来制造柔软质感的树脂部件的技术。只是单纯对薄膜等做嵌入成型，形成聚集的褶皱，很多时候也无法获得良好效果。因此，该公司开发出了以薄膜等作衬里用树脂一次性成型，实施嵌入成型的技术。

除上述产品外，玉川电器还展出了燃料电池车用高电压连接器。为了实现防水功能，以轮廓度0.1 mm的几何公差实施量产。

摘编自“中国塑料机械网”

TM727

1009-797X(2016)24-0064-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.24.018

周栾爱（1973-），女，硕士，维修电工技师，讲师，青岛港湾职业技术学院教师，研究方向电力系统及自动化，从事教学工作十余年。

2016-11-25