浅谈电力谐波对电网的危害及防治措施

2016-07-14高帅长江三峡水电工程有限公司

科学中国人 2016年14期

关键词：防治措施

高帅长江三峡水电工程有限公司

浅谈电力谐波对电网的危害及防治措施

高帅
长江三峡水电工程有限公司

摘要：通过对电力谐波进行解析，对其产生的来源及其原因进行介绍，发现电力谐波对电网所造成的危害巨大，已成为威胁电力系统与用电设备安全运行的“电力公害”，并提出降低电力谐波造成危害的防治措施，保障电网的正常运行。

关键词：电力谐波；谐波源；谐波危害；防治措施

引言

随着电力电子技术的日益创新，电力谐波这一现象产生的影响也越来越大，俨然已成为威胁电网与电气设备正常运行的“电力公害”。分析电力谐波的来源、危害及其如何降低电力谐波所造成的危害，是电力企业的当务之急。做好电力谐波的防治工作，确保电网正常运行，更是电力企业提高经济效益的方法之一。

1、电力谐波概述

在复杂的周期性振荡中,包含基波和谐波。和该振荡最长周期相等的正弦波分量称为基波。相应于这个周期的频率称为基本频率。频率等于基本频率的整倍数的正弦波分量称为谐波。信号理论对谐波的定义是:一个任意的周期信号，可以分解成若干个单一频率的正弦波的叠加，这些正弦波的频率是按自然数列排列的，比如是:f、2f、3f、……Nf，等等。也就是说一系列频率是f、2f、3f、……Nf的单一频率的正弦波，可以合成一个任意的周期波形。这些正弦波中，频率最低的一个正弦波，叫基波，f就是基频，频率为2f、3f、4f、5f……的信号，就叫谐波。基波与谐波起源于声学，后来延伸到电学，于是电信号中就有了“基波信号”与“谐波信号”或“基波分量”与“谐波分量”之说。因此，电力谐波是相对于电力基波而言的。在我国，家庭用电一般是220V交流电，频率为50Hz,产生50Hz频率的电压叫做基波电压，例如三次谐波指的就是150Hz频率。在电网中，奇数谐波比较常见，尤其是低压配电网中的三次谐波更为常见，产生的危害也比较大。另外，在电力系统实际运行中，还有一些频率不是50Hz基波频率的整数倍，如1/2、1/3等倍数，此类我们称为次谐波。

2、电力谐波的产生及对电网的危害

2.1电力谐波的产生，一般都是非线性电气设备的使用造成的，而这些非线性电气设备，我们称之为“谐波源”。电网中的一些特殊设备，如：大功率整流器、变频器、电弧炉、日光灯等，这类设备的工作电流与电压不是标准的正弦值比例进行，所造成的负载为非线性负载。发电机发出的电能，是比较规整的50Hz基波频率，遇到此类电气设备正常工作时，将基波进行了更改，例如：大功率整流器，可以把50Hz基波频率“整”成100Hz、150Hz、200Hz等，这样就产生了电力谐波。

2.2电力谐波作为威胁电网与电气设备正常运行的“电力公害”，以下从几个方面对其进行分析：

2.2.1电力谐波是在电力系统运行中由于非线性电气设备进行工作所产生的，由此可见，其能量来源还是取决于电力系统发电机的总电能，所以电力谐波的能量就是消耗掉一部分电力系统中的工能，这一部分工能转化为电力谐波能源，返回到系统中，根据能量守恒定律，这样无形中就造成了能量的无必要浪费，损失了部分能量。

2.2.2电力谐波对输配电线路造成影响，谐波电流通过输配电线路，电流与线路电阻继而产生热能，造成线损跟谐波电压降，影响电力系统正常生产。另外，谐波电流正弦波峰值与基波峰值产生重合时，容易造成导体表面及其附近出现辉光并伴有咝咝声的放电现象，也就是“电晕”现象，这样容易造成配电线路局部放电，造成电量损失。

2.2.3保护电力系统的重要装置就是继电保护，而电力谐波会影响继电器工作不灵敏或者造成误操作，从而导致电网的正常运行受到破坏。

2.2.4在配电网中，电力谐波与电力基波产生共振，会造成线路局部放电，电力系统会因为过电流或过电压而造成运行中断。

2.2.5电力谐波产生的谐波电流进入电动机定子绕组后，当谐波电流较大时，会造成电动机局部过热，造成电机线包烧毁，影响电力系统正常运行。当谐波电流较小时，也会加快电动机定子绕组的损耗，降低电动机的使用寿命。谐波电压较大时，也会造成电动机转子扭曲转动，影响正常生产。

2.2.6电力谐波影响通讯信号，能够造成通讯信号中断或者降低通讯信号的质量。

2.2.7电力谐波对个人家庭用户来说也危害巨大，例如：音响出现杂音就是谐波电流进入音响设备造成频率混乱出现杂音，电视机图像不清晰，上下翻滚，还有谐波电流对劣质日光灯造成过热继而损坏日光灯。

2.2.8在低压配电网中，用电仪表、计量器也会因电力谐波的产生而造成计量不准，统计失灵现象。

3、电力谐波防治措施

电力谐波防治措施有:增加换流装置的脉动数、提高设备抗谐波干扰性、电力滤波器、加强谐波管理，从而降低谐波源的谐波含量。

3.1增加换流装置的脉动数：整流器是电网中的主要谐波源，其特征频谱为：n＝Kp±1，则可知脉冲数p增加，n也相应增大，而In≈I1／n，故谐波电流将减少。因此，增加整流脉动数，可平滑波形，减少谐波。

3.2提高设备抗干扰性：对于受谐波电流影响较大的设备，增加谐波保护装置，提高设备使用寿命。

3.3电力滤波器：电力滤波器分为无源滤波器与有缘滤波器。目前来说，无源滤波器比较常见，一般安装在电力电子设备交流测，通过电气元件构成谐振回路，阻止谐波电流浸入电网，对已知的电力谐波能起到有效作用。有源滤波器是指用可控的半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。

3.4加强谐波管理：对于电力谐波影响较大的地区，电力公司应该加强监控，通过科学分析，数据累积，进行精准测量，从而避免谐波电流造成计量不准而造成的经济损失，另外对该地区的线损管理更应该进行科学管理，确保无人为情况造成电量流失，如“人情电、关系电、权力电”的发生。