配电网谐波危害及治理技术探究

1、配电网谐波危害及治理技术探究【摘要】当前，配电网络中的谐波污染问题日益严重， 如何做好谐波治理，已成为电网工作者关注的热点问题之 一。本文从配电网中的谐波源出发，在简要概述谐波危害的 基础上，提出谐波治理技术措施及相关建议，以期切实改善 和提升整个电力网络的产品质量。【关键词】配电网；谐波；治理所谓谐波，是一种频率为基波整数倍的系列正弦波。自 上世纪80年代以来，随着我国国民经济的快速发展，大功 率整流设备、变频调速设备、换流逆变器设备等在配电网中 得到广泛应用，给配电网注入了大量的非线性阻抗特性，导 致配电网波形出现严重畸变现象，配电网中的谐波问题严 重，在很大程度上对电力系统及电气设备造成

2、危害，不仅使 供电电能质量水平逐步恶化，同时还使配电变压器偏离其高 效经济运行工况区域，增大了配电变压器的运行损耗，降低 其运行节能经济性能水平。因此，在倡导节能减排的今天， 如何做好配电网中的谐波治理，提升电能利用率及电网安全 运行率，是当前电网工作者关注的热点问题之一。1 .配网中的谐波源1.1从谐波源的性质上，可分为恒压谐波源及恒流谐波 源两类恒压谐波源的特点是其谐波电压与外接阻抗无关。如， 电力系统中的发电机所产生的谐波电势只取决于发电机本 身的结构和工作情况。恒流谐波源的特点是其谐波含量与电 力系统的参数无关，主要取决于它本身的参数和工作情况， 配电网中非线性用电设备则是这种谐波源的

3、典型代表。在配 电网中，谐波源主要由恒流谐波源产生，恒压谐波源产生的 谐波量相对较小。1.2从产生谐波的规律上，谐波源可分为稳态谐波源及 动态谐波源两种稳态谐波源的特点是注入网络中的谐波电流，当网络中 的感性和容性负荷不变时，其谐波幅值也不变。稳态谐波源 主要包括变压器、发电机、电动机、可控和不可控整流设备 等。动态谐波源的特点是随负荷的变化而剧烈变化，主要包 括大容量的冲击负荷、大型电弧炉、电气机车的换流设备等。2.谐波在配网中的危害变频器如一般无线电电磁干扰一般，其产生的谐波主要 通过如下三种方式对对电源及邻近用电设备产生谐波污染， 即传导、电磁辐射及感应耦合。传导是指谐波按着各自的阻 抗

4、分流到电源系统和并联的负载，对并联的电气设备产生干 扰；感应耦合是指在传导的过程中，与变频器输出线平行敷 设的导线又会产生电磁耦合形成感应干扰，电磁辐射是指变 频器输出端的谐波还会产生辐射作用，对邻近的无线电及电 子设备产生干扰。配电网中谐波的危害具体表现在如下几方 面：1）变压器：电流和电压谐波将增加变压器铜损及铁损, 造成变压器温度上升，绝缘能力下降，容量裕度减小。谐波 还能产生共振及噪声等。2）感应电动机：如变压器一般， 电流和电压谐波也能增加电动机铜损及铁损，温度升。同时 谐波电流会改变电磁转距，产生振动力矩，使电动机发生周 期性转速变动，影响输出效率，并发出噪声。3）电力电容 器：当

5、谐波产生时由于频率增大，电容器阻抗瞬间减小，涌 入大量电流，造成过热甚至损坏电容器，还有可能发生共振, 产生振动及噪声。4）开关设备：因谐波电流导致开关设备 在起动瞬间产生很高的电流变化率，使暂态恢复峰值电压增 大，破坏绝缘，还会引起开关跳脱、引起误动作。5）保护 电器：电流中含有的谐波会产生额外力距，改变电器动作特 性，引起误动作，甚至改变其操作特性，或烧毁线圈。6） 计量仪表：造成感应盘产生额外转距，导致误差，精度降低, 甚至烧毁线圈。7）电力电子设备：电力电子设备通常靠精 确电源零交叉原理或电压波形的形态来控制和操作，若电压 有谐波成分时，零交叉移动、波形改变、以致造成许多误动 作。3.

6、谐波治理技术要综合防治谐波，其根本在于最大限度地减少或消除注 入系统的谐波电流，以便将谐波电压控制在规定的范围之 内。电源阻抗是造成电压畸变的主要因素，阻抗愈大，则由 同一电流畸变所造成的电压畸变也愈大。对于10次以下的 谐波而言，配电网络通常是感性的，因此电源阻抗与频率成 正比，谐波次数越高，所造成的畸变就越大。因配电网的阻 抗在一般情况下很难改变，因此需采用其他办法对谐波进行 综合防治。3. 1加装无源电力滤波器由于由电力电子器件构成的非线性节能设备在低压配 电网中被广泛应用，因此导致谐波污染相当严重，而并联电 容器组的投入则会引起某次谐波的放大。过大的谐波含量可 能导致电容器损坏，甚至使

7、得系统电压严重畸变。为防止谐 波放大，在该装置中每组电容器均与电抗器相串联构成无源 滤波器，选择l、c参数时主要兼顾3、5次谐波的抑制问题。 统一将电抗率设定为6%,使其在基波频率下呈现容性，既作 为基波无功补偿装置，又兼作谐波滤波器，避免电容器组产 生谐波过电流，降低系统谐波含有率。实验结果证明该方法 可以有效地抑制3、5次谐波。3. 2加装隔离变压器均衡的3次谐波电流传回到电源，可通过一台dyn接法 的隔离变压器来降低谐波。使用该变压器时，通常装设一个 旁路的电路以避免在进行变压器的维护工作时长时期地对 负荷停止供电。在这种情况下，应采用中性线有足够大的通 用四芯馈线。在重要的配电系统中，

8、有时把隔离变压器就地 装在每一配电盘上，以隔离3n次谐波电流与配电系统。隔 离变压器要适当提高额定值，否则也会产生电压畸变和过 热。3. 3加装有源谐波调节器由于边频带上的频率是随传动装置的速度而变化的，并 且时常很接近于基波频率，因此由变流器或逆变器产生的边 频带和谐波用普通的滤波器来处理，难度较大。而有源谐波 调节器通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用pwm变换 技术，将与谐波和无功分量大小相等、方向相反的电流注入 供配电系统中，来精确地补偿由负荷产生的谐波电流，实现 滤除谐波、动态补偿无功的功能。4关于谐波治理的几点建议4.1电力部门应从全系统出发，全面规划，采取有力措 施加强技术监督

9、与管理对尚待投入负荷的谐波水平进行严格审核，并派专人在 新用户设计、用电报装、投产初期等阶段对其进行与电能质 量相关的监督与测试，建立相应的管理档案；对已投运的谐 波源负载，要求用户加装滤波装置。要和上级生产管理、技 术监督部门紧密配合，定期或不定期地检测本地区主要变电 站、公用变压器或重大用户的电能质量，掌握谐波源及电网 电能质量变化等相关情况。在监管过程中若发现某用户的用 电设备对电能质量造成严重影响，将根据其设备用电情况， 采取有效措施，务必在限期内使用户对电网电能质量的干扰 降到允许范围内。4.2改变谐波源的配置或工作方式，具有谐波互补性的 装置应集中，否则应适当分散或交替使用，适当限

10、制谐波量 大的工作方式，可以减小谐波的影响。4.3将谐波源由较大容量的供电点或由高一级电压的电 网供电，并尽可能保持三相电压平衡，以增加系统承受谐波 的能力，减小谐波的影响。总之，谐波是影响配电网整体供电质量的关键性因素， 虽然gb / t145491993电能质量一公用电网谐波对电网 中各级电压谐波水平进行了量化限制，对用户注入公用电网 的谐波电流也进行了相应的规定，但在日常实践中，人们普 遍认为谐波治理是电力部门的工作，对谐波问题并未引起足 够重视，而随着我国济经的迅猛发展，电力作为清洁能源在 国民经济中的地位越发重要，因此，电力部门除自身重视谐 波治理外，还应加强谐波治理的宣传工作，并积极提出适合 用户的治理方案，以实现供、用电双方的综合治理，从而真 正改善及提升整个网络的电力产品质量，达到减少能耗、提 高电能利用率的目