浅谈配电网谐波的危害及其治理措施

摘 要：谐波对于电网的危害性已成为行业共识，如何治理谐波是摆在供电企业面前一个亟待解决的重要课题。文章作者首先对谐波危害作了介绍，随后结合自身工作实践对谐波的治理措施作了简要探讨。

关键词：电网谐波；危害；治理措施

引言

配电网谐波产生的原因是当电流经过负载时，电流与所加的电压不是线性关系，而是形成非正弦电流。谐波频率是基波频率的整倍数，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。电网谐波会造成电压、电流波形的畸变，形成线路异常故障、异常现象，对电网构成危害，如何有效治理谐波，是供电企业当前亟待解决的一个重要课题。

电网谐波来源有两种，第一种是电源，即发电机设备、变压器等。随着可控硅等电子励磁装置的出现，发电机的谐波分量增大了。发电机的端电压超过额定电压10%以上时，由于电机的磁饱和，电压的3次谐波明显增加。变压器的电源侧电压超过额定电压10%以上时，也会造成二次侧电压的3次谐波明显增加。第二种是用户，也就是非线性用电设备。包括：电弧炉和电焊机等类型的电弧加热设备；电解电镀等类型的整流直流设备；变频空调、变频设备等交流整流再逆变备；开关电源设备等。

1 电网谐波的主要危害

第一，谐波对于配电网络系统构成危害。在配电网络系统中对常规配电设备进行保护以及测量通常采用的是电磁式继电器以及感应继电气元件，而谐波会在一定程度上引发这些元件的误动或是拒动；在实际的电网系统运行中，这些元件都是为了有效保障配电网络的稳定，因此无论是误动还是拒动现象的出现都会在一定程度上影响配电网络的运行安全。第二，谐波对电力网络设备造成危害。在电网运行中，谐波的出现会对电力设备造成不同程度的影响和危害。例如谐波能够使电力变压器在一定程度上形成铜损或铁损，影响电网变压器正常稳定工作。谐波对于电力电容器也具有较大影响，表现在谐波可加大电容器的损耗，加速其老化从而影响其正常使用。谐波也会使得计量装置产生误差，而电能表是用户电力计量的主要工具，是用户电费计量的凭证，谐波严重的话甚至会造成计量混乱；第三，谐波会通过静电感应、电磁感应以及传导等多种方式耦合入通讯系统，影响通信的正常运行。第四，谐波给人体健康带来危害。谐波的出现一般会伴随噪音，长期的噪音会形成噪声污染，同时也极大的干扰人们的工作和生活。此外，谐波会给人体的细胞带来刺激，造成正常细胞的翻转，当人体细胞的翻转频率与谐波接近相同，就对人体的大脑与心脏的健康带来更多危害。第五，谐波会干扰计算机、仪表等一些自动化设备的正常运转，容易形成误动，降低测量精度。第六，谐波能在一定程度上影响通信信号质量，干扰信号正常传递，极端状况下甚至会损坏设备。在一些特殊情形下，供电电压波动和闪变会导致电网三相电压的不平衡，影响电气设备的正常使用，甚至危及电网安全。

2 配电网谐波治理措施

2.1 定期进行谐波检测

电网公司要定期组织专业人员对所辖电路谐波状况进行系统性的调查，在科学研究的基础上确定谐波产生的位置及原因。对于配电网谐波不稳定且变化较大的位置，应长期进行观察，对谐波数据进行长期研究。技术上讲，要减小非线性用电设备与电源间的电气距离，通过降低系统阻抗来提高供电电压等级。非线性用电设备产生的谐波，对本级电网会构成直接的影响，经过变压器传变后还会给上级电网带来影响。如何进行谐波隔离，把这些非线性用电设备产生的谐波对电网的影响降到最低，也是谐波治理的基本思路。

2.2 加强新建、扩建谐波用户的管理

在受理用户的报装资料时，业扩人员必须严格把关，对于用户填写的设备清单、营业执照名称、经营范围等要严格核对，判断其是否属于化工冶金、金属机械、电解、造纸、塑料加工等存在谐波污染行业用户。如果用户存在谐波污染，对于其用电申请必须做好严格的谐波治理措施，在谐波源投入运行后，还要进行复测，只有在复测合格后才能供电。用户如果确定会产生谐波，为防止用户生产时不做消谐装置的投入，就必须要求在消谐设备总开关和产生谐波的设备间设置联锁装置，确保谐波源设备和滤波装置同时使用。

2.3 降低电流波形

在配电网谐波的综合治理中，虽然滤波电路可以有效的抑制电流的干扰。但是对于解决电流波形出现畸变现象仍然存在一定的技术漏洞。在配电网谐波治理中必须通过有效的措施降低电流波形，避免畸变的形成，科学的减少电流谐波含量。

2.4 对于电容器进行改造

当配电网频率增加时，电容性电抗有随之减少的特性。电容器对供电电压的谐波分量特别敏感，即相对较小比例的谐波电压可以引起很大的电流流入电容回路。如果电容器组或电力系统所连接的电抗的自然频率接近与一个特定的谐波，就会发生局部谐振，因此，在配电网中电流增高时，可以使用有源电力滤波器、混和滤波器、并联谐波滤波器、谐波抑制电抗器。

2.5 安装滤波器

对于配电侧和用户侧谐波治理的方法，一般是通过安装滤波器来减少谐波分量。滤波器分为有源滤波器和无源滤波器两大类。

有源滤波器的基本工作原理是把电源侧的电流波型与正弦波相比较，差额部分由有源滤波器进行补偿，这是谐波治理的发展方向。现阶段由于功率电子元件容量做不大、电压做不高，而且成本很高，大规模推广应用难度较大。有源谐波补偿是目前消除交流电源侧谐波，改善波形畸变的新型补偿方法，有源谐波补偿可改善波形畸变，只要一套有源滤波补偿装置即可，无需多个谐波滤波器，能随机补偿，尤其对于非特性谐波能起到更好的补偿效果。

无源滤波器是通过L、C串联或并联，使其在某次谐波产生谐振，当发生串联谐振时，使滤波器两端该次谐波的电压很小，几乎接近于零，这类滤波器往往接在变压器的二次侧出口处，从而使变压器的一次侧该次谐波的分量也很小，达到对该次谐波治理的目的。无源滤波装置技术较为成熟，成本不高，可以进行无功补偿，其利用电感、电容等元件的谐振特性，在阻抗分流网路中形成低阻抗支路，从而减小流向电网的谐波电流。当前已成为配电网最为有效的谐波治理措施之一。应用实践中，为防止滤波特性改变，要注意对滤波补偿负载参数的控制。

2.6 加装静止无功补偿装置

对于电弧炉、电力机车、卷扬机等变化较为快速的谐波源，除了会产生谐波，一般还会引发供电电压的闪变及波动，某些情形下还会形成电力电压三相不平衡状况，这些都会对公用电网的电能质量构成影响。在谐波源处并联装设静止无功补偿装置是解决该问题的主要措施。静补装置的基本结构是由快速可变的电抗或电容元件组合而成（两者都可变或一个元件可变）。除了综合改善电能质量这一直接效果外，静补装置在电网中已成为控制无功、电压，限制系统过压，改善供电稳定性，增加系统阻尼的重要技术措施。对于谐波源用户而言，静补装置还能给他们带来诸多的技术经济效益。例如，炼钢电弧炉采用静补后可以降低损耗、缩减熔炼时间、提高功率因数、节能降耗、提高产量、延长炉衬使用寿命等。

参考文献

[1]马晓蕾，尹忠东，周丽霞，等.电力系统谐波检测综述[J].四川电力技术，2008（02）.

[2]汤玉明.住宅小区公用电网谐波治理方案[J].电力需求侧管理，2010（01）.

[3]李少坤.电网谐波的危害及抑制技术的综述[J].硅谷，2008（22）.

作者简介：李建民（1979，11-），男，汉族，就职于国网晋城供电公司计量室，助理工程师。