浅谈工业供配电的谐波危害与治理

张至栋

能拓电力股份有限公司

1、供配电系统谐波的来源

在供配电系统中，发电、配电及用电等每个环节中都可能会有部分谐波产生，尤其是在供配电系统中，含半导体的非线性元件是产生谐波的主要来源，例如通风机、带式输送机及各种变频器等。变压器非线性负载在实际运行过程中，存在非线性磁化曲线及铁芯内饱和等特征，因此会直接造成磁化电流呈坚定性，其中存在大量的奇性谐波，变压器饱和度直接决定了谐波产生的尖顶，变压器铁芯饱和度越高，工作点偏离线形就越远，进而产生大量谐波电流，严重时三次谐波电流都会达到额定电流的5%。

2、谐波所产生的危害

首先，我们要充分认识到谐波是具有一定危害性的，并且如果不加以及时处理的话，那么还极容易造成次生灾害的出现，在这种情况下，配电系统最常出现这一问题，并且在电路并联的过程中，也存在谐振的可能性，当工业生产中应用到电容器件时，这一问题就会突出的显现出来，在这种情况下，无论是串联的设备还是并联的设备，都会造成极大的影响，设备的损坏尤为突出，这就是谐波问题对配电系统造成的不良影响。

在谐波的影响下，电流以及电压也会在这种情况下出现变形的情况，波形会发生畸变，此时如果使用测量仪器对电流以及电压进行相应的测量，那么结果与真实的结果也会存在较大的差异性，在这种情况下，就会自动进行继电装置的保护，进而引发一系列的错误指令，配电系统就不能正常的为工业生产提供电力的支援。

在电机旋转磁场中，谐波电流会在这一环境中产生相互作用的影响，这一影响是负面的，在这一环境中还会出现脉动转矩的状况，与电机有关的设备在这种情况下会出现不同程度的振动，这时就会对工业生产产生负面的影响，尤其是对工作效率造成不良反应，同时伴有极大的噪声污染，工作人员的健康也受到了极大的威胁，因此，谐波在工业生产中的不良影响是极为严重的，必须要及时加以制止才能有效的将配电系统控制在安全的使用范围内。

除此之外，谐波所产生的危害还在于会将相关的危害进行累加，这样一来电气设备就不能进行正常的应用，电力设备在使用中自身的温度无法得到有效的控制就会不断升温，最终就造成了电气设备的运行超出了正常的范围之内，因而大大缩短了设备的使用寿命，在工业生产中，电力设备是重要的组成部分，如果设备的正常运行都不能得到有效的保障，那么就会对经济以及社会生活造成严重的损害。

3、工业供配电的谐波治理

3.1 耦合干扰

解决耦合干扰就是合理布置谐波源输电线路和被干扰线路的距离、走向。谐波源输电线路与被干扰设备输电线路，控制线路平行敷设时，若未采取穿钢管等屏蔽措施，间隔最好不小于30cm，控制线与谐波源的输电线路交叉时，应成90度交叉布线。

3.2 安装滤波器及静止无功补偿装置

现阶段所应用的滤波器分为无源与有源两种，前者是通过将串联或并联L、C的滤波器连接在变压器二次侧出口，使其产生与谐波相对应的谐振，滤波器两侧的电压在谐波发生时几乎消失，缩减变压器一次侧谐波分量，但在应用的过程中需要考虑电网抗阻和运行状态对补偿实际效果的干扰，而且当并联应用与滤波器形成并联谐振会加大谐波的危害性，对滤波器的使用性能构成直接的威胁，所以前者的实际应用范围受到严重的限制；而后者是在谐波电流从补偿对象上已经检测出后，利用补偿装置生成与其大小相同但极性相反的补偿电流，使基波分量这种不会产生实际影响的因素生成，此种滤波器受电网抗阻的影响较小，所以应用范围较大。而针对在工业生产中应用的轧钢机等非线性冲击负荷设备产生的随机谐波，应针对行的安装静止无功补偿装置，使供配电系统整体抗谐波能力得到提升。

3.3 谐波源电源侧加装滤波电抗器

3.3.1 谐波源电源侧加装滤波电抗器为了不使电压降得太低影响设备的运行，加装的电抗器其电抗率一般在3%～5%为宜。

3.3.2 变频器对于变频器，还可在其直流环节加装直流电抗器，改善其输入功率因数，从而减小谐波的产生。

3.3.3 谐波源谐波源的接地线与受干扰设备的接地线分开，其接地极距离不小于5m。

3.4 合理选择电力电缆

在供电系统中，如果电缆选择出现了问题，很容易会造成火灾，因此选择电缆时应该充分考虑由于谐波而导致的发热问题，按照谐波的影响程度来确定电缆的截面积。对于谐波扰动源设备配线进行选择时，应该保证载流量留有的裕量是足够的，并尽可能选用放大一级的电缆截面，这样可以有效提升电缆的负载承载能力及耐用性。除此以外，三相四线制系统中确定中性线截面积时，应该综合考虑高次谐波电流和三次谐波电流流入时所造成的集肤效应，避免由于集肤效应而引发的电缆发热问题，避免火灾的发生。

3.5 采取适当的隔离、补偿和减小措施

针对谐波的产生和传播的特点，采取相应的隔离、补偿和减小措施。在配电网中，主要存在的是三次谐波污染，可以在谐波检测的基础上，通过适当加装滤波设备来减小谐波注入电网。对于各种电气设备的设计者，在设计初始，就要考虑其设备的谐波污染度，采取措施将谐波限制在标准允许的范围内。

总之，谐波不仅会对工业供配电正常生产造成影响，而且会带来不小的经济损失，因此，配电系统谐波分析与治理十分必要，需要重点加强研究。

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