配电网中的谐波及治理

摘要：随着电子元器件被大量地在电气设备上使用，产生的谐波对配电网路产生的危害日益加剧，对电网及用电设备带来巨大的安全隐患，解决谐波问题能有效地降低能耗和延长电气设备的寿命。文章通过对谐波进行分析和论述，依据其形成原理找到破解之法对谐波问题进行治理。

关键词：配电网；谐波问题；谐波源

中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）03-0129-02

近年来，我国的社会经济发展迅速，经济的快速崛起对电力的需求也日益增加，导致用电负荷的不断加大，面对电力资源短缺的问题要加大新电厂的建设力度，同时对已有网路也要进行优化减少既有线路的电力损失，配电网路中的谐波就是导致电力损耗的一个重要因素，必须采取措施对其进行有效防治，从而真正提高输供电质量。

1 谐波具有的特征及其测度

一个周期电气量的正弦波分量被称作为谐波，这种波的频率为基波频率的整数倍。在经过理论分析后发现配电网的谐波主要是由非线性负荷引起的，非线性负荷所吸收的电流值与加载的端电压值呈现非线性的特征。这种形式的负荷产生的电流为非正弦波，同时还会造成电压出现波形畸变的现象。这种具有周期性的畸变波由傅立叶级数分解后会产生一些大量基频的分量，这些分量就被命名为谐波。

非线性负荷在产生基频整次谐波的同时还能够有比基频更低的次谐波，以及比基波高的非整数倍数的谐波。要对供电质量进行完善就必须对存在的谐波展开治理，在此之前，必须对谐波的类型有清楚的认识，较为常见的谐波有准稳态、波动、快速变化和间谐波等4种类型。由于波在变化过程中其随机性较大，想做到对其进行精准的变化量值分析较为困难，在通常情况下是通过运用数理统计的方式来对其实施测度的。

对某一区域或是全网的谐波进行测度较单点的测度更为复杂和困难，主要是要能够准确定位出谐波源以及采用何种测度模型进行测量。在定位谐波源时通常运用功率方向技术与瞬时负荷参数分割技术。分析谐波的模型包括非线性时域仿真模型、线性与非线性频率分析模型等3种。它们都是对配网电路进行线性化修正，而在具体的修正模拟中采取了不同的技术手段。

2 配电网的谐波源分析

在整个配电网路中发、输、配、用电各环节谐波都是存在的，但在入户用电环节其谐波的产生最大。在发电环节，理论上三相绕组发电机应当是完全对称布置的，发电机铁芯同样应是均匀的，这样在运转工作中不会产生谐波，然而由于生产工艺水平和技术手段等多方面的原因，这种完全的均匀对称性无法实现，导致工作中仍然有一定量的谐波产生。

在整个输变电线路中有众多的变压器设施，而这些变压器的铁芯部件饱和，由于磁化曲线存在非线性的特征，同时设备在额定工作环境下运行使磁密在磁化曲线近饱和段以上，这些因素的综合作用造成了磁化电流出现了尖顶形，其中含有众多的奇次谐波，而随着变压器设施铁心饱和度的升高，它的工作点线性的偏离也会越大，从而导致谐波电流大幅度上升，某些时候其偏离程度甚至能够超过额定电流值的5%。

在用户用电的环节产生的谐波是最多的，例如变频设施、晶闸管整流器和家用电器等设备在使用中都会有谐波的产生。当前晶闸管整流技术被广泛用于充电设备以及电源开关等设备中，在使用过程中它们吸收电网半周的正弦波，这样会有另外的半周正弦波留在电网上，而它的分解会导致大量的谐波产生。相关统计数据显示将近40%的谐波是由整流设备引起的，它是产生谐波的最大电气设施。变频技术现在也被大量用于家用电气的生产中，常见的变频形式主要有交一直一交变频与交一交变频，它们运用的都是相位控制技术，这就会在进行频率变换时产生复杂的谐波，如整次、分次谐波等。

3 配电网中谐波的危害性

现实中谐波产生的危害较大，在配电系统中它会对线路上安装的各种保护与测度设施产生干扰，在这些设备中一般都安装有电磁式继电器以及感应继电器等元器件，由于谐波的干扰作用极易引起设备的误动或者拒动，很多情况下设备发生的不明原因的误动与拒动都是由于谐波的干扰产生的，谐波的存在对配电系统的安全性和稳定性带来了重大隐患。

谐波对变压器的影响主要是对它的铜元件与铁元件的耗损，由于谐波的存在会引起较大的噪音，从而对变电场所附近的环境造成污染，对工作人员也会产生不利影响。谐波在电力电容器元件中会引起端电压值的上升，造成发热量的增加，损耗增多且更容易老化影响其正常使用寿命。

异步电动机的大量使用也会产生谐波，会对异步电动机产生较大的损耗。其中由于负序谐波引起的负序旋转磁场，造成电机会有制动力矩的存在，使电机的部分功率白白损耗掉。而组成电路断路器的电磁与热磁元器件，也会因为谐波的干扰产生误动或拒动，对这个线路带来安全隐患。谐波会对电能表的精确计量产生影响，电能表是测度用户电能耗用的仪器缴费的依据，谐波可导致其计量精度下降，甚至引起其计量的紊乱。

谐波还会对人体健康产生危害，它能对人体细胞产生刺激作用，造成细胞的电位上下波动或是产生可逆翻转，一旦其波动翻转频率与谐波的频率一致时就会引起共振，危害人体的心脏和大脑等。

4 配电网谐波的治理措施

上文对谐波的危害进行了分析，针对其存在的危害必须采取相应的措施来加以应对。

首先，需要加大对相关标准和规范的执行力度，加强宣传教育活动，普及相关知识，让人们明白治理谐波的重要意义，能够做到节能增效，同时也是为了使电网系统能够安全的运行，保障电力资源的稳定供应。

其次，电力运营单位要实时地对电网的运行情况进行监控分析，及时摸排谐波源的位置，掌握现场资料，通过对资料的分析弄清楚其产生的原因加以解决和规避，对经常出现问题的区段要建立观察站点，方便信息的收集。同时用户与电力部门之间也应建立起相互监督的体制机制，用户对电力部门提供的电力资源质量进行监督，而电力部门也对用户的电气设备进行谐波测度和评价，在双方共同努力下减少谐波污染的发生。

第三，要对已经产生和传播中的谐波进行隔离与削弱，例如可以在网路中装配相应的滤波器件，从而减少配电网上的谐波，在电气设施的设计制造上要加大技术投入，在进行规划设计时就对谐波进行规避和减弱，控制在标准范围内保障安全。

最后，在谐波的治理工作中，需要各方的通力配合和资金的落实，只有在政府、电力企业和用户的共同努力下才能取得谐波治理的胜利，使线路及人体的安全得到保障。

参考文献

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[2] 王日辉，刘瑞.浅谈配网谐波的治理[J].建材发展导向，2010，（18）.

[3] 姜志宁.浅析电力谐波的危害及治理[J].通信电源技术，2009，（1）.

作者简介：王竹南，男，阜新矿业集团瓦斯综合利用公司副经理，高级工程师，研究方向：瓦斯发电

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