浅谈谐波对电力设备的危害及其治理

【摘 要】 谐波对电能的质量具有重要的影响，严重的会引发重大事故的发生。本文结合用户谐波的产生及治理，分析了谐波的产生和对配电网络电气设备的危害，最后提出了谐波治理的措施。

【关键词】 谐波 危害 治理措施

在配电网络中，大容量整流或换流设备以及其它非线性负荷的大量增加，它们所产生的大量谐波被注入到电网中，导致电力系统的电压和电流波形发生严重畸变，对电力系统的一、二次设备会造成不良影响。

1 谐波产生的原因

谐波的产生主要是来自具有非线性特性的电气设备：（1）具有铁磁饱和特性的铁芯设备，如：变压器、电抗器等；（2）以具有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备，如：气体放电灯、交流弧焊机、炼钢电弧炉、中频炉等；（3）以电力电子元件为基础的开关电源设备，如：各种电力变流设备（整流器、逆变器、变频器）、变频调速和调压装置、大容量的电力晶闸管可控开关设备等，它们大量的用于化工、电气铁道、冶金、矿山等工矿企业以及各式各样的家用电器中。以上这些非线性电气设备的显著特点是它们从电网取用非正弦电流，也就是说，即使电源电压是正弦波形，但由于负荷具有其电流不随着电压同步变化的非线性的电压—电流特性，使得流过负荷的电流是非正弦波形的，它由基波及其整数倍的谐波组成。产生的谐波使电网电压严重失真，并且电网还必须向它提供额外的电能。

2 谐波的危害

谐波的危害，主要是增加输、供和用电设备的额外附加损耗，使设备的温度过热，降低设备的利用率和经济效益，以及对保护装置及计量准确性的影响。

（1）电力谐波对输电线路的影响。谐波电流使输电线路的电能损耗增加。当注入电网的谐波频率位于网络谐振点附近区内时，对输电线路和电力电缆线路会造成绝缘击穿。（2）谐波对变压器的影响。谐波电压的存在增加了变压器的磁滞损耗、涡流损耗及绝缘的电场强度，谐波电流的存在增加了铜损。对带有非对称负荷的变压器而言，会大大增加励磁电流的谐波分量。例如变压器局部严重过热，电容器、电缆等设备过热，电机产生机械振动等故障，绝缘部分老化、变质，严重时候甚至设备损坏。（3）谐波对电力电容器的影响。含有电力谐波的电压加在电容器两端时，由于电容器对电力谐波阻抗很小，谐波电流叠加在电容器的基波上，使电容器电流变大，温度升高，寿命缩短，引起电容器过负荷甚至爆炸，其中要特别注意的是，由于电容器是容性负载，能与电网上的感性设备配合，构成共振条件，这样即使很小的谐波电流也会放大很多倍，从而使电容器过电流，同时增大了的谐振电流也致使电容器的损耗急剧增加，引起电容器的过热或损坏。

此外，谐波还会对旋转电机、继电保护和自动装置中作的可靠性、测量和计量仪器的准确性产生严重的不利影响。

3 谐波治理的主要措施

作为关系到供电质量的谐波问题，与供电企业和广大电力客户的切身利益密不可分。针对谐波产生的原因和特点，一般从技术和管理上采取以下措施：

采用电力滤波装置消除谐波源产生的谐波电流是抑制谐波污染的有效措施，其滤波方法有两种：无源滤波和有源滤波。无源滤波技术是利用电容和电感在某一频率点阻抗相同发生谐振的原理达到吸收某次谐波的目的；有源滤波装置实质上是一个谐波源，其结合了电力电子技术和谐波补偿技术，产生的谐波大小与负荷产生的谐波相等，相位相反，从而抵消了负载产生的谐波，达到治理谐波的目的。

无源滤波器是由电力电容器、电抗器和电阻适当组合而成的滤波装置，运行中它和谐波源并联，除起滤波作用外，还能补偿无功功率。由于它结构简单、运行可靠、维护方便，因此的到了广泛的应用。当然它也有其不可弥补的缺点：无源滤波装置有效材料消耗多、体积大；只能做成对某几次谐波有滤波效果，且其效果易受元件或系统参数、以及电网频率等变化的影响；在某些条件下可能和系统发生谐振，引发事故；当谐波源增大时，滤波器负担随之加重，以至可能因谐波过载不能运行等。因此无源滤波装置适用于系统谐波单一、负荷稳定的场景。

认真执行国家相关标准，加强谐波管理。针对张家港用电负荷的快速增长，用电质量要求越来越高，而谐波的污染却日趋严重的情况，加强谐波的控制和治理工作已刻不容缓，张家港供电公司于2009年初特别成立了谐波治理小组，制定了相关的实施方案，主要内容有：

（1）修订与深入贯彻谐波管理规定、强化落实管理职责与实施流程管理，使电网谐波管理逐步走向规范化。（2）进行非线性用户建立台账与分类统计。（3）建立完善谐波监督防范体系。严格以公司谐波管理规定为纲，有效开展地区电网谐波技术监督。严格审查管理新建谐波源，从流程上把好谐波源用户业扩增容环节；对测试出谐波超标的老用户由营销部门主动沟通，签订谐波治理协议，积极实施整改。（4）根据公司内部流程，抓住谐波管理的关键环节。按公司业扩流程规定，谐波源用户申请新建或扩建项目时，要求提供与谐波注入量有关的设备技术资料，并委托进行谐波影响评估。在确定谐波源用户的供电方案时，要求用户提供其用电设备对公用电网电能质量影响的分析评估报告，对谐波注入量超标的新设备投运时，应同步投入谐波治理措施。抓住谐波源用户业扩初步设计与滤波工程实测验收这两个重要环节，实现谐波监督全过程管理，有效把好谐波源入网关。（5）规范电网谐波分析评估，抓好电容器设计运行管理。电网在一定的谐波背景下，电容器容抗、电抗器感抗及系统电抗可能在特定谐振条件下造成谐波放大，影响电网设备的正常可靠运行。定期进行电网谐波普测，并将结果提供给设计部门，要求在电网项目工程对无功补偿方案设计时考虑背景谐波的影响，采取措施抑制谐波放大。（6）在谐波源用户投运的同时，坚持消谐滤波装置同步投运，是把好谐波源入网关的关键。（7）积极致力宣传与沟通，促进谐波源用户实施治理。

4 结语

谐波治理是提高电网质量和运行稳定的一项系统工程，它不仅要求在电力系统中大力发展高效的滤波措施，还必须依靠全社会广大电力用户的支持和努力。张家港市作为谐波污染的“重灾区”，有大量的工作在等着我们去做，电力职能管理部门必须加大力度，建立相关的规章制度，采取切实可行的措施防范谐波的发生，真正保障配网和广大电力用户电气设备的安全经济运行。只有这样，供用电双方才能不断实现互利双赢，为共建和谐稳健的电网作出贡献。