浅谈企业谐波治理

【摘要】分析企业谐波的来源及危害，提出如何治理谐波。

【关键词】谐波；电网；整流；治理

一、企业谐波产生的原因

（1）电源自身谐波。谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常也称为高次谐波，而基波是指其频率与工频相同的分量。当电网中的谐波电流较大时，称之为电网污染。谐波在电网诞生时就存在，由于制造工艺的问题，电枢表面的磁感应强度分布稍稍偏离正弦波，从而使产生的电流稍微偏离正弦，这部分谐波分量只有在多路供电时才对电网产生影响。电力变压器由于其磁化曲线的非线性也产生少量谐波。（2）非线性负载产生。谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。第一，随着科技的进步与发展，晶闸管整流在不间断电源、稳压装置、自动控制等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。就电力系统中的供电电压来说，可以认为其波形基本上是正弦波，由于晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，根据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，在电网电流中含有大量的谐波。第二，变频器也是企业谐波污染的另一重要因素。变频调速在企业应用较为广泛，常用于风机、水泵等设备中。变频器是把工频电变换成各种频率的交流电，以实现电机的变速运行的设备。变频器控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电转换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出直流电压进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。随着变频调速的发展，对电网造成的谐波污染也越来越严重。第三，软启动器也造成了谐波污染。大功率设备如送风机、排风机的起停都采用了软启动器，因为软启动器采用三对反并联的晶闸管实现交流调压，由于晶闸管是典型的非线性器件，因此在使用过程中也会产生大量的谐波，对设备的稳定运行及电网造成了不良影响。第四，照明系统也产生谐波。目前广泛使用的是荧光灯、节能灯、金属卤化物灯等都属于非线性负载，在节能的同时也给电网带来了大量的谐波。

二、谐波造成的危害

谐波对电力系统设备和负载的影响，基本分为两方面：一是热应力；二是负载损坏。谐波会增加设备的损耗而加剧热应力。电压畸变而导致电压峰值增大，可能导致电缆绝缘击穿或设备损坏。（1）所有接于电网中的设备的损耗都会增加，温升增加。谐波对电机的影响除引起附加损耗，还会产生机械振动、噪声和过电压，导致电机转矩降低，过热甚至烧毁。（2）由于谐波的频率较高，谐波源的谐波电流流入变压器时增加了变压器的铜损耗和铁损耗，导致变压器容量减小。（3）谐波能引起补偿用电力电容器过热、过压，谐波电压使电容器产生额外的功率损耗，并联电容器其容抗随着谐波频率增大而减少，产生过电流，加速绝缘老化进程，增加绝缘击穿故障。（4）谐波会影响互感器的计量精度。谐波源将其吸收的一部分电网电能转变为谐波发送到电网中去，因此电能表会将谐波能量当作发电来进行计算，从而导致计量误差，增加企业的额外费用。（5）精密电子设备会被严重干扰，导致不能正常工作，甚至烧毁。（6）由于继电保护机构是根据工频正弦波的变化规律作为动作激励设计的，当波形畸变严重时各种保护装置和自动控制装置的动作都会受到影响，造成继电保护装置与自动控制装置的误动作或拒动作，影响企业的自动化生产。

三、谐波治理的措施

谐波治理是个综合治理过程，一方面应从源头抓起，加强设备的管理防止谐波的产生，更重要的一方面是提高认识，积极进行谐波治理，防止灾害产生。目前国内一些企业已开始重视谐波的污染，取得了节能和提高电网品质的双重效果。解决电力电子装置和其它谐波源污染问题的基本思路有两条：一是装设谐波补偿装置，即采用LC组成的无源调谐滤波器；二是对电力电子装置本身进行改造，改进整流装置，采用多相脉冲整流使其尽量不产生谐波，由于其电流电压同相位，称高功率因数整流器或高功率因数变流器。目前，谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器。其基本原理是实时监测电网中电流，快速分离出谐波电流分量，发出控制指令，实时产生大小相等方向相反的补偿电流注入电网中，实现瞬时滤除谐波电流。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波电流进行跟踪补偿，其运行不受系统的影响，也不会产生谐波放大，同时可补偿无功功率，提高功率因数是一种较先进的谐波抑制技术。但由于其造价较高，只适用于小容量谐波补偿。

随着企业的技术改造及设备升级换代，非线性电力设备愈加广泛应用，由此导致电力系统中谐波问题越来越严重，一方面造成了电力设备的损坏，加速绝缘老化，诱发火灾等安全事故；另一方面也影响了计算机、可编程控制器等自动化控制设备正常工作，直接扰乱了人们正常的生产、生活。本着谁污染，谁治理的原则企业应加大投入，抑制电网污染，使电网中其他用户使用到清洁的电能，肩负起企业应担负的社会责任。