电流谐波对电气设备的危害及控制

前言

摘要：电流谐波对于电气设备的危害性已成为行业共识，如何治理谐波是摆在企业面前一个亟待解决的重要课题。本文就通过研究分析电气设备中产生谐波的危害性，提出了一些个人见解，希望能为同行和有关单位提供参考。

关键词：电流谐波；电气设备；危害及控制

中图分类号：F407文献标识码： A

引言

在非线性阻抗性类型的电力设备进行供电时，很大机率会出现谐波，谐波会对电力系统产生较大影响，阻碍电气设备的正常运作，尤其是电容器、变压器以及电机设备。本文介绍了谐波对电气设备的影响，探讨分析了导致电气设备产生谐波的因素，并根据这些因素提出了可采取的有效治理措施。希望能够通过维护电气设备的正常运行与保证电气设备的供电质量，降低谐波产生的损害，为同类行业提供有效的参考。

一、谐波来源

一般能够引发谐波电流的非线性因素是电力体系内部结构中的变压器，主要是变压器所具有的可控硅电容器、交直流可控硅的控制部件、电抗器组、空载电流等。此外，引发电力体系出现谐波的另一个因素是不同类型的非线性负荷用户，例如中频炉、电弧炉、家用电器、可控硅换流与整流、低气压电气设备等，这部分设施会从电网处吸收基波功率，而且将自身产生的谐波功率与谐波电流传输至电网中。谐波电流在低压一端位置转移至高压一端位置，再流入电力系统，造成电力体系的每一处电压均出现谐波。目前，因为谐波造成的电气设备故障事件数不胜数，所以必须予以重视，及时处理电气设备故障问题，以保证电网、电力体系的正常运行。

二、谐波危害分析

1、电气设备正常工作受阻

就部分二相供电的电气设备而言，当其处于基频情况下时，二项体系中的每个采用相线接法的中点电压均出现相位移动现象，且移动角度为120°。如果每一个相位都具有相等的负荷能量，那么中性线的电流量处于0值状态。若产生二项负荷不均衡的现象，就只可以采用去除均衡值的方式，使电流进入中性线，在实际操作中可以运用这一方法来去除中性线所具有的一般容量。但因为谐波具有较高的频率，一般无法进行常规的抵消操作，使中性导线出现过热状况，最终造成电气设备工作受阻。此外，部分地方的电力系统对供电质量有较高要求，但其电气设备又没有配备专门的谐波过滤元件，也会由于供电质量降低而出现电气设备工作受阻的情况。

2、电气设备供电系统老化加快

因为谐波具有较高的频率，所以电力体系中的正弦波也较高，从而很大机率导致电气设备的供电元件产生涡流损耗上升与磁滞的现象。此外供电元件的绝缘材料部分受到的电应力也随之升高，铜耗能量随之升高，温度增加，噪声变大，最终使电气设备的供电元件老化加快，减少了整体的使用年限。

3、电气设备出现毁损

若电气设备中存在大量的谐波，就会造成电气设备负荷过大。因为大部分电气设备长期处在供电变动状态，若满足某些特定的因素形成并联或串联的谐振条件，并同时满足一定频率，就产生谐波振荡现象。很大机率会造成电气设备中的电机模块出现振荡力矩，甚至引发机械共振，最终导致电气设备被损坏。此外，谐波振荡还会影响电气仪表的精准度。例如过大的高次谐波电流流入电能表可能烧电流线圈，频次过高时，电能表可能停转或烧坏。如果谐波的电压值过高，并且和电力体系的电压进行叠加，就会造成电容器两端的电压增加，最终引起过电压状况。

三、谐波的治理措施

1、 加强区分故障电流和谐波电流思路

一般，各种类型的电流保护都属于量度式继电保护装置，其整定值的设置都是基于对各电气量在系统正常运行和故障运行的两种不同运行状态下存在的差别进行分析，而并没有考虑不正常运行状态的运行特性，在实际系统中，也常配合使用频率测试仪以实现对故障电流和不正常运行状态时的电流的区分。然而，随着DVR、STATCOM、SFCL等电力电子装置在配电系统中的应用，使得系统在运行过程中产生大量的谐波，尤其会影响到如电流保护等自动化装置的正常运行，而就继电保护本身而言，它区分故障状态和由谐波引起的不正常运行状态的能力很差。所以对如何快速、有效地区分电力系统故障运行状态和不正常运行状态，尤其是短路故障和谐波状态的问题，需设计一种可区分故障和谐波的方案，从而达到继电保护装置正确、可靠地动作的目的。

1、加强供电源头的检查工作

出现谐波状况的位置一般是供电系统，所以为了避免电气设备被谐波所破坏，就必须先从供电源头入手，做好供电源头的检查工作。例如，可以针对线性负荷与非线形负荷所具有的特点，从公共连接位置进行供电运作，这样当非线性负荷出现谐波状况时就不会对线性负荷产生影响。此外，采用无功补偿方式也可以起到防范谐波现象在供电源头发生的作用，而且它可以使电网与受电一端的电压保持稳定，保证供电质量，降低谐波造成的危害。

2、提高供电元件的设计质量

在电气设备端，需要加强供电模块的设计，通过在供电模块之中加装无源滤波器，形成一个阻抗很低的谐振点，使其过滤掉谐波。无源谐波滤波器由滤波电容器、电抗器和电阻器组合而成，即所谓LC滤波器。它与谐波源并联，除了起滤波作用外，还兼顾无功补偿的需求。当谐波电流由外网窜入而影响内网负荷设备的正常运行时，在电源与负荷设备之间接入串联滤波器就可以阻挡谐波，保证负荷设备的正常运行。这种方式是比较容易实现的，而且也能够确保电气设备在不同的工作环境之下，始终能够具备较强的谐波过滤能力，确保供电质量，使电气设备在任何条件之下都能稳定地工作。这种滤波器因其结构简单、投资少、运行可靠性较高以及运行费用较低，应用较为广泛。

3、安装有源谐波滤除装置

随着科学技术的不断发展，在无源谐波过滤器的基础上研发出了新型的有源谐波滤除装置，它的优势在于采用补偿无功率技术、能够抑制谐波的发生，它能够补偿频率与幅值均发生改变的谐波。有源谐波滤除装置的原理是创建出一个与电力体系谐波的频率、幅度相同，但具有相反相位的谐波电流，使电力体系的谐波电流与该谐波电流相抵消，让电网电流中值存在基波分量，从而达到消除谐波的目的。由于有缘谐波滤除装置不会受到电网阻抗的干扰，所以它能够及时补偿幅值、频率均处于变化状态的谐波，所以该装置具有优秀的滤波作用。但是有源谐波滤除装置的成本比无源谐波过滤器高，而且不方便携带，所以一般适用范围较局限。

4、选择先进的电气设备

选择先进的谐波消除装置，可提高电气设备的供电质量。以变压器为例：目前社会上主要以环保、节约为生产理念，近年来我国变压器的总损耗值在电力体系总发电量中达到10%。在输电、变电领域中，变压器属于耗能较大的产品，只有不断地制造耗能量低的变压器才能满足如今的社会需求。近年来，部分城市电网开始将立体卷铁心变压器运用于高层建筑与配网改造工程中，取代常规的平面卷铁心变压器与叠铁心变压器。立体卷铁心变压器的主要优势包括：第一，空载电流量小，使无功损耗量下降，提高供电质量；第二，二项磁路处于平衡状态，没有出现二次谐波；接线选择D、yn11，可以有效防止产生高次谐波，优化供电波形。因此，选择先进的电气设备也可以有效地降低谐波对其产生的危害。

结束语

综上所述，随着社会经济与科技的快速发展，在工作和生活中电气设备的应用越来越广泛，电气设备的谐波事故也随之增多。为了降低谐波对电气设备所产生的影响，提高电气设备的供电质量，本文阐述了谐波的发生因素，深入分析了谐波在电气设备中产生的损害，并针对这些损害提出了有效的防范措施，以保证在实际生活工作中，电气设备能够正常运行，远离谐波危害。

参考文献

[1]叶志斌.电流谐波对电气设备的危害及控制[J]. 《科技与企业》 ,2011,(6).

[2]王龙.电厂发电系统谐波危害及其控制探讨[J]. 《通信电源技术》,2011,(6).

[3]刘兴纲.通信机房电力谐波分析及改造[J].《电源技术》,2009,(8).