浅谈电力谐波的危害及其治理措施

维普资讯 http://www.cqvip.com 内蒙古电力技术　２０（｝７年第：ｊ卷第６期　ＩＮＮＥＲ　Ｍ０ＮＧ０ＬＩＡ　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　３７　浅谈电力谐波的危害及其治理措施　Ｂｒｉｅｆ　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｏ　Ｈａｚａｒｄ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｈａｒｍｏｎｉｃ　Ｗａｖｅ　ａｎｄ　ｉｔｓ　Ｈａｒｎｅｓｓｉｎｇ　Ｍｅａｓｕｒｅ　王增平　（１．华北电力大学，河北　保定０７１００３；２．内蒙古电力（集团）有限责任公司，内蒙古　呼和浩特０１００２０）　【摘要１介绍了电力谐波产生的原因及对电力系统的危害，提出了治理谐波的预防性治理　措施和补偿性治理措施。　ｆ关键词１谐波；危害；治理措施　【中图分类号】ＴＭ７１１　［文献标识码】Ｂ　ｆ文章编号１　１００８—６２１８（２００７）０６—００３７—０３　随着电力工业的发展，大量的谐波电流注入电　网。引起电力系统的电压和电流发生畸变，对电力系　然各相电势波形对称，但三相电势中含有一定数量　的奇次谐波。系统中大量变压器的励磁电流含有奇　次谐波成分，当变压器空载或过励磁时则更为严重，　并由此构成了主要的稳定性谐波源。当电网中投切　空载变压器或电容器时，其合闸涌流注入电网。也会　形成突发谐波源。　统的安全、经济运行构成潜在威胁，给周围电气环境　造成极大的污染。本文分析了产生电力谐波的原因，　阐明了谐波对电力系统的危害，提出了治理的措施。　１谐波产生的原因　２谐波对电力系统的危害　在理想的电力系统中，电能以频率、幅值恒定的　正弦波形的特定电压水平向用户供电，但在实际中　电压的波形会由于某些原因而偏离正弦波形，即产　在电力系统中，谐波的污染与危害主要表现在　对电力设备与信号的干扰方面，其主要危害如下。　２．１加大变压器损耗　生谐波。谐波的存在，会损害系统设备，危及系统安　全。谐波产生的根本原因是由于电网中某些设备和　负荷的非线性特性，主要来自以下两个方面。　１．１负荷侧　谐波电流使变压器铜耗增加，引起局部过热，振　动、噪声增大，绕组附加发热等。　２．２造成电力电容器损害　非线性用电设备是产生谐振波的主要原因。由　于非线性设备产生的谐波电流通过系统网络注入到　当配电系统非线性用电负荷比重较大、并联电　容器组投入时，一方面，由于电容器组的谐波阻抗　小，注入电容器组的谐波电流大，使电容器过负荷，　系统电源中，畸变电流流经系统阻抗使母线电压发　生畸变，使电能质量受到污染。如化工行业的高频　炉、电解设备，钢铁行业的炼钢炉、大型轧机、硅整流　设备等。它们向电网取用基波电流的同时，产生谐波　电流注入系统。　１．２电源侧　严重影响其使用寿命；另一方面，电容器的电容与电　网的感抗组成谐振回路的谐振频率等于或接近于某　次谐波分量的频率时，就会造成谐波电流放大，使得　电容器因过热、过电压等而不能正常运行。　某２２０　ｋＶ变电站１０　ｋＶ侧装设６ｘ７　Ｍｖａｒ电容　器组，每组串联ＮＫＬ一５００／１Ｏ０电抗器，实际电抗率　为４．９％，竣工后，由于谐波和运行电压的限制只能　系统中交流发电机内部定子和转子问的气隙，　由于受到铁心齿、槽或工艺的影响，分布不均匀，虽　［收稿日期］２００７－１２—０７　［作者简介］王增平（１９５６一），男，毕业于内蒙古师范大学，华北电力大学在读工程硕士，高级经济师，现从事电力企业管理工作。　维普资讯 http://www.cqvip.com ３８　内蒙古电力技术　２００７年第２５卷第６期　投运２组，投运时，３次谐波电流含量为３１％，３次　谐波电压含量为５．７％。运行４　ａ共损坏电容器９０　误，影响电网运行安全。　２．７　影响继电保护和自动装置可靠性　台，其中外壳爆裂２台、壳体渗漏１３台、套管化锡与　渗油６１台、氧化锌避雷器爆炸３台、中性线电流互　继电保护正常运行中，当电源谐波分量较高时，　可能会引起过电压保护、过电流保护的误动作。当三　相严重不对称时，在正序性谐波或负序性谐波含量　感器炸毁１台。某２２０　ｋＶ变电站装设了４０　Ｍｖａｒ电　容器装置，自从系统中接入的电气化铁路通车运行　较高的情况下，可能对以负序分量为启动元件的保　后，仅半年时间，电容器全部损坏或烧毁。　２．３增加输电线路损耗　谐波电流一方面在输电线路上产生谐波压降，　另一方面增加了输电线路上的电流有效值，从而引　起附加输电损耗，特别是在电力系统三相不对称运　行时，中性点直接接地的供电系统线损增加尤为显　著。对于电力电缆线路，由于电缆对地电容比架空线　路大１０～２０倍，而感抗为架空线路的１／２～１／３，因此　更容易激励出较大的谐波谐振，使谐波放大，造成绝　缘击穿事故．．　２．４引起旋转电机损耗　谐波电压或电流会在电机的定子绕组、转子回　路以及定子和转子铁心中引起附加损耗。当三相电　压不对称时，定子绕组上产生负序电流，并励磁产生　负序旋转磁场，该制动磁场降低了电机的最大转矩　和过载能力，增加了铜损，并且负序过电流可以将电　机定子绕组烧毁。在额定出力下持续承受３％额定　电压的负序电压时，电动机的绝缘寿命将减少一半。　因此国际上建议在持续工作的条件下，电动机承受　的负序电压不宜超过额定电压的２％。　２．５延迟电弧灭火　在超高压长距离输电线路上，较大的谐波电流　会使电弧熄灭延缓，导致单相重合闸失败，使事故扩　大。当电网谐波成分较大日、Ｊ‘，发生单相接地故障，消　弧线圈将可能对谐波电流不起作用，在接地点得不　到补偿，从而使系统故障扩大。谐波会造成某些断路　器磁吹线圈不能正常工作，降低断路器的遮断能力，　不能遮断波形畸变率超过一定限值的故障电流，中　压断路器截断电感电流时可能发牛重燃现象，导致　断路器触头烧损。　２．６干扰通信系统　电力线路上的３次、５次、７次、１　１次等幅值较　大的奇次谐波电流通过磁场耦合，在邻近电力线的　通信线路中会产生干扰电压，影响通信线路的通话　清晰度，而且在谐波和基波的共同作用下，触发电话　铃响。另外，高压直流换流站换相过程中产生的电器　噪声（３～１０　ｋＨｚ）会干扰电力载波通信的正常工作，　并使利用载波工作的闭锁和继电保护装置动作失　护装置产生干扰，造成发电机负序电流保护装置、主　变压器过电流保护装置、线路距离保护振荡闭锁装　置、高频保护收发讯机、母差保护和故障录波器误动　的事故。如葛上线５００　ｋＶ直流输电线路运行后，出现　多次由谐波造成的姚双凤线保护误动、葛岗云线保　护振荡闭锁装置误动，直接影响相差高频保护误动。　当谐波问题造成电网谐振时，其影响程度更大。　例如丰沙大电气化铁路和湘渝电气化铁路都发生过　因谐振而导致保护误动情况。丰沙大电气化铁路的　谐波和负序曾造成大同二电厂２００　Ｍｗ发电机负序　电流过负荷保护动作切机，导致了大面积停电。　晋东南２２０　ｋＶ长治变电站因特殊运行方式的　需要，由漳泽电厂的２２０　ｋＶ漳长Ｉ回线单独供电，　电网正常运行。但漳长Ｉ回线因太焦电气化铁路谐　波和负序的作用，导致ＪＧＸ一１１Ａ型晶体管相差高频　保护动作而跳闸，造成２２０　ｋＶ长治变电站和由该站　供电的１座２２０　ｋＶ变电站、７座１１０　ｋＶ变电站和１　座３５　ｋＶ变电站停电，甩负荷１００　ＭＷ，漳泽电厂频　率下降到４５．７　Ｈｚ，被迫与电网解列运行４４　ｍｉｎ，造　成了晋东南电网大面积停电，使电网和其供电的用　电企业遭受到了极大的损失。　３谐波治理措施　谐波的治理措施可分为预防性治理措施和补偿　性治理措施。　３．１预防性治理措施　预防性治理措施包括谐波源治理和受端治理。　３．１．１谐波源治理　谐波源治理就是在谐波源上采取治理措施，从　源头上最大限度地避免谐波的产生。这就需要在设　计、制造和使用谐波源设备时，注重谐波对电力系统　的影响，使其符合国家规定的有关标准。　３．１．２受端治理　受端治理主要从受端系统来考虑，增强对谐波　的承受能力，降低系统的谐波水平。　３．１．２．１增大系统容量　系统规划要考虑提高谐波承受能力，进而使谐　维普资讯 http://www.cqvip.com 内蒙古电力技术　波保持在一个不对系统造成危害的水平。　３．１．２．２改善供电方式　选择合理的供电电压，并尽可能保持三卡Ｈ电压　平衡，可以有效地减小谐波对系统的影响。谐波源由　谐波次数　３９　表１　３５　ｋＶ侧的谐波测试结果　电容器退出　电容器投入　谐波电压／％谐波电流，Ａ谐波电压／％谐波电流，Ａ　较大容量的供电点或高一级电压的电网供电，承受　谐波的能力将会增大。时谐波源负荷由　门的线路　供电，减少谐波对其他负倚的影响，也有助于集中抑　制和消除谐波。　３．１．２３避免电容器对　波的放大　可采取串联电抗器，或将电容器组的某些支路　改为滤波器，或限定电容器组的投入容量，　以有效　地减小电容器埘谐波的放大，保证电容器组的安全　运行　３．１．２．４提高设备抗谐波干扰能力　改进设备性能，使其在谐波环境Ｌ２　３　４　５　６　７　８　９　｝Ｊ能够正常工　¨　作：　３．１．２．５改善谐波保护性能　对谐波敏感设备采用灵敏的谐波保护装置，能　０　０●　●０　０　●０　０●　够保证在谐波趟标情况下，不至于损坏设备。６９　２　Ｄ　●７　７●２　０　２　０　８　２　　Ｊ　３．２补偿性治理措施　补偿性治理措施就是在谐波源处消除谐波。２姻　３　２　　躺　３．２．１采用滤波器　在谐波源处就近装设滤波装置足限制谐波超标　１　０　４　０　０　０　●０　０　１　的主要方法之一。滤波装置分为无源滤波器、斛　川　ｍ加　有源滤　波器。无源滤波器是将电容ｊ亡件与电感元件按照一　定的参数配置连接而成，当某次谐波滤波器调偕到　该频率时，滤波器所呈现的阻抗为零，因而能够全部　＝享　。。¨　吸收该次谐波。有源滤波器采用与无源滤波器完伞　不同的原理，通过产生与补偿谐波形状一致、相位相　反的电流，来抵消非线性负荷产生的谐波电流，以使　谐波不会流入公共供电回路。　某生产ＰＶＣ的化Ｔ厂电气设备主要为整流设　备，系统公共连接点为３５　ｋＶ，谐波测试结果如表１　所示，　从电容器退出后的测试数据＿口『以看　，负荷主　要产生２、４、５、８、１１次偕波，且２、４、５、８次谐波电流　超标。而当电容器投入后，母线２、４次谐波电压明显　升高．其中４次由原来的１．０７％升高到４．６１％，２次　由０．９６％ｆｔ・高到１．６４％。分析数据，系统对２次、４次　谐波存在放大作用。　根据系统和谐波源的情况，对系统进行改造，加　装了新的滤波器，包括２、３、４次单调谐滤波器和５　总谐波畸变率／％　４．０３　５．６０　次高通滤波器，共４个支路。通过谐波源的治理，谐　波状况有了很大的改善，电压总谐波畸变率由　５．６０％降低到２．８５％，满足国标要求；各次谐波电流　满足国标要求：功率因数也提高到０．９２以上。　３．２．２加装静止无功补偿装置　快速变化的谐波源，如电弧炉、电力机车和卷扬　机等，除了产生谐波外，往往还会引起供电电压的波　动和闪变，有的还会造成系统电压二相不平衡，严重　影响公用电网的电能质量。在谐波源处并联装设静　止无功补偿装置，可有效减小波动的谐波量，同时，　可以抑制电压波动、电压闪变、三相不平衡，还可补　偿功率因数　４结论　在电力牛产和使用的过程中，根据喈波产生的　不同情况．应用有效的谐波治理措施，可将谐波限制　在允许的范围之内．营造洁净的电气环境，从ｌｆＩｊ保障　电力系统安仝、稳定、经济运行，也可保障国民经济　和社会的健康发展。　『参考文献】　『１］罗安．电网凿波治　和无功补偿技术及装备［Ｍ】．北京：中同　电力出版社，２００６．　】董其国．电能质量技术问答［Ｍ】．北京：中日电力出版社，２００３．　［３】李　．电网运行及凋度技术问答『Ｍ］．北京：　同电力　版社，　２００４．　【４］陈志业．电力上程［Ｍ］．北京：中国电力　版社，１９９７．　编辑：王金丽