试析配电网谐波的危害及治理对策

摘要：电力系统中配电网谐波危害的研究一直没有停止，谐波危害是供电质量降低、电力消耗增加的主要诱因。本文将简单研究配电网谐波危害，提出治理建议。

关键词：配电网;谐波;滤波器;调节器

前言

谐波即基波整数倍正弦波，常见于各种配电网设备，提高了配电网非线性阻抗能力，使得配电网的波形严重畸变。新时期需要加强谐波治理，确保电网能够安全运行，保障电能的利用率。

一、配网谐波源

（一）性质

以性质角度来看，谐波包括恒压与恒流两种类型。恒压谐波源的谐波电压和外接阻抗没有关系。电力系统发电机谐波电势和发电机结构、发电机工况有关。恒流谐波源特征为谐波含量和电力参数无关，和自身工作状况、参数有关。配电网非线性用电设备属于典型的恒流谐波源。配电网中的多数谐波源属于恒流谐波源[1]。

（二）规律

以谐波产生规律来看，谐波源包括稳态和动态两种类型。稳态谐波源最大的特征是在网络感性、容性的负荷没有变化时，谐波的幅值不會发生变化。稳态谐波源由可控整流设备、不可控整流设备、电动机、发电机、变压器组成[2]。动态谐波源最大的特征是，在负荷变化同时，其也会剧烈的反应。常见于电气机车换流设备、大型电弧炉、大容量冲击负荷。

二、配网中的谐波危害

如同无线电电磁干扰一样，变频器谐波由以下述三种方法产生谐波污染临近的用电设备和电源，包括传导、电磁辐射与感应耦合。

传导说的是谐波在阻抗分流到电源并联和系统中的负载，能够干扰并联电器电气设备。电磁辐射说的是变频器的谐波具有辐射作用，能够干扰周围电子设备与无线电。感应耦合说的是传导期间，和变频器的输出线平行敷设导线能够产生电磁耦合感应干扰。配电网谐波危害如下：

（一）变压器

电压和电流谐波会增加变压器的铁损与铜损，使得变压器的温度快速增加，降低了变压器的绝缘能力，减少了变压器的容量富余。除此之外，谐波还会产生噪音与引起共振[3]。

（二）感应电动机

和变压器一样，变压电流谐波也会增加电动机铁损、铜损，使得温度增加。另外谐波电流还会导致电磁转矩发生变化，出现振动力矩。此时电动机就会出现周期性转速变动，对其输出效率造成明显影响，伴有明显噪音。

（三）电力电容器

谐波出现以后，频率的增加会让电容器的阻抗减小，此时涌入很多电流，导致电容器过热或是损坏，甚至可能会出现共振问题，出现噪音和振动。

（四）开关设备

谐波电流会让开关设备启动时候出现较大电流变化，暂态恢复峰值电压增大，影响绝缘效果，甚至引起误动作出现。

（五）保护电器

电流谐波会导致额外力矩的出现，使得电器的动作特点发生变化，出现误动作，有些时候甚至会出现线圈烧毁、操作特点改变一类的问题。

（六）计量仪表

感应盘会有额外转矩的出现，使得精度降低，出现误差，甚至是线圈烧毁。

（七）电力电子设备

通常情况下，电力电子设备需要电压波形形态或电源零交叉原理才能完成系统操作与控制。如果电压存在谐波，则波形被改变、零交叉自行移动，出现很多误动作情况。

三、治理谐波手段

谐波问题的综合治理，关键点在于需要控制注入系统谐波电流，将电压控制在可控范围。电压畸变主要诱因是电源阻抗。阻抗越大，电流畸变引发的电压畸变越明显。10次以内谐波，通常是感性的配电网络。所以此时的电源频率与电源阻抗为正比关系。谐波的次数越多，则畸变问题就越严重。通常情况下，很难改变配电网阻抗，需使用其他手段综合防治谐波。

（一）安装无源电力滤波器

电子器件的构成为非线性节能设备，在低压配电网中广泛使用，所以会出现严重的谐波污染。并联电容器组能够放大谐波。谐波含量如果比较大，将损坏电容器，甚至引起电压畸变问题。为规避谐波放大情况，装置中的每组电容器都要和电容器串联到一起，组成无源滤波器。L、C参数的选择，要兼顾抑制3、5滤波，电抗率需要调整到6%，这样就能在基波频率中完成容性的观察，将其当做基波无功补偿设备与谐波滤波器，可以防止电容器组出现谐波电流，减少系统中的谐波含量。从实践结果可以了解到，这种方法能够有效应对3、5滤波。

（二）安装隔离变压器

应用Dyn接法隔离变压器能够控制谐波，让均衡3次谐波电流回归电源之中。变压器的使用，一般被加装在旁路电路，这样就能防止维护变压器的时候，需要长时间停止负荷供电。此时需要使用中性线，并且中性线需要有够大的四芯馈线。配电系统中隔离变压器安装于配电盘，用于隔离3N次的配电系统与谐波电流。应根据情况调整变压器额定值，以免出现过热和电压畸变问题。

（三）安装有源谐波调节器

边频带频率跟着传动装置速度一起变化，时长和基波频率比较接近。变流器、逆变器边频带与谐波问题很难靠普通滤波器有效处理。有源谐波调节器具有实时监测无功分量、负载谐波的能力。应用PWM变换技术，能够将无功分量和谐波分成方向相反、大小一致的电流并送到供配电之中，精确补偿负荷谐波电流，具有动态补偿与消除滤波的能力。

四、治理谐波的一些思路

（一）全面规划加强监管

应严格审查还没有投入使用的设备负荷谐波情况，安排专人监督测试新用户设计、投产早期、用电报装等环节中的电能质量，制作管理档案。老用户的电源中，需要安装滤波装置，控制谐波问题。应主动和技术部门、生产部门沟通，定期检查当地变电站、重大用户电能质量、公用变压器，获知谐波源与电网中的电能质量。监管期间，如果发现用户用电设备影响了电能质量，需要根据设备用电状况，采取行之有效的办法，在规定期限内减少干扰问题的影响和范围。

（二）改变谐波工作方法与配置

拥有谐波补偿性的设备需要集中管理，如果不集中管理则需要交替使用或分散使用，控制谐波量大小，减少谐波对整个系统的干扰与影响。

（三）加强管理

治理配电网谐波问题属于一项任务艰巨且长期性工作，对改善供电质量而言是必不可少的方法。在国内经济稳定发展的同时，国内配电网却没有表现出谐波治理足够重视。当前配电网有着许多的高压配电用户，这些用戶并不了解谐波治理要求，也不知道谐波对电力系统整体的危害与影响，认为治理配电网谐波属于电力部门工作，自己只是普通的消费者。因此电力部门应当加强宣传，让每一名用户都能了解到谐波问题影响和控制必要性，提高用户认知，准确测量谐波，采取可行的办法和对策，改善电力系统供电水平，控制电磁污染问题。

（四）提高谐波承受能力

使用级别比较高的电压电网供电，保障三相电压的平衡性，以此提高

（五）防止谐波进入电网

通过研究得出，谐波进入电网以后造成的影响非常明显，应采取有效的控制、补偿与隔离措施。配电网中的谐波，主要为三次谐波污染。谐波检测中，需要使用合适的方法，比如安装滤波装置，以免滤波最后进入到电网当中。生产制造电气设备的厂家，一开始就需要了解谐波危害性，并做好谐波含量控制，以防用户电气谐波进入到电网当中。

结语

对配电网的运行来说，影响质量的众多因素中，谐波是不能忽视的问题。虽然我国设定了用户谐波电流入电网规定，可是用户几乎一边倒的认为治理谐波不是用户问题，是电力部门工作，没有重视谐波问题。新时期背景下，电力部门不仅要重视治理谐波，同时还要加强宣传，提出可行适合用户独立尝试治理的办法，双向治理，改善网络质量，最大化利用电能资源。

参考文献

[1]赵军，樊瑞，毛瑞.配电网谐波量测装置配置方法综述[J].山西电力，2020（06）：22-27.

[2]曾文凡.计及谐波污染的主动配电网多目标优化调度方法研究[J].环境科学与管理，2020，45（12）：185-189.

[3]谢荣斌，杜帆，程湘等.三相不平衡及谐波对三相四线低压配电网线损的影响[J].电力系统保护与控制，2020，48（21）：22-30.

作者简介

彭军，男，生于1969年5月，籍贯四川资中，硕士研究生，高级工程师、从事电力营销管理工作。