摘要：随着社会经济的快速发展，非线性用电设备以及低压配电系统也得到了飞速的发展，而低压配电系统的安全性和可靠性也成为了人们关注的重点。谐波问题是低压配电系统中非常常见的问题，严重影响着电力系统中电子设备的正常运行。本文对工厂低压配电系统中谐波产生的原因、危害进行了深入分析，在此基础上，提出了相关的防治策略，希望能够有效解决工厂低压配电系统中的谐波问题。
关键词：谐波问题；工厂；低压配电系统；防治策略
前言
早在20世纪20年代人们就注意到了电力系统中谐波问题的危害，当时的德国就曾经出现过因为使用静止汞弧变流器而产生电压和电流波形畸变的现象。而随着电子技术的飞速发展和广泛应用，工厂供配电系统中出现了大量的非线性负载，而这些负载工作过程中会向电源反馈高次谐波，造成电压和电流产生波形畸变，进而降低电能的质量。而解决谐波问题，不但可以减少电能的损害，还可以延长电力设备的使用寿命，对电磁环境进行改善，提升产品质量。本文将对工厂低压配电系统谐波问题及防治策略进行简要地分析研究，希望能够降低工厂低压配电系统的谐波危害，促进低压配电系统的安全稳定运行。
一、谐波产生的原因及危害分析
谐波是指低压配电系统中出现的频率＞50Hz的电流或电压，导致低压配电系统中的电流和电压出现非正规的正弦波。
工厂低压配电系统中产生谐波的原因主要是其在运行过程中，电力系统中存在大量的非线性负荷。下面将从6个方面对谐波产生的原因进行分析，首先，目前变配电室使用的直流屏中含有充电机模块和高频开关整流模块，其运行中会分别产生5次、7次高频谐波电流。其次，工程中的整流设备包括大电流整流柜和整流型变压器等，其结构大都为三相双反星形桥式，会产生5次、7次甚至更高次数的高频谐波电流。第三，变频器或者软启动器在大容量电机和水泵中都进行了配备，主要是为了对电机的启动条件和运行效率进行改善和提高，其均为三相六脉冲整流结构，会造成5次、7次谐波电流。第四，工厂中存在大量的弱电系统，例如工控、监控以及通讯等，而这些系统多采用开关电源，会产生3次谐波。第五，工厂中有大量的气体放电灯，例如照明和生产用的高压钠灯和荧光灯，会产生高次谐波电流。与其配套的电子整理器主要是将直流逆变为交流，这个逆变的过程中同样会产生3次谐波。最后，工厂在设备检修中需要大量的焊接工作，而这期间必然会产生电弧，造成3次谐波电流。
谐波对低压配电系统的危害不止存在于电网，对其周边的相关设备也会产生危害。首先，谐波导致电气设备过热，从而影响其使用效率，降低电能输送的效率，甚至引发电气设备的故障，影响其使用寿命。其次，谐波还会使低压配电系统产生局部谐振，增加谐波含量，烧毁低压电网和相关电气设备，甚至可能对继电保护装置发出错误的指令，严重干扰继电保护装置的运行。谐波对工厂低压配电系统的危害主要体现在对变压器、电动机、电缆等产生不利影响。其中对变压器的危害主要体现在会增加变压器的损耗，主要是因为谐波会导致变压器过热，出现不正常噪音，甚至会使得变压器中的绝缘部件老化，严重影响变压器的功能和使用寿命。对电动机的危害同样是会增加其损耗，降低其效率和使用寿命。主要原因是谐波会是电动机中的线圈温度过高，还会导致电网中出现和电动机方向相反的旋转磁场，从而降低其力矩，引发异常震动。谐波对电缆的危害主要是因为谐波的集肤效应，导致电缆的阻抗增加，进而造成温度升高以及损耗增加的问题，同时还严重影响了电缆的绝缘介质，使得电缆老化加速，严重的还会造成定载流量下降，对供电效能产生影响。另外，谐波还会影响低压配电系统中的电容器、继电保护装置等一系列设备，对工厂供电的稳定性和安全性都有非常严重的影响。
总之，谐波主要因为电网运行中存在大量的非线性负荷，有3次、5次和7次谐波。而其危害主要是会导致设备过热，影响其使用效率和寿命。
二、工厂低压配电系统谐波的防治策略探析
对谐波的治理可以从两个方面进行，分别是带电抗的无功补偿和增加低压配电系统中的中性线截面。
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首先是带电抗的无功补偿，工厂低压配电系统中的非线性谐波一般情况要主要是150Hz和250Hz，即常说的3次谐波和5次谐波。针对这种谐波，可以采用双电抗系统中的非调谐滤波设备对谐波危害进行消除。电抗率为12.5%时，谐振频率为141Hz，可以吸收3次谐波分量；电抗率为4.5%时，谐振频率为236Hz，可以吸收5次谐波分量。因此，将电抗系数为12.5%和4.5%的电抗器和进行容量补偿的电容串联起来，该系统以工厂低压配电中无功补偿系统的负荷变化为依据进行轮换投切，从而实现电容补偿。带电抗的无功补偿不但可以提高工厂低压配电系统和相关设备的使用效率，还可以有效的抑制谐波问题，对低压电网环境进行净化。
其次是对中性线截面进行增大，通过带电抗的无功补偿系统可以有效地对电网中的发电机、变压器等相关设备进行无偿保护，对减少低压配电网络中的设备损耗非常有利。但是工厂低压配电系统中的一些其他部位，例如低压柜母排和非线性配电线缆中的中性线还有大量的谐波，而针对这些谐波，则需要通过增加中性线的截面来进行处理，减少其对低压配电系统的危害。例如，在低压配电系统中能够的照明回路中，如果其三相符合分配均匀，那么中性线和相线的截面相同，但是如果三相负荷分配不均时，为了避免出现负荷过载的情况，则要增加中性线的截面，一般情况下要比相线大一级，确保照明回路正常运行。总之，在工厂低压配电系统中的低压柜中母排的中性线以及其他一些非线性负荷供电电缆中的中性线需要保证其截面与相线的截面相同，或者大一级，以此来减少谐波的危害。
除了上述两种对已经产生的谐波进行治理的方法外，还可以从根源上对谐波问题进行防治，即从对谐波源进行改造和选择滤波器着手，对谐波污染进行处理。
首先是改造谐波源，在工厂低压配电系统中产生谐波的主要来源就是各种非线性元件，所以，可以从电子装置着手，减少谐波的产生。据实验观察所得，对变流装置周期进行加强可以降低脉动次数，进而减小起伏幅值，减少谐波源。而这方法需要使用到波段测试装置对异常波段进行干预，另外，还可以在供电系统中使用高频率因数整流器，对谐波源进行改造。
其次，是滤波器的选择，滤波器分为两种，即无源滤波器和有源滤波器，其中无源滤波器做为传统的谐波补偿装置，结构简单、工作可靠，而且投资少，维护简单，但是其体积大、且容易造成电压鼓包以及恶化等现象，目前在一些老旧工厂中无源滤波器的应用较多。而随着电力电子技术的飞速发展，有源滤波器逐渐成为了研究的重点。有源滤波器使用了谐波电流检测技术，可以对谐波电流进行实时监测，通过瞬时电流控制进行动态补偿。同时有源滤波器实现了对电网谐波电流变化的自动跟踪，其可控性和响应速度得到了极大提高。有源滤波器一般由逆变电路、电感以及直流侧储能元件所组成。有源滤波器可以根据工厂供电系统中各处谐波电流的大小和配电间配电容量的大小而设计不同容量的模块化有源滤波器，通过合理配置，控制谐波的危害。模块化的有源滤波器使用了数字化控制系统，针对不同的供电系统合理配置不同的模块，可以实现资源合理利用，不断可以实时、高效地对电网谐波进行补偿，还可以避免机柜式有源滤波器体积较大、不易安装的缺点。
三、总结
在工厂低压配电系统中谐波的危害是非常严重的，对低压配电系统的供电效能、相关电气设备的使用效率都有严重影响，甚至会影响电气设备的使用寿命。谐波主要是因为在运行过程中，电力系统中存在大量的非线性负荷。本文从变配电室的直流系统、整流系统、变频器、软启动器、弱电系统电源等方面对工厂低压配电系统中谐波产生的原因进行了深入分析。在此基础上，对谐波对工厂低压配电系统及其相关设备的危害进行了分析。最后，从无功补偿、中性线截面增加、谐波源改造以及滤波器选择四个方面就如何更好地控制工厂低压配电系统的谐波问题进行深入分析。总之，谐波危害非常严重，需要相关工作人员高度重视，共同努力，根据实际情况综合治理，降低谐波的危害，确保工厂低压配电系统的安全稳定运行，为工厂生产提供支持。
参考文献
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论文作者:李子
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/12
标签：谐波论文; 系统论文; 低压配电论文; 工厂论文; 滤波器论文; 电流论文; 电抗论文; 《电力设备》2018年第22期论文;