摘要：随着经济和电力行业的快速发展，谐波电流损害电器设备、缩短设备的使用寿命、降低电能使用和传输效率，形成资源浪费和环境污染，存在着巨大的安全隐患。阐述谐波检测和抑制的意义，探讨谐波检测和抑制的方法和措施。
关键词：电力系统；谐波检测；抑制
引言
随着我国电力系统供电网络的不断发展，用电设备复杂度越来越高，感性负荷设备使用数量也越来越多，如电动机、电弧炉、变压器等。但是变频、逆变在电网的广泛应用，都会向电力系统输入大量的谐波，使电压波形发生不同程度畸变，导致电力设备运行工况发生一定的变化。目前，治理电网中谐波的主要方法为使用无功补偿装置配合滤波设备。这种方法使用的主要部件就是电容器组，而电网中的谐波又对电容器组的工作性能和寿命影响较严重，因此为了进一步保障电力系统供电的稳定性和电容器组运行的可靠性，保证其使用寿命，研究电网谐波对电容器组运行的影响，并设计安全稳定的保护方法有着十分重要的意义。
1谐波简述
谐波是指周期性的正弦波分量，是一个数学和物理概念。电力系统中，往往由于正弦电压施加压力于非线性负载，导致基波电流发生畸变形成谐波。在正常运行的电力系统中，流经的电流和电压成正比且都是正弦波，而当流经的电流与所增加的电压不呈线性关系时，就会出现谐波电流。每个谐波的频率不同，根据谐波的不同频率可以划分为“奇次谐波”、“偶次谐波”、“分量谐波”。一般情况下，非线性负荷供电设备都会产生谐波电流，例如SMPS、UPS、调速转动装置以及家用电器等。无论是发电设备、输电设备还是用电设备，都可能产生谐波电流，其中用电设备产生的谐波电流最多。发电设备方面，一些发电机的铁芯装置质地不均匀，往往会产生少量的谐波电流。在电力传输方面，变压器是最常产生谐波的电力设备。用电设备方面，变频装置和整流装置由于控制起来比较复杂，稍有差错就会产生谐波电流。家用电器的功率虽然小，但是数量巨大，电流的不平衡变换将会产生较深层次的奇次谐波电流，也是谐波电流的主要产生源之一。
2谐波研究现状与意义
2.1研究现状
人们对谐波问题的研究已经持续许久，谐波问题最早发现于20世纪20年代。在我国20世纪70年代以来，伴随着经济的发展和电子技术的进步，电力装置和设备应用的范围不断扩大，数量急剧增加。电力系统的安全性和高效性和人们的生活生产有着密切的联系，因而近些年来，谐波研究领域一直比较活跃，并且形成了相对完整的理论体系、检测和抑制方法。国内的一些科研机构、高校和生产企业也相继进行谐波研究，并积极参与国际上的研究项目会议。有源滤波装置是目前最前沿的检测抑制技术，分为并联型、串联型和混合型。近年来，谐波问题的研究不仅仅处于电力系统领域，和环境保护、经济等领域也有这密切的联系。研究虽有进展，仍存在许多问题需要解决，相应的法规和标准有待进一步的制定和完善。
2.2研究意义
随着经济和社会的发展，电力使用的范围越来越广泛，家用、生产、交通以及其他诸多领域，谐波造成的危害也更越来越严重。谐波的危害一方面体现在谐波的存在造成小部分电流流失，运输速度减慢，降低电能产生、传输和使用效率；另一方面，数量巨大的3次谐波造成电力设备过热、加速绝缘老化，设备寿命变短的同时有可能燃烧形成火灾等重大事故，进而威胁人们生命财产安全。谐波还会造成继电保护和移动装置发生失误，使电量计算出错。谐波还会对附近的通信设备造成影响，扰乱通信信号，降低通信质量，伴有导致通信信息丢失的可能性，打乱通信系统的正常工作。我国的“十二五”电力规划，对电力系统提出了更加精细的要求，绿色环保的发展观念逐渐深入人心，对谐波的检测和控制提出了更高的要求。
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3谐波对电容器组保护的影响
通过分析各种因素对电容器组的影响可以得知，谐波对电容器组的性能及寿命影响最大，其主要的影响因素为电压有效值、峰峰值。目前的电容器组保护主要针对电压的有效值进行保护，往往忽视峰峰值带来的影响，电网中谐波较为严重时，极易造成保护设备不能动作，致使电容器组长期工作在不良的谐波环境中，严重降低了电容器组的性能，缩短了使用寿命，因此电容器组在运行过程中需要多种不同的保护。
3.1内置熔断保护
为电容器组增加熔断丝保护是一种较经济适用的方法。当电容器组中某一个组件因故障被击穿时，放电电流流过熔断丝时，使其瞬速熔断，把有故障的单元与正常单元隔离开来。熔断丝安装简单方便，且不受环境因素影响，不用维护。但这种保护方式不能广泛地应用，根据熔断丝的工作原理，主要是大电流致使熔断丝发热切断故障单元。当故障电流小或电容并联较少，造成回路阻抗过大，故障电流提供的能量不能切断故障单元，就起不到保护作用了，且熔断丝的熔点值具有一定的离散性，所以这种保护方法较适用于大容量值的电容器组。
3.2电流电压保护
电流电压保护常常采用微机型电容器保护继电装置，主要分为过流保护、过电压保护、低电压保护及不平衡保护。过流保护在电容器组发生故障时可以起到速断和定时限保护。电容器组在过电压情况下运行会损坏其绝缘性能，因此往往利用电力系统母线上的电压实现电容器组的过电压保护。但当变电站的进线失电或因其他故障跳闸时，站内所有出线都被切断，这就要求电容器组必须从电网上切除，否则电压器合闸时，母线上的电容器组会使电压升高，严重影响设备的绝缘性能。不平衡保护分为不平衡电流保护和不平衡电压保护，主要原理为保护装置实时检测电容器组的端电压，利用电容器发生故障时产生的不平衡电压或不平衡电流实现保护。
4新型电容器保护方法
4.1传统保护方法存在的不足
传统的电容器组保护方法在电力系统出现谐波时存在一定的不足之处，导致保护设备不能正确保护电容器组。且传统电容器组保护一般都采用采样值基波50Hz的有效值计算故障量值。根据相关标准规定，电容器应能在不高于其1.1倍额定电压下长期工作，而电网继电保护整定规程一般也将电容器过电压保护动作值整定为其额定电压的1.1倍。然而，电网出现谐波含量时，电量有效值和电量峰峰值都将影响电容器组的运行。所以，电网出现谐波尤其是使波形畸变时一定要采取新的保护方法来保证现场设备安全可靠的运行。
4.2新型保护方法
为进一步提升电容器安全可靠稳定的运行，设计了一种新型电容器组保护方法。新型的保护方法不但能兼容传统的有效值方法，还能根据实际需求计算电网出现谐波时电量的峰峰值，减小电压峰峰值或电流峰峰值对电容器保护的影响。
结语
谐波的危害性毋庸置疑，及时准确的谐波检测和分析是前提，谐波抑制是目的。从国内外对谐波的研究可以看出，有源滤波器和无源滤波器的混合使用是切实有效的抑制方式，性价比较高，可行性较强，经济效益优势明显。将有源滤波器和无源滤波器的混合使用应用到电力系统的谐波抑制，仍有许多技术性问题需要解决。谐波问题的研究不仅应用于电力系统，对于环境保护领域也有重要的意义。随着人们绿色发展、环保意识的增强以及企业对经济效益的追求，人们必将探索出更有效的谐波检测和抑制方法。
参考文献：
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[3]吕文杰.电力系统谐波检测及其抑制方法的研究[D].成都：成都理工大学，2012.
论文作者:姚文昊1,黄晓菊2,周成1
论文发表刊物:《电力设备》2019年第11期
论文发表时间:2019/10/18
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