摘要：所谓的谐波，实质上就是指在电力系统中，与工频频率不同的所有的成分。谐波按照其标准进行分类，有多种谐波存在。比如说，由谐波的频率大小将谐波分为有3次谐波、5次谐波、7次谐波等。在选煤厂中存在很多非线性设备，如真空泵、渣浆泵等设备，这些大多都由变频供电运行，从而产生高次谐波对选煤厂电网系统造成谐波污染。
关键词：选煤厂；低压配电系统；谐波
引言：在现代选煤厂进行煤炭洗选过程时，用电设备产生的谐波会对电网系统造成谐波污染，造成极大的安全隐患，因此要重视防范低压配电系统的谐波。从产生谐波的原因入手，主要分析了谐波的造成危害和应当采取的防范措施。
一、谐波的产生原因分析
选煤厂低压配电系统中的谐波产生原因主要有三点：其一，因发电电源的质量不高从而造成谐波；其二，在输配电系统过程中产生谐波；其三，因用电设备产生谐波。在上述的三个原因中，造成谐波产生的最主要原因是由用电设备导致的。在选煤厂中配有大量的电气设备，这些设备可能产生大量的谐波电压和谐波电流。具体原因如下：第一，检修电源。使用电焊在选煤厂厂房内和皮带走廊等处进行检修作业，会产生电弧。因电弧具有负阻特性，电阻会随电流的增大而减小，因此会导致谐波的产生。但由于使用电焊产生电弧的工作时间不长，因此造成的影响较小。第二，水泵和风机。为了调节功率比较大的水泵和风机的启动条件并达到节能的目的，这些水泵和风机大都装配了软启动器或变频控制器。而变频控制器主要产生3次、5次、7次谐波电流。第三，控制系统。选煤厂内存在很多的弱电系统，如控制系统、优化诊断系统、管理系统等，在这些系统内都大量地使用计算机、打印机设备，会在弱电系统内产生大量的谐波。第四，选煤厂内照明设备。在选煤厂内除了使用白炽灯照明外，在多数场所为满足照明亮度和节能环保要求，大多采用气体放电灯或者LED灯。气体放电灯和LED灯的电路中存在电弧，导致有谐波的产生。除此之外，因为荧光灯具有低功耗的特点，荧光灯也被大量使用，其中镇流器除了可以降低灯管的频闪效应之外，在镇流器将直流转变为交流电时也会产生大量的3次谐波。
二、谐波产生的危害分析
（一）对电力设备的危害谐波电压和电流会对变压器造成严重影响，导致变压器的铁损和负载损耗
增大，并使变压器内的某些部件温度升高，噪声增大，从而导致变压器的使用寿命缩短。因此，为提高选煤厂的环保节能，最大幅度地减少谐波对变压器的影响，应当选择低耗损、体积小、方便维护的变压器，例如SC10型干式变压器。另外，电容器是很容易被谐波影响的器件，当电容器受到谐波电压的影响时，电容器会与系统内其他设备产生串联谐振或并联谐振，导致电容器内的介质损耗加剧，并会有额外的功率耗损的产生。
（二）对供配电线路的危害
供配电系统中的电力线路一般采用感应式继电器进行保护，当受到谐波影响时，可能导致误动作或者误触发等现象的产生。例如，大功率设备多次起停造成谐波电流的产生，给选煤厂供电线路造成多次供电中断。另外，变压器合闸涌流中的谐波分量，也会导致供电线路产生供电中断和供电损失。配电系统中的电压与电流受到谐波的影响时，容易产生畸变，频率相同的谐波电压会导致同次谐波的无功功率和有功功率的产生，继而影响电网的电压，甚至会威胁到整个电网系统的安全。
（三）对用电设备的危害
电动机在受到谐波电压和谐波电流的影响时，会产生额外的铁损与铜损，从而增加无功功率，使得电动机的效率下降，并会加快绝缘介质的老化，产生机械振动，增加噪声。因此，选煤厂在选择电动机时，应当结合这些因素对电动机造成的影响，使电机功率具有一定的余量，从而来提高电动机的能力。接触器、断路器这些低压设备在谐波的影响下，可能会产生异常发热，出现误动作的现象，导致元器件承载电流能力下降，缩短设备的使用寿命，严重时甚至会影响工作人员的人身安全。例如，在选择低压开关设备时，除了满足电流的要求，也要选择性能可靠、安全级别高的设备。
三、谐波的抑制和防范措施
（一）使用带电抗器的补偿系统
考虑到功率因数和变压器利用率的影响，选煤厂降压变电所在低压母线上设置了补偿柜。一般有两种情形：一种是电容器与低压母线并联，但由于这种补偿方式会出现大量的非线性负荷，因此在实际的应用中渐渐变少；二是将电抗器串联到电容器前，但是只能安装电抗率较小的电抗器，对抑制谐波作用有限，只能对电容器合闸涌流起到一定的限制作用。某选煤厂的低压配电系统内有两台变压器在分别运行，额定功率都为1000KVA，变压器的短路电压百分值是6%，补偿电容为300kvar，电网的频率为50HZ。分别表示为ST＝1000KVA，UK＝6%，QC＝300kvar，f＝50HZ，低压配电系统中主要产生3次谐波和5次谐波。根据图=下图所示，令电抗率为12%，Z＝XL－XC，其中XL为阻抗，XC为容抗，得到曲线1。当f＝145时，阻抗最小，吸收大量的3次谐波；令电抗率为4.5%，得到曲线2，当f＝235时，阻抗最低。当两条曲线相相交时，不仅可以抑制３次谐波，还可以抑制５次谐波。假设电容补偿为40kvar，将一半补偿容量的电容分别与上述的电抗系数为12%的电抗器和电抗系数为4.5%的电抗器串联。在构成的补偿系统内，按照负荷的变化情况分组轮换，可以使得功率因数得到提高，并且可以抑制谐波，净化电网。抑制谐波电流可以采取的有效措施之一便是串联电抗器，选择电抗器时应根据实际的谐波电流大小来选择。当前国内电抗器的电抗率主要有以下几种：＜1%，5%，6%和12%。
补偿系统内频率与阻抗的关系示意图如下：
（二）合理选取变压器
配电变压器通常有两种连接组别，分别DYN11和YYN0.选煤厂选取配电变压器时，尽量选择接线组别为DYN11的配电变压器。因为3次谐波可以在Ｄ接线的回路内进行流通，所以电压中不存在3次谐波分量，从而可以抑制高次谐波电流的存在，使得中性线内的谐波电流大幅度减小。与此同时，选煤厂在选择变压器的额定容量时，要考虑到谐波畸变造成的影响，要留有余量，以此防范因变压器发热造成危害[1]。
（三）合理选取电力电缆
选煤厂在选择电缆截面时，要考虑到谐波会引起电缆产生发热的状况，尤其当供电接收方是大量的非线性负载时。因此，选煤厂在确定电缆流量时要留有余量，选择更大一级的电缆截面，防止谐波导致电缆发热，造成危害。另外，在某些系统内，谐波可能会造成集肤效应从而对中性线造成发热危害，选煤厂选取的中性线截面也要留有余量[2]。
结论：
简而言之，近年来，随着选煤厂内的非线性设备大量增加，谐波造成的危害也越来越受到关注。电气技术人员应当充分重视谐波造成的危害，并在设计选煤厂是尽量抑制和防范谐波造成的影响，从而避免谐波带来的危害和损失。基于此，文章主要以谐波产生的原因以及危害方面为切入点，重点对谐波的抑制以及防范措施进行了详细的分析，希望能够有效控制谐波的同时，也能为相关人士提供重要的参考价值[3]。
参考文献：
[1]孙鹏．供电系统中谐波治理设备的应用浅述[J].中国新技术新产品，2017(08):38-39.
[2]魏学良，程婷．谐波治理设备在供电系统中的应用[j].国外电子测量技术，2016(03):73-74.
[3]何瑞花．电力系统谐波的危害与治理[J].科技视界，2017(05):322-333.
论文作者:刘世宝
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/19
标签：谐波论文; 变压器论文; 系统论文; 电流论文; 选煤厂论文; 设备论文; 电抗论文; 《电力设备》2018年第18期论文;