（广东电网公司珠海供电局 珠海 519000）
摘要：文章阐述了谐波对电力系统的污染，简单介绍了谐波的定义及谐波原理，依据谐波定义阐述了谐波产生原因，以及如何治理谐波。结合某变电站110kVⅡ段母线电压异常波动，经对站内设备及负荷进行全面检查，怀疑某水库开启抽水机，从110kV六竹线注入谐波造成电压波动。接着对该用户进行数据采集，将采集的数据分析与比对，发现该用户向电网注入谐波。用户进行治理之后，再次进行复测，按国家标准GBT 14549-1993 电能质量 公用电网谐波规定，电压波形很好，各次谐波很小，均没有超标。即避免电网事故的发生，又降低用户的成本。
关键词：谐波;谐波原理,;无源滤波器;有源滤波器
1.引言
谐波对电力系统的污染日益严重,谐波源的注入使电网谐波电流、谐波电压增加,其危害波及全网,对各种电气设备都有不同程度的影响和危害。谐波研究的意义，在于谐波危害十分严重，主要表现在：影响变压器工作；影响继电保护及自动装置；增加电容器的损耗；增加输电线路功耗；增加旋转电机的损耗；影响通讯系统工作；影响换流装置正常工作；引起电力计量误差；影响其它设备运行等。
正因为谐波危害如此之大，加之谐波源的特性非常复杂，因为谐波的产生不仅仅取决于产生谐波的负荷本身，还与电网的短路容量、电网的组成形势以及电网中的其他负荷的性质有关。因此，谐波分析及治理就尤为重要。
2. 谐波产生原因及危害
电网中有一些特殊的用电设备，比如：大功率整流器、中频炉、变频器、劣质节能灯，等等，这类设备的工作电流与电压不成正比，我们叫它们为非线性的负载。
发电机发出的电能，本来是比较规整的50Hz的频率，但是如果遇到非线性设备在电网中，这些设备工作时，就会产生谐波。比如单相整流器，就把50Hz的基波，“整”成具有100Hz、150Hz、200Hz等成分的信号，就出现了谐波。这种会产生谐波的设备，我们常常叫它“谐波源”。
谐波的次数：谐波的频率与50Hz的比值，就是谐波的次数，比如：150Hz的，叫3次谐波，350Hz的，叫7次谐波，等等。电网中，奇次谐波较常见，最多的是3、5、7、9次。偶次谐波很少见。由于谐波次数越高（频率越高），谐波的衰减就越快，所以21次以上的谐波，在电网中很少，因此谐波的监测与治理，都不超过21次。
谐波是电力系统中的一种能量污染，会导致电机发热产生故障、电力保护误动作、电脑通讯设备受干扰等等，其危害是很大的。
3. 案例分析
某天，运行人员巡检，发现该变电站110kVⅡ段母线电压异常波动，调度通知检修人员到站检查，经对站内设备及负荷进行全面检查，怀疑某水库开启抽水机，从110kV六竹线注入谐波造成电压波动。
针对这种情况，测试人员对该站110kVⅡ段母线系统进行测量，其测试结果和分析如下：
3.1 110kV六竹线电流测量结果
为了找出变电站110kVⅡ段母线电压异常波动的原因，对110kV六竹线三相电流进行测试，其测试结果的电流频谱图如下：
测量时间段：2012年02月24日14:08:38 ---2013年02月25日14:59:47，当时六竹线投入4台抽水机。
3.1.1 电流频谱图
采用FLUKE1760仪器对110kV六竹线三相电流进行测试，得出110kV六竹线三相电流频谱图。其中，横坐标：谐波/次；纵坐标：电流有效值相对于基波的百分数。
从图2可看出，110kV横六线A相、110kV横六线B相、110kV横六线C相三相电流有效值（相对于基波）较大的主要是3、5、7、11次。通过比对测试分析，测得110kV横六线A相、110kV横六线B相、110kV横六线C相三相没有谐波，由此证明，FLUKE1760仪器测试结果准确。
3.3 110kVⅡ段母线电压谐波分析
采用FLUKE1760仪器对110kVⅡ段母线AB线电压进行测试，得出110kVⅡ段母线AB线电压频谱图。其中，横坐标：谐波/次；纵坐标：电流有效值相对于基波的百分数。
按国家标准GBT 14549-1993 电能质量 公用电网谐波，奇次谐波畸变率不得大于1.6%，偶次谐波畸变率不得大于0.8%。
从图3可看出，110kVⅡ段母线AB线电压、BC线电压、CA线35、37次谐波单次畸变率（相对于基波）均高于2.0%，最高是BC线电压37次谐波达到3.2%。均高于国标。
因此，110kV六竹线（竹银水库用户）的产生的电流谐波注入电网造成110kVII段母线电压谐波超标。建议用户侧安装有源滤波器以抵消线路产生的电流谐波。
4.采取的治理措施及效果
4.1 治理措施
4台抽水机设定满载的运行工况：某供电所用检人员对现场负荷测试情况实施监控和接受配电试验研究所人员下令实施测试方案的步骤，泵站现场投运四台2240KW抽水泵总共8960KW进行测试，分别投入#1、#2、#3、#5机组测试，每台抽水泵投运测试时间间隔约30分钟，在每台机组满负荷并且稳定的情况下实施测试，2012年3月22日12时18分结束谐波测试工作。
现场记录和测试结果表明，用户“满载”运行时并未达到机组额定功率和频率，在这种工况下，变电站谐波电压总畸变未超标。厂家对此回复称：所记录的是重新设定的满载工况（系统运行的流量已达到并超过设计要求的流量），用户可以在设定满载及以下工况运行。设计院只针对整个系统运行的额定流量进行设计，没有针对单台水泵的频率及转速设计和规定，现在系统的运行状态完全满足设计流量（80万立方/天）的要求。
测试结果表明，六竹线在设定满载工况（45.1～48.7HZ）运行时产生的电流谐波对六乡站110kVⅡ段母线电压谐波的影响都在国标限值之内，可以允许用户设备在设定满载（45.1～48.7HZ）及以下工况运行。
4.2 综合效益
1) 高次谐波得到明显抑制。投运前，谐波电压、谐波电流均超过国家标准要求。投运后，谐波电压、谐波电流得到有效抑制，均低于国家标准。
2) 功率因数明显提高。
投运前，功率因数为0.89，该水库考核平均每月电费罚款7万元左右。投运后，功率因数提高到0.95，考核每月电费奖励0.3万元。
3) 投资经济效益明显。
装置投运后，降低了用户的电能损耗、节省了基本电费支出、该水库考核电费由罚款变为奖励，以上几项合计每年可减少电费支出达20万元。滤波补偿装置总投资为100万元，只要运行5年即可全部回收投资。
5.结论
随着电力系统的不断发展，电力系统的谐波问题也就越来越受到关注。电力系统的非线性负荷产生的无功冲击及谐波公害，会严重威胁到电力系统的安全运行和优质供电。谐波污染已成为阻碍电力技术发展的重大障碍之一。因此必须加强防护治理措施,。通过改造谐波源。装设谐波补偿装置来抑制谐波。相信随着谐波污染综合治理工作的逐步深入。电力系统将更加迅速发展。
参考文献：
[1] 程浩忠,吕干云,周荔丹.电能质量监测与分析.科学出版社.2012
[2] 粟时平，刘桂英.现代电能质量检测技术.中国电力出版社.2008
[3] 刘军成.电能质量分析方法. 中国电力出版社.2011
[4] 汤任鹏，徐建军．高次谐波产生的原因、危害及其抑制措施．电气传动自动化，2000.
作者简介：
牛 聪 （1982-），女，陕西富平人，汉族，珠海供电局试验研究所，大学本科，工程师，专业：工业自动化、计算机科学与技术
论文作者:牛聪
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/17
标签：谐波论文; 电压论文; 电网论文; 母线论文; 电流论文; 测试论文; 基波论文; 《电力设备》2017年第8期论文;