邓兆威
（广东立胜综合能源服务有限公司）
摘要：在进行现代化配网工程的建设工作中，由于增加了可控和不可控整流元件的数量，因而造成了电网中的非线性负荷急剧增加，进而导致了电网中注入了数量较多的高次谐波，这将对低配电网中的电力设备造成极为不利的影响。本文先对高次谐波的危害以及谐波源进行分析，经进一步研究高次谐波的控制方法。
关键词：配电网；高次谐波；电力设备；影响；
1引言
随着国内城市化进程的不断加快，城镇居民对于电能资源的需求量急剧增加。但是，由于高次谐波问题的存在，导致了电网工程中的电流与电压波形存在着严重的畸变问题，这不仅会对配电网中的相关设备运行状况造成不利影响，同时也威胁到整个电网系统的安全运行状况.因而，要消除谐波污染，确保配电网的平稳运行。
2高次谐波对电力设备的不良影响
总体而言，高次谐波的存在绝大多数不会来自上一级的电力系统，其主要来源于同一电压等级中的相关设备，比如可控用电设备以及整流设备等等。调查数据显示，因为高次谐波的原因所导致的电气设备损坏问题中，电容器大约占到了40％，变压器占到了10%左右，下面就对高次谐波的危害进行详细探讨。
2.1对变压器的影响
变压器不仅是谐波源，同时它又能进行谐波的传递。由于受到谐波的影响，变压器将会出现局部放电强度增大、介质损耗增长的问题。这样一来，就使得变压器的工作噪声增大，同时还会出现绕组发热的问题，进而减少了变压器的使用寿命与运行效率。
2.2对电容器的影响
如果电容器组回路阻抗呈现出容性状态时，那么并联电容器将会起到放大电流的作用，进而使得谐波电流增大到原来的2到5倍。尤其在满足谐振的条件下，将出现相应的电流谐振问题，这一状态下高次谐波电流可能被放大30倍左右，从而引发电容器损坏或过热等一系列的问题。
2.3对电动机的影响
在电动机的内部环境中，零序谐波将会促使不变动磁场的产生。但是由于谐波频率相对较高，因而磁性损耗将会显著增高，进而使得谐波能量将会以热能的形式散发。由于逆序谐波将会促使反方向旋转磁场的产生，那么将导致电动机的力矩降低，随之损耗问题将会更加严重。此外，基波会产生正向旋转磁场，使得力矩增加，这将导致电动机的寿命降低。
2.4对电缆的影响
对于电缆而言，其所分布电容有着放大谐波电流的作用，因而电网在低谷负荷状态下，随着电网电压的不断增大，谐波电压也将随之增大，并引发相应的电缆故障。另外，如果电缆有着较高的额定电压，那么谐波产生的危害也将更大。
2.5对电能计量装置的影响
当感应式电能装置有基波功率以及谐波功率通过时，电能表的转速可以用下述公式来表达：Wn=K1P1+KnPn。上式中的系数K1所表征的是偏离理想值1的程度，这主要是因为非线性铁磁元件所导致。如果谐波电压以及电流数值与基波量的20％相一致时，那么K1的偏离将难以进行测量。在进行Kn测量工作时，K3=0.65次，K5=0.47次，但是K7=0.28n次，由此可以看出随着n的不断增大，Kn值将变得愈小。同时，由于谐波功率对圆盘转矩方向有着一定的影响，该方向和谐波功率潮流的方向相同，进而也将导致计量误差的存在。另外，高次谐波对于计量装置的影响还体现在仪用互感器以及继电保护等方面。
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3谐波产生的原因
一般来说，造成谐波的原因主要包含以下三个不同的原因：其一，在交流发电机的内部，由于定子与转子间分布着较为强烈的磁感应现象，再加之齿、槽风等因素的影响，导致了磁感应强度不可能绝对均匀的分布，这就造成了各相电势波形呈现出非正弦波形。虽然波形呈现对称性，但是在三相电势中存在着奇次谐波；其二，即便在电源电势呈现正弦波的前提下，但由于配电网中含有较多数量的用电设备，因而将会出现谐波电流。当有谐波电流流经配电网线路，也将产生谐波；其三，在同一线路中，作用着不同数量的正弦电势，一旦它们在频率上存在着较大的差异，同样可能产生谐波电流。
4配电网中的谐波源
4.1恒压、恒流谐波源
根据谐波源性质的不同，可以将其细分为两种不同的类型：恒压与恒流谐波源。其中，前者的显著特点是与外接阻抗之间没有关联，比如发电机所引发的谐波电势只与自身的工作状态、内部结构有关；后者表现为谐波含量和电力系统的参数之间没有关联关系。恒流谐波源取决于工作状态和自身的参数。相比较而言，配电网中的恒压谐波源将产生相对较小的谐波量，而恒流谐波源将产生大量的谐波。
4.2稳态、动态、暂态谐波源
根据谐波产生规律的不同，可以将谐波源细分为三种不同的类型：稳态、动态、暂态谐波源。首先，对于稳态谐波源而言，如果配电网中的感性、容性负荷保持不变，那么谐波的幅值也将保持不变。比如配电网中的发电机以及变压器等设备，都属于此类谐波源；其次，对于动态谐波源来说，它将随着负荷的不断变化而出现剧烈的变化，比如容量较大的冲击负荷就属于此类谐波源，同时一些换流设备与大型的电弧炉也属于动态谐波源。另外，暂态谐波源主要是指过渡状态下所产生的具有暂态性质的谐波电流。
5高次谐波的控制方法
5.1将交流滤波器安装在谐波源位置处
通过将交流滤波器安装在谐波位置处，能够起到吸收谐波电流分量的作用。现阶段，该方法在限制滤波的过程中有着广泛的应用。其一，对于无源滤波器来说，主要是由L、C、R等元件所构成的单通滤波器以及高通滤波器。前者被用于11次以内的谐波分量，后者主要用于控制超过13次的滤波分量。如果某一高次的谐波电流频率与LC回路的频率相一致，那么就能够对谐波的注入起到相应的阻止作用。由于无源滤波有着效率高、运行成本低以及结构简单、维修便利等诸多优势，因而其在现阶段有着相对广泛的应用。其二，对于有源滤波器来说，它控制谐波的方法主要借助于可控半导体元件来实现。这里所用的半导体元件，能够向电网中注入幅值相等、相反相位的电流，因而可以对谐波电流起到平衡作用。相比于前者，有源滤波器有着可控性能高、相应速度快等优势，并且能够对电压闪变进行抑制，同时能够起到武功补偿作用。此外，有源滤波器还有强大的自适应能力，并且能够对谐波分量进行自动跟踪。
5.2提高整流器的脉动数
随着整流器脉动数的不断增加，它所产生的谐波电流次数也将增大，这一过程中，谐波电流的数值和次数之间呈现出反比的关系。因而，当脉动数不断增加时，谐波电流将不断的降低。因而，可以应用该方法进行高次谐波的控制。
5.3提高谐波管理质量
一方面，可以通过合理设置谐波检监测点的方式，对配电网中的谐波变化进行实时的监控，进而及时了解谐波变化状况。一般来说，对于220kV的发电厂或者是枢纽变电站，可以将监测点设置在母线上或者是用户变电所的母线上，这样一来能够显著提高监测工作的质量和效率。另一方面，要加强对用户新建以及增容谐波源的检测工作，并通过及时建立相应的用户档案的方式加强管理。同时，对那些超出谐波标准的用户，要对其及时的进行限制，以防对电网系统造成严重的污染。加强谐波管理是防止电网污染的一项重要举措，工作人员要根据时间状况选用合理的管理措施，进而提高高次谐波的管理效果。
6结束语
随着我国电网工程建设工作的不断开展，高次谐波的污染问题逐渐受到了业内人士的广泛关注。谐波问题的存在会改变电网系统中的电压、电流幅值，进而导致电网系统中的各种电力设备遭到损毁，影响到电力系统的安全、平稳运行。因而，电力企业要对谐波限制问题引起重视，通过采取合理可行的措施来降低谐波问题对电网造成的不利影响。
参考文献：
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[3]翁利民.配电网的谐波问题[J].电气时代，2002（5）：45-46.
论文作者:邓兆威
论文发表刊物:《河南电力》2018年19期
论文发表时间:2019/4/12
标签：谐波论文; 电流论文; 电网论文; 将会论文; 滤波器论文; 电势论文; 电压论文; 《河南电力》2018年19期论文;