李华志
山东省德州市夏津县夏津县热电有限公司 山东 德州 253200
摘要：谐波是在非线性阻抗特性的电力设备供电过程中产生的，它能够破坏电力质量，影响电气设备的的正常运转，特别是对变压器、电容器和电机造成重要影响。对谐波的产生及其对电气设备的影响进行分析，并且探讨相应的应对方法。
关键词：电力系统；谐波；电气设备；影响
引言
谐波主要是指频率为基波频率整数倍的正弦波分量，或者说电力系统的波形发生了不同程度的畸变，这种变异的波形就是谐波。电气设备本身具有非线性阻抗特性，这种特性使得电流与加载电压不成线性关系，电流波形在受到高次谐波反馈作用下发生畸变，使得电力质量受到影响，同时危害到了电气设备的运行，这种特性的存在是谐波产生的根本原因。
1 谐波对电气设备的影响与危害
谐波对电力系统的危害是一种谐波污染,对各种电气设备都有不同程度的影响和危害,主要表现为:引起过负荷和发热,增加介质应力和过电压,干扰和危害保护控制设备的性能和正常工作。
1.1对同步发电机的影响
流入电机定子绕组的谐波电流所产生的旋转磁场在转子绕组、转子极靴、槽楔等部位感应出谐波电流,集肤效应使这些部位易受到损害。定子绕组中的谐波电流同样也有集肤效应,使定子绕组出现很大的谐波涡流和漏磁,从而严重发热。此外当发电机中谐波电流的频率接近定子零部件的故有振荡频率时,可能引发发电机的剧烈振动。
1.2对感应电动机的影响
由于转子都是用硅钢片叠装成的,并有鼠笼绕组来承载感应电流,故承受谐波能力较强,只有定子绕组绝缘易受谐波影响。在额定负荷下,当存在较大谐波电流时,电动机磁饱和使电机的漏抗、励磁阻抗和负序阻抗下降。此外,励磁电流的铜损和负序电流损耗也将上升。这使得谐波所引起的感应电动机附加损耗和发热增加,要比单纯由谐波本身引起的损耗和发热更大。
1.3对变压器的影响
正常情况下,很小的励磁电流谐波分量和历时很短的合闸励磁涌流中的谐波电流不会对变压器本身构成危害,但在谐振条件下则会对变压器造成损害。当直流电流、低频电流或地磁感应电流流入变压器绕组时,变压器发生严重磁饱和,使励磁电流及其中的谐波电流大增,危害设备本身和电网的安全运行。谐波电流除引起变压器绕组附加损耗外,还会引起变压器外壳、外层硅钢片和某些紧固件发热,并有可能引起局部的严重过热。谐波还能使变压器噪声增大。
1.4电气设备在谐波作用下不正常升温，附加损耗过大
虽然谐波电流量与基波电流相比具有较大的差距，但是谐波的存在会使得设备集肤效应加剧，有效电阻在感知集肤效应的过程中，电阻值也会增长。对于一些特殊设备，还会产生较大的涡流损耗和磁滞损耗，比如带有铁心的电气设备。波形畸变到一定程度形成较大幅度的尖顶波时会使得局部放电强度加剧，在这种高消耗的情况下，很容易降低电气设备的使用寿命。
1.5继电保护装置拒动、误动
继电保护装置是保证电网安全运行的重要设备，其工作时的电压电流是以正弦工频的特性设计的，而其安装位置又非常接近谐波源，使继电器的动作特性，极易受到谐波干扰而影响其灵敏性，造成拒动或误动，引发中断生产及安全事故。其影响大小与继电器类型及工作原理相关。
当供电线路出现接地短路时，短路电流中较大的谐波分量，使整流型继电器因取样值偏小发生拒动现象。而整流型距离保护装置的振荡闭锁发生误动作，是因系统电流中的三相不对称谐波，使负序滤波器产生较大的谐波输出，造成整流后的直流脉动很大，使继电保护装置发生误动。当采用电磁型电流继电器进行短路保护时，流入继电器的谐波电流使电磁转矩增加而发生误动作。谐波电压对电磁型电压继电器的总阻抗影响较大，谐波电压使过压继电器误动，欠压继电器拒动。
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1.6 谐波对通讯系统的影响
通讯线路与供电线路平行或间距较小时，使电网中的谐波在电磁感应的作用下，耦合到通讯线路内造成干扰，使信息失真甚至丢失，严重时将威胁通讯设备的正常工作及人身安全。
2 谐波的治理方法
2.1 在谐波源处吸收谐波电流。
（1）无源滤波器
无源滤波器是采用R、L、C元件构成的谐振电路，安装在电气设备的交流侧，利用LC串并联谐振的特点，对某次谐波形成低阻抗通路，达到抑制谐波的作用，其滤波效果受系统参数影响大，并有放大某一次数谐波的缺点。
（2）有源滤波器。
采用电子振荡电路，向电网注入与谐波大小相等相位相反的电流，使电网中的总谐波电流为零。这种补偿方法易控制响应快，能实现对多次谐波的补偿抑制，不受系统参数影响，能自动跟踪谐波变化，具有极强的自适应功能。
（3）加装静止无功补偿装置
谐波源产生的谐波会使供电系统的电压出现不平衡现象，影响供电的质量。采用静止无功补偿装置，能有效稳定供电电压。静止型动态无功补偿装置与无源滤波器并联，既能满足无功补偿、改善功率因数，又能消除高次谐波的影响。
2.2降低非线性设备的谐波含量
（1）增加整流装置的输出脉冲
谐波电流近似与谐波次数成反比，虽然增加整流器脉冲数也会使产生的谐波次数增加，却能使谐波源产生的谐波电流相应减小。
（2）脉冲宽度调制技术
在直流调速设备中采用PWM脉冲宽度调制技术，能使变流器产生小幅值、高频率谐波，在控制基波幅值的同时实现对低次谐波的抑制。
2.3电气设备加强供电模块的设计
在电气设备端，则需要加强供电模块的设计，通过在供电模块之中加装无源滤波器，从而形成一个阻抗很低的谐振点，使其过滤掉谐波。无源谐波滤波器由滤波电容器、电抗器和电阻器组合而成，即所谓LC滤波器。它与谐波源并联，除了起滤波作用外，还兼顾无功补偿的需要。当谐波电流由外网窜入而影响内网负荷设备的正常运行时，在电源与负荷设备之间接入串联滤波器就可以阻挡谐波保证负荷设备的正常运行。这种方式是比较容易实现的，而且也能够确保电气设备在不同的工作环境之下，始终能够具备较强的谐波过滤能力，确保供电质量，使得电气设备在任何条件之下都能够稳定的进行工作。这种滤波器因其结构简单、投资少、运行可靠性较高以及运行费用较低，应用较为广泛。在高压6KV一35KV的供电电网中，无源滤波器的使用有很好的滤波效果。但也存在一些问题，如当系统结构或参数发生变化或滤波器本身参数变化时，滤波器可能产生谐波放大，而且这种滤波器对电压波动、负序等不能综合治理。
2.4接入有源谐波滤除装置
有源谐波滤除装置是基于无源谐波滤除装置发展起采韵，它是一种用于动态抑制谐波、补偿无功功率的装置它对幅值、频率都变化的谐波及变化的无功功率进行补偿。、它的原理是构建一个和系统的谐波同频率、同幅度但是相反相位的谐波电流，与系统中的谐波电流正好相互抵消，从而使电网电流只含基波分量消除谐波。有源谐波滤除装置能够对频率和幅值都变化的谐波做到适时补偿，不受电网阻抗的影响，滤波效果也能够得到保障。只是有源谐波滤除装置的成本相对较高，而且便携性较差，一般只适用于在计算机控制系统或者写字楼的供电系统之中应用。
结束语
在电网中实际运行的发电机和变压器等电力设备,如果参数选择和结构设计合理,其输出的谐波分量是很少的,在电力系统中存在并实际发生作用的谐波源主要是谐波电流源。故控制电力系统谐波的主要任务是控制谐波源注入电网的谐波电流,从而将电力系统的谐波电压控制在允许的范围内。
参考文献
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[3]俞文.电力系统谐波对电力计量的影响[J].企业技术开发.2014(24).
论文作者:李华志
论文发表刊物:《防护工程》2018年第11期
论文发表时间:2018/10/11
标签：谐波论文; 电流论文; 滤波器论文; 无源论文; 电气设备论文; 绕组论文; 电网论文; 《防护工程》2018年第11期论文;