摘要：谐波严重危害电气系统的安全性与稳定性，还会增加额外的电能损耗，缩短设备电气寿命，对低压配电系统的电能质量造成严重污染，影响功率因数，就会导致配电系统的电压以及电流产生波形畸变，导致配电质量变差，因此为了保证电力质量，必须采取有效的措施做好低压配电系统谐波的抑制。本文分析了低压配电系统谐波的危害，并阐述了抑制谐波的重要性以及抑制谐波的有效措施。
关键词：低压；配电系统；谐波；抑制
随着我国经济的快速发展， 低压配电系统也出现了飞跃发展，但是越来越多的非线性用电设备的使用在低压用户端，导致低压配电系统产生了大量的谐波污染， 带来了很多的危害，因而必须加强谐波的抑制，提高设备的利用率，并且在降低运行成本的同时，保证其运行的可靠性。
一、谐波概述
在供电系统提供的电能质量比较理想的情况下，通过负荷的交流电波形应该是标准的正弦波。但是， 由于大量的非线性负荷设备应用于电力系统中，实际的交流电波形往往会发生畸变，成为不规则波形。测得的交流电波形就是一种非正弦的周期波。利用电流的叠加原理，对一个非正弦的畸变电流波形作傅立叶变换，可分解为无穷多个正弦量相叠加的形式。其中频率与工频相同的分量称为基波，还会得到一系列频率大于电力系统基波频率的正弦分量，这些频率较高分量称为谐波。谐波的频率为基波频率的整数倍数，所以，谐波也常被称为高次谐波。
二、谐波的危害
谐波对于配电系统以及配电系统所供电的用电设备都是十分有害的，谐波对配电系统的污染和影响，在很多方面与污水对水源的影响很相似，是对环境的一种污染。谐波对配电系统产生影响，有些是表面的、直观的、短暂的，但更多的影响是潜在的、间接的、累积的。后者所产生的影响，是一种不易察觉的危害，往往成为配电系统安全运行的重大隐患。谐波污染及其影响和危害，主要表现在以下几个方面：1）电源波形畸变，导致电能质量降低。2）谐波造成的损失：由于谐波是以发热的形式被用电设备消耗掉，所以，谐波会造成配电系统的功率因数降低，增加无功电能的损耗。谐波发热和产生的力矩造成用电设备的寿命缩短、旋转设备中的机械迅速疲劳而损坏，增加设备维护和修理的人力、物力投入。增加用电单位的电费支出。3）谐波的危害：建筑用电中，如前所述，存在大量的开关电源类单相负荷，如个人电脑、照明灯具、办公自动化设备以及仪器仪表等设备， 这些负荷所产生谐波的特性表现为典型的三次谐波，并汇聚到零线上，因而造成零线过负荷而发热严重，甚至烧断，使得接入配电系统中的单相用电设备瞬间过电压而烧毁，并使得设备外壳带电，产生安全隐患。谐波经电源引入电子设备，造成精密电子设备失效，如信号漂移或采样错误、芯片电压升高烧毁。谐波产生的无线电干扰，还会影响到通讯的正常运行。4）配电系统存在谐波污染的主要表现：变压器异常，主要表现在：运行温度高、噪声大、有振动；电容器发热严重，需要频繁更换；保护电容器的熔断器烧断；零排发热、烧断；运行设备的估算电流远小于从工频电流表上读出的电流值。
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三、谐波的抑制方法
对于一个配电系统，通常采用的谐波治理方法是设置交流滤波器， 同时滤波器还能向系统提供所需的部分或全部无功补偿。交流滤波器又分为有源滤波器和无源滤波器两种。
1、无源滤波器的优点。无源滤波器的生产成本较低，吸收高次谐波，而所有滤波支路对基波呈现容性，正好满足无功补偿要求，不必另装并联电容器补偿装置，这种方法经济、简便，国内外广泛采用。
2、有源滤波器APF。1）有源电力滤波器的基本原理。有源滤波器是电力电子自动控制技术和高速计算机等最新技术的综合。通过逆变器产生一个与系统中各次谐波大小相等，相位相反的谐波电流注入电网中，以达消谐目的。有源滤波器用于谐波电流较大，谐波源的谐波频普较宽，谐波源的自然功率因数较高时谐波治理较为合适。2） 有源电力滤波器的优点。有源电力滤波器能做到适时补偿， 且不增加电网的容性元件，滤波效果好，在其额定的无功功率范围内，滤波效果是100%的。
3、有源滤波器与无源滤波器比较。有源滤波器与无源滤波器相比， 有源滤波器具有高度可控性和快速响应性， 不仅能补偿各次谐波， 还可抑制电压闪变，补偿无功电流，性价比较为合理。
4、电抗器电容器组滤波。谐振频率随电容器组的投入和切出而改变，一旦出现与谐振频率一致，就不可避免地产生谐振。电容器在配电系统中，若系统存在谐波电流可能导致振荡并引起电压的畸变，有时谐波分量会被加倍而过载。在电容器回路上串联抑制谐波电抗器，增加对高次谐波的阻抗，可避免谐振并可保护电容器。1）滤波电抗器的电抗率选择。抑制谐波骚扰和避免串联谐振的主要措施是， 串联一个电抗器，而滤波电抗器的电抗率参数又直接关系着滤波效果。2）滤波电抗器的选择原则。调谐滤波器，以5 次谐波为例，250～225Hz（不得大于10%）；非调谐滤波器，以5 次谐波为例，＜225Hz（不得小于10%）；串联电抗器的调谐频率应小于最低主谐波频率，越接近滤除主谐波频率效果越好；针对5 次谐波电抗率接近4％又大于4％是不易的；调谐与非调谐滤波器两者都有滤波功能，也都有无功补偿能力。只是调谐滤波器的滤波能力和无功补偿能力要强一些。
在低压配电系统中， 谐波的存在不仅影响供配电系统的电能质量，也关系到电能的有效利用———节能。 但是可以采取有效的抑制措施，合理地选择谐波滤波方案和有关技术参数，从而获得良好的效果。目前谐波抑制技术已得到普遍关注，并且谐波抑制设计也已成为建筑工程低压配电系统设计中不可缺少的重要组成部分。
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论文作者:魏昭杰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/19
标签：谐波论文; 滤波器论文; 系统论文; 电容器论文; 抑制论文; 无源论文; 电流论文; 《电力设备》2017年第13期论文;