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摘要：本文对变电站系统中谐波电流的产生及其危害性进行了阐述，分析了治理谐波方面的科学方法，希望可以对相关工作岗位的同行有所帮助。
关键词：变电站；谐波治理；保护
前言
在我国社会经济的不断发展下，电力负荷类型不断增加。用电单位为了提升生产效益，节省企业能源，对可控整流装置使用越来越多。虽然利用可控整流装置可达到一定的节能效果，但对电网造成的冲击也是非常大的，会影响电气设备的的使用寿命，加大电能的损耗量，导致系统谐振出现，甚至还会导致自动装置和继电保护装置产生误动，产生干扰信号，对电网环境造成污染，同时影响电气设备运行的经济性和安全性。
1谐波的产生、危害及其管制标准
1.1谐波的产生级主导因素
（1）谐波的产生
所有人公认的谐波的定义是：“频率是基波频率整数倍的一个周期电气量的正弦波分量”。各种谐波源里都含有电气系统的谐波以及变压器，非线性的用电设备和带铁芯的电抗器等。
（2）出现谐波现象的主导因素
目前，通过观察发现，现存的电网电流或者电压波形都不是真正意义上的正弦波形， 出现这种现象的主要原因是非线性设备受到一定干扰所导致。按照傅立叶级数分解原理可以将非正弦周期波形理解为多个谐波的整合。谐波分解原理图如图1 所示。电网的谐波源一般有两类：a.谐波电压源，像变电设备等属于此类；b.谐波电流源比如变流装置、电抗器等为此种类型。然而，用户所使用的一些电网中所出现的谐波现象主要是因为非线性超负荷用电所导致，此种谐波即为谐波电流源。此类谐波都有其独有的特征，比如变频设备中常用的水泵、风机等主要采用了相位控制进行运作，而电弧炉等在加热燃料时所产生的谐波电流可达到谐波的一半。当电力系统中出现一定的非线性负载时，就会产生其他频率的正弦电压或者电流，即就是电力谐波。
图1 非标准周期波形的标准分析示意图
1.2谐波的危害和影响
（1）谐波的危害
谐波电流有很多方面都有对变电站系统造成不可避免的危害。例如：如果谐波电流突然增高，那么就会产生特别明显的集肤效应，这将会引起输电电缆和配电线路的传输导线的电阻增大，从而导致传输导线温度升高而引起导线绝缘面寿命减短，而发生接地短路，从而将会埋下一个随时可能发生的火灾。所以，为了我国公民用电的安全和预防灾害的发生，我们必须对这个隐患进行解决。
（2）谐波的影响
同时谐波电流还会对负载关联电容器有所影响，其体现在：
a.谐波电流会将变电站电网的公共电网所连接的用电设备
增添更多的电流损耗，这会大大的降低变电站电力传输以及所连接用电设备的效率，而且会增加在运输途中导线对电流的损耗。并在相关机制系统中，引发仪器过热，部分严重情况将会导致发生火灾。
b.如果谐波电流增加那么在变电站输电电路的导线选择上将会产生严重的问题，如果导线与中性线的相对横截面的吻合度按照传输谐波的多少来计算的话，那么突然增加的谐波将会导致用电器的灵敏度降低，从而将会影响到用电器的寿命大大缩短，这将是所有用电用户都不愿意看到的一面。
c.其次谐波还会导致变电站传输电流所用导线由于电流的突然性增大而使导线温度升高，造成不必要的电流损耗在导线上，并且还会使导线表面以及用电设备过热及绝缘老化，轻则导线和用电设备寿命降低，重则导致火灾发生。
d.在通讯系统设备中，谐波还有很大的危害，谐波会产生时而严重时而轻微的噪音影响，严重危害通讯通话质量，使用户体验实用度大大降低。
e.如果谐波使电网和补偿电容器之间产生了谐振，那么就会讲其中的电流放大数十倍，电流过分的强大，就会导致烧毁所练电路的所有导线及设备，严重时还会引起电容器爆炸，引发严重的安全事故。
f.所带负载产生谐波，便会影响该电路谐波所能传输到的所有工作区的所有设备的正常工作运行，从而引起的超标谐波会使其加速器运行紊乱。
综合上述现象引发的用电设备和导线过热导致火灾、用电设备的寿命严重缩短、影响通讯质量、电容器的爆炸等等这些都将严重影响到我们生活的质量和安全。因此将变电站中的谐波消灭变得尤为重要，需要得到我们的高度重视，消除谐波对于国家电网的长时间正常工作服务与民，具有重要的意义。
1.3谐波管制标准
由于谐波对世界人民造成了严重的危害，世界上基本所有的国家都着手制定计划来管制谐波，让谐波基本不复存在。在我国高级科学技术人才的努力下，制定了我国谐波治理标准为GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》。其中，谐波电流允许值如表1所示。
表1 谐波电流允许值
2谐波治理技术研究
想要管制谐波，那么就必须得花费一些必要的费用，从而必须得用用户是否能够接受管制谐波所需要的费用。所以，我们设计装置必须得从成本较为低廉的基础上做起，让几乎所有的公民都可以远离谐波的干扰。技术研究表明，如果可以将形成的无源谐波滤除，从而形成一个LC串联回路，并且将此回路和该系统并联。实验发现，谐波频率为4、6、12时，谐振也会随着它到这个点上。由此实验可以证明，谐振频率与滤除的谐波频率在该串联回路结构一致。随着研究的不断跟进，发现电抗器与电容器串联起来即可形成无源谐波滤除装置，且所需费用非常低廉，但是滤除谐波的效果不符合理想效果，但仍在国家管制谐波的范围之内，使谐波不会影响正常的生活。
3治理方法
在科学技术人员的研究之下，发现了很多种减小谐波影响的技术方法，但是所有减小谐波影响的技术方法都必须满足所需成本较为低廉，而且还能将谐波减小到国家管制谐波的最小程度，最大的争取以低成本，换来高效率的谐波治理效果。在长期的对加速器设备的谐波检测后发现，加速设备的谐波主要集中发生在第三次和第五次谐波，三次谐波电流含量在一般负载的情况之下就可以达到73%。五次谐波电流含量可达55%，由于必须符合制造成本较为低廉，可采用电抗器与电容器串联起来形成无源谐波滤除器来抑制谐波，而且可以同时兼顾动态无功补偿作用。在不同的作业环境中，加速器工作的需求也有所不同，如在有无功补偿装置的作业环境中工作时，要在补偿电容器俩端的一侧加装12%～13%的串联电抗器。而没有无功补偿装置，在安装补偿器的同时要兼顾动态无功补偿作用。串联电抗器可分为三类：限流电抗器、失谐或消谐电抗器、调谐或滤波电抗器，同时在选用滤波电抗器时，所选电容器也行采用滤波电容器。加速器正常工作时需要相电压为220V标称电压的供电电源，所以与加速器串联的无源谐波滤除装置中的电抗器应能在工频加谐波电流不大于1.35倍额定电流下长期正常运行，且可用于低压系统电路中，还需符合国家标准噪声控制在45dB以内。
无源滤波主要表现方式有五种。其中双调谐滤波器、双调谐带高通滤波器、三阶高通滤波器在平常都不经常被人们所使用。常用的单调谐滤波器是专门用于谐波电流较大的低次谐波，二阶和C型阻尼高通滤波器是设计用于除掉次数较高的谐波。
4滤波保护
要使滤波的效果达到理想效果，就要从无源滤波器的工作机制上来分析，无源滤波器是分析没有阻抗或者真实环境较小阻抗下的谐波分流。由此可知，该设备会受到电网传输谐波阻抗的影响，系统谐波阻抗不在正常范围之内时都会使滤波的效果不理想。除此之外与电网阻抗和滤波支路相似的阻抗还有可能发生谐振。
在调谐电路中有很多设备器件，这些器件并不都是线性器件，但如果不是线性器件，则会严重影响电网的正常运行，因此为了保护主电网，我们需要对每一条调谐电路进行保护性检查。所用的保护设备要能在瞬间电流浪涌时，保护其不会因此的干扰而断开连接，在特殊情况下，采用压敏电阻器来控制瞬态电流过大。而浪涌电流是由于电容器工作时所引起的连锁反应，同时也会产生过电压，因此控制电容器的安装方位及其型号变得尤为重要。再者，保护装置应该能够应对一切的突发转变情况，从而高效的确保装置安全，支持长期的过电流来保护设备不受影响。从经济性方面考虑，制造保护装置应符合广大民众的经济状况，还应让装置可持续使用较长。
配置谐波滤除器时要考虑电抗器和电容器的规格问题，从而确保电网的谐振频率不和出现的谐波频率相同，当电网谐振频率和电网中出现的谐波频率相近的时候，则会导致过电流放大，引起干扰这就会严重损耗电网元件。电网有存在的非线性原件产生的谐波电流流入其所并联的支路中，则会产生过电压，影响电网正常运行工作。
5结语
总之，谐波的产生严重违反了我国可持续发展以及生态平衡的要求，所以在如今日益发达的科学技术的发展下，我国要在治理谐波技术方面越发的成熟，让本身是我国经济发展的重要推力的电力系统为我国贡献更多的力量，使我国在众多国家之中得以脱颖而出。
参考文献：
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[2]顾定军．电网谐波治理相关问题探讨[J]．电力需求侧管理，2010（02）
[3]王见乐．10KV配电母线谐波超标原因分析[J]．科技信息，2009（33）
论文作者:王波安,,马永华
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年12月下
论文发表时间:2016/9/20
标签：谐波论文; 电流论文; 电网论文; 导线论文; 无源论文; 电容器论文; 设备论文; 《建筑建材装饰》2015年12月下论文;