农村电网谐波管理

农村电网谐波管理
[摘要]
电力系统谐波是重要的电能质量指标之一。

当电力系统中谐波含量达到一定程度时，将对电力设备带来严重危害，影响电力系统的正常运行。

本文讲述了电力谐波的概念，对电网中谐波的来源和危害进行了简要分析，提出了治理谐波的方法及管理措施。

[关键词]电网谐波管理
由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。

我们必须很慎重地考虑谐波和它的不良影响，以及如何将不良影响减少到最小。

1谐波的概念
在理想的供电系统中，电流和电压都是正弦波的。

在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里，流过的电流与施加的电压成正比，流过的电流是正弦波。

在实际的电力系统运行中，含在许多非线性负荷，当电流流过与所加正弦电压不呈线性关系的负荷时，电流要产生畸变，形成非正弦波电流。

任何周期性波形均可分解为一个基频正弦波加上许多谐波频率的正弦波。

供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。

谐波是一种干扰量，使电网受到“污染”。

谐波频率与基波频率的比值（n=fn/f1）称为谐波次数。

谐波频率是基频的整倍数，例如基频为50Hz，二次谐波为100Hz，三次谐波则为150Hz。

因此畸变的电流波形可能有二次谐波、三次谐波……可能直到第三十次谐波组成。

谐波源是指向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备。

谐波电流朝谐波阻抗小的方向流动。

高一级电压谐波阻抗比低压谐波阻抗小，所以谐波电流向上一级电压等级系统流动。

2谐波的产生
电力网络的每个环节，包括发电、输电、配电、用电都可能产生谐波，其中产生谐波最多的是用电环节。

(1) 发电源产生谐波：
发电机是由三相绕组组成的，从理论上讲，发电机三相绕组必须完全对称，发电机内的铁心也必须完全均匀一致，才不致造成谐波的产生，但受工艺、环境以及制作技术等方面的限制，发电机总会产生少量的谐波。

(2) 输配电系统产生谐波：
输电和配电系统中存在大量的电力变压器。

因变压器内铁心饱和，磁化曲线的非线特性以及额定工作磁密位于磁化曲线近饱和段上等诸多因素，致使磁化电流呈尖顶形，内含大量奇次谐波。

变压器铁心饱和度越高，其工作点偏离线性就越远，产生的谐波电流就越大，严重时三次谐波电流可达额定电流的5%。

(3) 用电设备产生的谐波：
用电环节谐波源更多，晶闸管式整流设备、变频装置、充气电光源以及家用电器，都能产生一定量的谐波。

晶闸管整流技术在电力机车、充电装置、开关电源等很多方面被普遍采用。

它采用移相原理，从电网吸收的是半周正弦波，而留给电网剩下的半周正弦波，这种半周正弦波分解后能产生大量的谐波。

有统计表明，整流设备所产生的谐波占整个谐波的近40%，是最大的谐波源。

变频原理常用于水泵、风机等设备中，变频一般分为两类：交-直-交变频器和交-交变频器。

前者将380V /50Hz 工频电源经三相桥式可控硅整流，变成直流电压信号，滤波后由大功率晶体开关元件逆变成可变频率的交流信号。

后者将固定频率的交流电直接转换成相数一致但频率可调的交流电。

两者均采用相位控制技术，所以在变换后会产生含复杂成分(整次或分次)的谐波。

因变频装置一般具有较大功率，所以也会对电网造成严重的谐波污染。

电弧炉、电石炉。

由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。

其中主要是2-7次的谐波，平均可达基波的8%-20%，最大可达45%。

充气电光源和家用电器更是常见的谐波源，如荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯应用气体放电原理发光，其伏安特性具有明显的非线性特征。

计算机、电视机、录像机、调光灯具、调温炊具、微波炉等家用电器，因内置调压整流元件，会对电网产生高次奇谐波；电风扇、洗衣机、空调器含小功率电动机，因不平衡电流的变化也能使波形改变。

产生一定量的谐波。

这类设备功率虽小，但数量多，也是电网谐波源中不可忽视的因素。

3谐波的危害
谐波作为一种污染，对电网危害十分严重，它使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电器设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化、使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁，它可引起电力系统局部谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备损坏，它能引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。

另外，还对通讯设备和电子设备产生严重干扰等等。

电力系统中谐波的危害概括起来有以下几个方面：
(1)增加输、供和用电设备的额外附加损耗，使设备的温度过热，降低设备的利用率和经济效益：
谐波电流使输电线路的电能损耗增加。

当注入电网的谐波频率位于在网络谐振点附近的谐振区内时，对输电线路和电力电缆线路会造成绝缘击穿。

谐波会大大增加电力变压器的铜损和铁损，降低变压器有效出力，谐波导致的噪声，会使变电所的噪声污染指数超标。

对于电力电容器，谐波会导致端电压升高，损耗加大，电容器发热，加速老化，从而缩短使用寿命。

配网中使用大量异步电动机，产生的谐波会增加附加损耗。

负序谐波产生的负序旋转磁场，会产生制动力矩，影响电动机的有功出力。

对断路器而言，无论其构成元件为电磁的、还是热磁的、亦或电子的，都可能受谐波的影响误动。

(2)影响继电保护和自动装置的工作可靠性：
对于电磁式继电器来说，电力谐波常会引起继电保护及自动装置误动或拒动，使其动作失去选择性，可靠性降低，容易造成系统事故，严重威胁电力系统的安全运行。

(3)对通讯系统工作产生干扰：
电力线路上流过的幅值较大的奇次低频谐波电流通过磁场耦合时，会在邻近电力线的通信线路中产生干扰电压，干扰通信系统的工作，影响通信线路通话的清晰度，甚至在极端的情况下，还会威胁着通信设备和人员的安全。

(4)对用电设备的影响：
电力谐波会使电视机、计算机的图形畸变，画面亮度发生波动变化，并使机内的元件温度出现过热，使计算机及数据处理系统出现错误，严重甚至损害机器。

电力谐波还会对测量和计量仪器的指示不准确及整流装置等产生不良影响，电能表是评价电能消耗重要而基本的测量工具，是用户缴费的凭证，而谐波可能使电能计量产生较大误差，严重时会导致计量混乱。

(5)对人体的影响：。