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摘要：电力系统谐波越来越成为电网的重要危害，本文从电容器投不上谈起，分析了电力系统谐波的产生，及谐波的治理措施。
关键词：谐波；产生；治理
中图分类号：TM314 文献标识码：B 文章编号：1006-3315(2009)02-155-001
近一段时间以来，我局范围内有3组电容器每到晚上11点后频繁出现跳闸现象，直到第二天早上8点以后才能投上，但到大部分工厂放假后，这种现象自然消除。经过对电网运行分析及接有电容器的母线的各分路负荷特性进行分析，从现象上可以看出，每当出现波动比较大的负荷就会出现以上现象。经过对我县以上供电区域内的用户进行调查研究后，我们发现电力系统谐波是造成电容器投不上的原因。
所谓谐波，即理想的电力系统向用户提供的应该是—个恒定工频的正弦波形电压，但是由于各种原因，使这种理想状态在实际中无法存在。因此通过对周期性电压或电流的傅立叶分解，所得到的频率为基波整数倍分量的含有量，称为谐波。
一、产生谐波的来源
通过对谐波源进行简单分类，发现电力系统中的主要谐波源可分为三大类：一是含半导体的非线性元件，如各种整流设备、变流器、交直流换流设备、PWM变频器等节能和控制用的电力电子设备；二是含电弧和铁磁非线性设备的谐波源，如日光灯、交流电弧炉及铁磁谐振设备；三是饱和设备，如用户变压器群、电动机等也是该供电区域谐波产生的重要来源。通过对以上供电区域用户谐波源情况进行调查，对该供电区域内负荷进行分析，该供电区域用户谐波源情况也可分为三种：
1、集中的较大谐波源
主要是金属冶炼用中小功率的中频电弧炉。由于具有技术含量低、投资少、使用方便等特点，中小功率的中频电弧炉在这一供电区域的乡镇冶炼企业得到了普遍应用。一些企业为了降低投资成本，采用设计和制造标准低的设备，使得产生的谐波电流普遍偏高，对这一区域的电网形成了严重的谐波污染。对这类谐波源，通过对其电压波动和闪变的评估，其在冶炼过程中，特别是在熔化期，随机且大幅度波动的无功功率会引起供电母线电压的严重波动，并构成闪变干扰。
2、分散的变频器
该供电区域另一个主导产业是轻纺行业，在近年来不断的技术改造中，其生产设备中多采用变频器。用变频器驱动的电动机系统，因其节能效果显著、调节方便、维护简单，在工业中广泛应用。它把工频(50Hz)变换成各种频率的交流电，以实现电机的变速运行。由于变频器输入部分为整流电路，输出部分为逆变电路，这些都是由非线性原件组成的，在开断过程中，其输入端和输出端都会产生高次谐波。谐波通过输入电源线对公用电网产生影响。虽然单台的谐波电流不大，但由于其总量大，谐波产生的干扰就不可低估。
3、用户变压器群
一般情况下，三相变压器由于铁芯为“日”形状，中相比边相要短一半，因此，三个磁路的不对称引起变压器励磁电流中含有谐波分量。所以当对空载三相变压器加电压激励时，即使受电侧没有零序电流通路(中性点不接地或三角形接线)，励磁电流中也会有谐波分量。虽然在实际运行时，这个谐波分量很小，但由于变压器绕组接法以及各绕组和电网各相的连接统一规定时，则各台变压器励磁电流里的同次谐波彼此叠加，形成了电网中谐波的又一重要来源。
二、治理的措施
1、10千伏线路入口加装串联电抗器
串入电抗器的作用是阻碍电流中含有的较高次谐波，减小对系统的冲击，如果设计时选择较高磁密，会使电流波形呈现平顶特征。该方法对减少注入系统的较高次谐波有好处，同时可以减少电压波形中的毛刺，使烧损用电器件的危险性减小，但对减少总的畸变率作用不大，优点是安装方便、造价低，缺点是将会带来额外的电量损失。
2、采用滤波器
对于中小功率的中频电弧炉，其电流波形频谱很宽，要达到理想效果最少要用5、7、高通三组滤波器，有两种方案选择：在10kV侧或电炉变低压侧，前者要有开关、柜体、场地，对乡镇中小企业来说，其投资一般难以承受，如果同一变电所供电的其他厂家不同时采取措施，还会出现谐波电流大量涌入导致设备烧毁，运行中还要与电炉同时投切，不然会出现无功倒送的问题。在低压侧装设滤波器难度较大，以2×500kVA的电炉为例，其单变的二次额定电流大约720安培，其5、7次谐波电流分别会达到130、90安培，可见需要滤除的谐波分量很大，电容器的容量也会需要很大，而这种负荷的功率因数—般都在0.90以上，电容组数多也会出现无功倒送问题，真正进行方案设计会很难，一般只能对起主要作用的5、7次谐波采取分流或滤波的方法。
3、设备改造
改变变压器的接线形式，抵消较低次的特征谐波，在整流与变频回路中，回路采取一些技术措施，使非特征谐波不再进入系统。将两台同为Y/YO接线变压器中的一台改变为△/YO，则两台变压器同时运行后就可以形成12脉动整流效果，如果变压器的参数设计合理，则基本上可以完全抵消5、7、17、19次谐波，即使参数配合稍差，也会使这些分量在总畸变率中不起主要作用。
4、业扩时严加审批
业扩部门对拟人网运行的此类负荷所涉及的各种设备选型、接线形式、投运后注入系统各次谐波电流的含量提出明确的要求。由于用户的用电负荷性质产生大容量谐波源的，必须加装消除谐波的装置，谐波注入量不达标的，不予验收送电。
总之，谐波的危害是有目共睹的，只有各方面都重视起来，进行综合治理，才能还电网一个干净的环境。
关键词：谐波；产生；治理
中图分类号：TM314 文献标识码：B 文章编号：1006-3315(2009)02-155-001
近一段时间以来，我局范围内有3组电容器每到晚上11点后频繁出现跳闸现象，直到第二天早上8点以后才能投上，但到大部分工厂放假后，这种现象自然消除。经过对电网运行分析及接有电容器的母线的各分路负荷特性进行分析，从现象上可以看出，每当出现波动比较大的负荷就会出现以上现象。经过对我县以上供电区域内的用户进行调查研究后，我们发现电力系统谐波是造成电容器投不上的原因。
所谓谐波，即理想的电力系统向用户提供的应该是—个恒定工频的正弦波形电压，但是由于各种原因，使这种理想状态在实际中无法存在。因此通过对周期性电压或电流的傅立叶分解，所得到的频率为基波整数倍分量的含有量，称为谐波。
一、产生谐波的来源
通过对谐波源进行简单分类，发现电力系统中的主要谐波源可分为三大类：一是含半导体的非线性元件，如各种整流设备、变流器、交直流换流设备、PWM变频器等节能和控制用的电力电子设备；二是含电弧和铁磁非线性设备的谐波源，如日光灯、交流电弧炉及铁磁谐振设备；三是饱和设备，如用户变压器群、电动机等也是该供电区域谐波产生的重要来源。通过对以上供电区域用户谐波源情况进行调查，对该供电区域内负荷进行分析，该供电区域用户谐波源情况也可分为三种：
1、集中的较大谐波源
主要是金属冶炼用中小功率的中频电弧炉。由于具有技术含量低、投资少、使用方便等特点，中小功率的中频电弧炉在这一供电区域的乡镇冶炼企业得到了普遍应用。一些企业为了降低投资成本，采用设计和制造标准低的设备，使得产生的谐波电流普遍偏高，对这一区域的电网形成了严重的谐波污染。对这类谐波源，通过对其电压波动和闪变的评估，其在冶炼过程中，特别是在熔化期，随机且大幅度波动的无功功率会引起供电母线电压的严重波动，并构成闪变干扰。
2、分散的变频器
该供电区域另一个主导产业是轻纺行业，在近年来不断的技术改造中，其生产设备中多采用变频器。用变频器驱动的电动机系统，因其节能效果显著、调节方便、维护简单，在工业中广泛应用。它把工频(50Hz)变换成各种频率的交流电，以实现电机的变速运行。由于变频器输入部分为整流电路，输出部分为逆变电路，这些都是由非线性原件组成的，在开断过程中，其输入端和输出端都会产生高次谐波。谐波通过输入电源线对公用电网产生影响。虽然单台的谐波电流不大，但由于其总量大，谐波产生的干扰就不可低估。
3、用户变压器群
一般情况下，三相变压器由于铁芯为“日”形状，中相比边相要短一半，因此，三个磁路的不对称引起变压器励磁电流中含有谐波分量。所以当对空载三相变压器加电压激励时，即使受电侧没有零序电流通路(中性点不接地或三角形接线)，励磁电流中也会有谐波分量。虽然在实际运行时，这个谐波分量很小，但由于变压器绕组接法以及各绕组和电网各相的连接统一规定时，则各台变压器励磁电流里的同次谐波彼此叠加，形成了电网中谐波的又一重要来源。
二、治理的措施
1、10千伏线路入口加装串联电抗器
串入电抗器的作用是阻碍电流中含有的较高次谐波，减小对系统的冲击，如果设计时选择较高磁密，会使电流波形呈现平顶特征。该方法对减少注入系统的较高次谐波有好处，同时可以减少电压波形中的毛刺，使烧损用电器件的危险性减小，但对减少总的畸变率作用不大，优点是安装方便、造价低，缺点是将会带来额外的电量损失。
2、采用滤波器
对于中小功率的中频电弧炉，其电流波形频谱很宽，要达到理想效果最少要用5、7、高通三组滤波器，有两种方案选择：在10kV侧或电炉变低压侧，前者要有开关、柜体、场地，对乡镇中小企业来说，其投资一般难以承受，如果同一变电所供电的其他厂家不同时采取措施，还会出现谐波电流大量涌入导致设备烧毁，运行中还要与电炉同时投切，不然会出现无功倒送的问题。在低压侧装设滤波器难度较大，以2×500kVA的电炉为例，其单变的二次额定电流大约720安培，其5、7次谐波电流分别会达到130、90安培，可见需要滤除的谐波分量很大，电容器的容量也会需要很大，而这种负荷的功率因数—般都在0.90以上，电容组数多也会出现无功倒送问题，真正进行方案设计会很难，一般只能对起主要作用的5、7次谐波采取分流或滤波的方法。
3、设备改造
改变变压器的接线形式，抵消较低次的特征谐波，在整流与变频回路中，回路采取一些技术措施，使非特征谐波不再进入系统。将两台同为Y/YO接线变压器中的一台改变为△/YO，则两台变压器同时运行后就可以形成12脉动整流效果，如果变压器的参数设计合理，则基本上可以完全抵消5、7、17、19次谐波，即使参数配合稍差，也会使这些分量在总畸变率中不起主要作用。
4、业扩时严加审批
业扩部门对拟人网运行的此类负荷所涉及的各种设备选型、接线形式、投运后注入系统各次谐波电流的含量提出明确的要求。由于用户的用电负荷性质产生大容量谐波源的，必须加装消除谐波的装置，谐波注入量不达标的，不予验收送电。
总之，谐波的危害是有目共睹的，只有各方面都重视起来，进行综合治理，才能还电网一个干净的环境。