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摘?要 随着国家工业化进程的不断加快，更多的电子设备等精密仪器的使用越来越普遍，供电系统的承载也不断增加，供电质量成为影响社会发展的重要因素。谐波是供电过程中常见的有害现象之一，对供电网络的顺利运行与用电设备的正常运转形成了巨大的破坏。科学的分析其出现原因，制定合理的应对措施，能够有效的减少谐波为电力系统造成的损害。本文分析了在10 kv供电系统中谐波现象的出现原因，并提出相关建议，希望对相关从业人员有所帮助。
关键词 10 kV电力系统；谐波；问题与对策
中图分类号 TP727 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）111-0172-01
在理想的供电系统中，电能是以始终恒定的电压和频率供给用户使用的，但在实际的运作过程中，电能的电压和频率往往是有一定变化幅度的，如何控制电压与频率的变化是供电系统所面临的重要问题。根据供电系统线路结构的不同来科学的分析其出现原因，才能提出合理的解决措施。
1 谐波对供电系统的危害
1.1 影响供电线路运行
由于输电线路的阻抗在频率上的特点，使得供电线路的电阻会随着频率的升高而不断扩大，当其受到集肤效应的影响后，导体在谐波电流中的电阻会大为增加，使得导体温度上升，绝缘性变差，甚至引起短路和火灾。在当前的电力系统中，大多数极性保护性能较好的自动设备都是基于基波量设置的，在谐波的影响下，极易出现不同情况的安全问题，如供电线路中的各距离保护出现失误，变电站过电流保护装置因主变负荷电压而启动等，会对供电系统的安全性造成极大的破坏。
1.2 破坏电力设备
电容器两端普遍谐波阻抗较小，若供电系统出现谐波，往往会造成电容器温度过高，电能效果增多，极易产生电力故障，使电力设备的使用寿命大大缩短，严重时甚至会引起爆炸。在用电设备方面，在整个供电系统中，用户的电动机负荷所占比例高达80%～90%，因此，谐波对用户电动机的影响非常之大，谐波出现后，会导致电力损耗增多，降低电动机的绝缘性，谐波所引起的脉冲转矩引发电机设备的运转异常，产生巨大噪音，大幅缩短电机设备的使用寿命。
1.3 影响公用电网
若供用电网中出现严重的谐波现象，将导致接入此系统的电力设备难以发挥出本有的功能，还会引发不同程度的电力故障，同时会导致中性线传输电流过高，导致线缆过载，温度过高，影响电能的安全传输，甚至引发更为大规模的电力事故。
2 10 kV电力系统的谐波产生原因
在10 kV电网中，谐波的产生原因有多种，但主要是由供电过程中各种非线性电力元件的使用，具体说来有以下几个方面：
2.1 电源本身问题
从发电方式上来看，目前的发电方式主要有火电、水电、核能和风力发电等，诸多因素的不统一导致发电机的功率变化大，在电流的实际转换过程中，易形成谐波。从发电机方面来说，发电机是供电系统中最重要的电能来源，但是很多发电机制造厂商在制造发电机的过程中没有使用科学的制作方式，机械制作精度有问题，三相绕组绝缘性对称性不足，所生产的发电机设计不够科学，铁心的制作与规格间存在误差，直接导致发电机在实际运行过程中电枢表面磁感应强度分布偏离正弦波，产生谐波。
2.2 输电过程中的线性偏离
我国国土面积广大，输电线路规模巨大，超大规模与超远距离的电力输送使得超高压输电成为我国主流的输电方式，大部分远程、超远程电网均采用“交流—直流—交流”的输电方式，当两种输电方式进行切换时，所产生的基波频率产生频拍，导致了谐波的产生。
2.3 非线性负载
在电能的线性负载过程中，电流与电压成线性关系，在电流的非线性负载中，负载之上的电流则转变为非正弦电波，此时往往会产生谐波。当前，主要的非线性负载设备产生谐波的方式主要有：开关电源产生高次谐波；变压器空载合闸产生谐波；电容器组开断时的电压干扰；电弧炉运行过程中引起的电压波动；逆变器和整流器产生的谐波电流、电压，电压互感器磁铁谐振过电压。
3 综合治理谐波
谐波的产生是无法避免的，只能通过合理措施将其危害降到最小，具体措施主要有：降低谐波电流的产生与进入；改变电力设备功率因数和无功功率补偿；合理安装滤波器；消除电磁干扰；综合开展多种补偿。
3.1 增加换流装置相数
绝大多数谐波的产生都是由换流装置引起的，换流装置一般包括：点此装置、气体发光装置和变频装置等。当相数由6脉冲增加到12脉冲时，可以有效的削弱低频段的谐波值，使电网的稳定性大为增加，其优点为效果十分明显，缺点为实施难度较大，对设备要求高，设备精确性和切合度不够，是此方法大范围推广的最大限制因素。
3.2 设置滤波装置
在我国的10 kV电网中，最常用的谐波抑制方法，是在谐波发生的源头即产生谐波的电力设备出安装滤波装置。无源滤波装置的工作原理利用滤波装置来过滤掉供电系统中的谐波，达到稳定电网的目的。其优点为原理简单易懂，设施契合度高，运行与维护成本低，其缺点为，滤波装置容易因电网参数的改变而失效，并且由于滤波装置本身的工作原理，会消耗掉很大部分的电能。
有缘滤波装置的工作原理是，对于供电网络中的谐波，可以检测其频率、角度、与幅值等参数，利用现有的谐波过滤装置来发射与其相同频率、角度互补的谐波，就可以使其互相抵消，达到减少谐波污染的目的。其优点为操作性强，效果好，缺点为有源滤波设备投入较高，维护费用高，难度大。
另外，还可以采取有源滤波与无源滤波相结合的办法，在谐波产生源头安装有缘滤波装置和无源滤波装置的结合体，根据谐波的具体情况才决定采用哪种方式来处理供电线路中的谐波，此方法可操作性强，效果好，设备的投入、运行与维护成本都比较低，性价比较高。
3.3 探究谐波用途
从矛盾的对立统一理论来看，事物都是有两面性的，谐波虽然是通常意义上的“有害”，但其也可能存在着一定程度上的利用价值，虽然其利用价值未必是电力层面的。这需要多学科的认识来共同分析和利用。赵国生和师黎认为，谐波或许可以用来进行拖动与发电，并提出了利用变压器来提取谐波所含电能，避光经过电机驱动来发电的理论。滕福生则从经济角度发觉了谐波电能应用的广阔前景，他经过实地调查与科学计算后发现，谐波所含能量十分巨大，具有很高的回收价值，是电力行业研究的新方向。
4 结论
总而言之，随着社会经济的不断发展，计算技术的普及，人们对生活质量的要求也越来越高，电能作为人们日常生活的必须品，其质量问题也正受到越来越多的人的关注。为了提高供电稳定性，提高对电能的监测水平，业内人士应建立高效的检测系统，运用电能检测设备，密切关注供电问题，并提出合理的解决方案，保证供电系统的稳定性和可靠性，为国计民生的稳步发展多做贡献。
参考文献
[1]肖保明，王泽忠，黄鑫，江峰.电力系统中瞬态干扰的模拟与应用[J].安全与电磁兼容，2007，03.
[2]顾子明，蔡永东，包东飞.PLC在纺织厂双电源互为备用控制电路中的应用[J].北京纺织，2008，03.
[3]张春霞，李明利，刘长勇.浅谈烧结机工程低压配电设计[J].才智，2011，03.
[4]王艳华，陈颖峰.小电流接地系统非金属性单相接地故障相判别新方法[J].承德石油高等专科学校学报，2007，02.
关键词 10 kV电力系统；谐波；问题与对策
中图分类号 TP727 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）111-0172-01
在理想的供电系统中，电能是以始终恒定的电压和频率供给用户使用的，但在实际的运作过程中，电能的电压和频率往往是有一定变化幅度的，如何控制电压与频率的变化是供电系统所面临的重要问题。根据供电系统线路结构的不同来科学的分析其出现原因，才能提出合理的解决措施。
1 谐波对供电系统的危害
1.1 影响供电线路运行
由于输电线路的阻抗在频率上的特点，使得供电线路的电阻会随着频率的升高而不断扩大，当其受到集肤效应的影响后，导体在谐波电流中的电阻会大为增加，使得导体温度上升，绝缘性变差，甚至引起短路和火灾。在当前的电力系统中，大多数极性保护性能较好的自动设备都是基于基波量设置的，在谐波的影响下，极易出现不同情况的安全问题，如供电线路中的各距离保护出现失误，变电站过电流保护装置因主变负荷电压而启动等，会对供电系统的安全性造成极大的破坏。
1.2 破坏电力设备
电容器两端普遍谐波阻抗较小，若供电系统出现谐波，往往会造成电容器温度过高，电能效果增多，极易产生电力故障，使电力设备的使用寿命大大缩短，严重时甚至会引起爆炸。在用电设备方面，在整个供电系统中，用户的电动机负荷所占比例高达80%～90%，因此，谐波对用户电动机的影响非常之大，谐波出现后，会导致电力损耗增多，降低电动机的绝缘性，谐波所引起的脉冲转矩引发电机设备的运转异常，产生巨大噪音，大幅缩短电机设备的使用寿命。
1.3 影响公用电网
若供用电网中出现严重的谐波现象，将导致接入此系统的电力设备难以发挥出本有的功能，还会引发不同程度的电力故障，同时会导致中性线传输电流过高，导致线缆过载，温度过高，影响电能的安全传输，甚至引发更为大规模的电力事故。
2 10 kV电力系统的谐波产生原因
在10 kV电网中，谐波的产生原因有多种，但主要是由供电过程中各种非线性电力元件的使用，具体说来有以下几个方面：
2.1 电源本身问题
从发电方式上来看，目前的发电方式主要有火电、水电、核能和风力发电等，诸多因素的不统一导致发电机的功率变化大，在电流的实际转换过程中，易形成谐波。从发电机方面来说，发电机是供电系统中最重要的电能来源，但是很多发电机制造厂商在制造发电机的过程中没有使用科学的制作方式，机械制作精度有问题，三相绕组绝缘性对称性不足，所生产的发电机设计不够科学，铁心的制作与规格间存在误差，直接导致发电机在实际运行过程中电枢表面磁感应强度分布偏离正弦波，产生谐波。
2.2 输电过程中的线性偏离
我国国土面积广大，输电线路规模巨大，超大规模与超远距离的电力输送使得超高压输电成为我国主流的输电方式，大部分远程、超远程电网均采用“交流—直流—交流”的输电方式，当两种输电方式进行切换时，所产生的基波频率产生频拍，导致了谐波的产生。
2.3 非线性负载
在电能的线性负载过程中，电流与电压成线性关系，在电流的非线性负载中，负载之上的电流则转变为非正弦电波，此时往往会产生谐波。当前，主要的非线性负载设备产生谐波的方式主要有：开关电源产生高次谐波；变压器空载合闸产生谐波；电容器组开断时的电压干扰；电弧炉运行过程中引起的电压波动；逆变器和整流器产生的谐波电流、电压，电压互感器磁铁谐振过电压。
3 综合治理谐波
谐波的产生是无法避免的，只能通过合理措施将其危害降到最小，具体措施主要有：降低谐波电流的产生与进入；改变电力设备功率因数和无功功率补偿；合理安装滤波器；消除电磁干扰；综合开展多种补偿。
3.1 增加换流装置相数
绝大多数谐波的产生都是由换流装置引起的，换流装置一般包括：点此装置、气体发光装置和变频装置等。当相数由6脉冲增加到12脉冲时，可以有效的削弱低频段的谐波值，使电网的稳定性大为增加，其优点为效果十分明显，缺点为实施难度较大，对设备要求高，设备精确性和切合度不够，是此方法大范围推广的最大限制因素。
3.2 设置滤波装置
在我国的10 kV电网中，最常用的谐波抑制方法，是在谐波发生的源头即产生谐波的电力设备出安装滤波装置。无源滤波装置的工作原理利用滤波装置来过滤掉供电系统中的谐波，达到稳定电网的目的。其优点为原理简单易懂，设施契合度高，运行与维护成本低，其缺点为，滤波装置容易因电网参数的改变而失效，并且由于滤波装置本身的工作原理，会消耗掉很大部分的电能。
有缘滤波装置的工作原理是，对于供电网络中的谐波，可以检测其频率、角度、与幅值等参数，利用现有的谐波过滤装置来发射与其相同频率、角度互补的谐波，就可以使其互相抵消，达到减少谐波污染的目的。其优点为操作性强，效果好，缺点为有源滤波设备投入较高，维护费用高，难度大。
另外，还可以采取有源滤波与无源滤波相结合的办法，在谐波产生源头安装有缘滤波装置和无源滤波装置的结合体，根据谐波的具体情况才决定采用哪种方式来处理供电线路中的谐波，此方法可操作性强，效果好，设备的投入、运行与维护成本都比较低，性价比较高。
3.3 探究谐波用途
从矛盾的对立统一理论来看，事物都是有两面性的，谐波虽然是通常意义上的“有害”，但其也可能存在着一定程度上的利用价值，虽然其利用价值未必是电力层面的。这需要多学科的认识来共同分析和利用。赵国生和师黎认为，谐波或许可以用来进行拖动与发电，并提出了利用变压器来提取谐波所含电能，避光经过电机驱动来发电的理论。滕福生则从经济角度发觉了谐波电能应用的广阔前景，他经过实地调查与科学计算后发现，谐波所含能量十分巨大，具有很高的回收价值，是电力行业研究的新方向。
4 结论
总而言之，随着社会经济的不断发展，计算技术的普及，人们对生活质量的要求也越来越高，电能作为人们日常生活的必须品，其质量问题也正受到越来越多的人的关注。为了提高供电稳定性，提高对电能的监测水平，业内人士应建立高效的检测系统，运用电能检测设备，密切关注供电问题，并提出合理的解决方案，保证供电系统的稳定性和可靠性，为国计民生的稳步发展多做贡献。
参考文献
[1]肖保明，王泽忠，黄鑫，江峰.电力系统中瞬态干扰的模拟与应用[J].安全与电磁兼容，2007，03.
[2]顾子明，蔡永东，包东飞.PLC在纺织厂双电源互为备用控制电路中的应用[J].北京纺织，2008，03.
[3]张春霞，李明利，刘长勇.浅谈烧结机工程低压配电设计[J].才智，2011，03.
[4]王艳华，陈颖峰.小电流接地系统非金属性单相接地故障相判别新方法[J].承德石油高等专科学校学报，2007，02.