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摘要：随着国民经济的迅速蓬勃发展，中、小型轻工业企业的不断增加，保证生产力的电能质量问题和供电可靠性越来越受到政府、企业、劳动群众的广泛关注。电力谐波危害治理一直以来是电力系统研究的一项重要攻关课题，由于其不容易直观地被肉眼观察到，因此，很多供电系统的问题一直没有查出原因。本文结合本地区谐波管理现状及近期一起谐波治理案例，分析了农村电网谐波监管、治理存在的一些共性问题，并提出一些相应的对策及建议。
关键词：国民经济；电力谐波；危害；治理；建议
1.前言
近些年，由于钢材、金钢砂、多晶硅及各种电解锌、钠、铝等金属在欧美市场上的价格走俏，新上的轧钢机械铸造、硅板厂、金属冶炼厂等轻工业企业在政府部门招商引资工作的大力支持下逐步落户到县域农村电网中，一方面提高或增加了当地财政收入的同时，农村电网中的整流器、变频调速装置、电弧炉、电焊机、电气化铁路以及各种电力电子设备不断增加。这些负荷的非线性、冲击性和不平衡的用电特性，对供电质量造成严重污染。另一方面，现代工业、商业及居民用户的用电设备对电能质量更加敏感，对供电质量提出了更高的要求。谐波危害问题已逐步受到全国乃至全世界的广泛重视。
2.电力谐波案例描述及分析
宜阳县地处豫西伏牛山区，属国家级贫困县，总人口70.9万，2008-2010年期间由于政府招商引资力度加大和深入，先后有六、七十家中、小型企业入驻到宜阳县投资建厂，确实为宜阳县域经济发展和GDP增长做出了贡献，但相关的一些电力技术问题逐渐暴露出来，谐波源案例描述如下：
2009年洛阳山惠硅业有限公司入驻宜阳县白杨镇蝎子山工业园，该厂区内设计安装有35KV、10KV专用配套配电装置，安装HTSSP-6300/35铁合金炉变压器2台、S9-1000/35动力变2台，总容量14600KVA，总用电负荷18380KW。该用户年生产2.5万吨金属硅、三氯氢硅，工艺生产流程主要以硅石、石油焦、氯气、氢气、氮气为主要原料，经SYK-205-2.5、SYK-36000布袋过滤器过滤后，再经氯化氢电弧合成炉加热提炼，将硅石与氯化氢反应生成三氯氢硅，是生产多晶硅的原材料。由于设计方在规划时忽略了谐波源问题，用户侧未加装滤波、消谐装置这一缺陷在工程验收时未被引起重视。
在2009年5月下旬山惠硅业有限公司投产后，其主供电源点白杨变电站6~12月份35KV母线不平衡率一直出现异常，正常考核值为±1%，白杨变1~5月份35KV母线不平衡率完成值为±0.06%~±0.78%之间，而6~12月份白杨变35KV母线不平衡率完成值均大于±2.1%。引起目差过高原因怀疑系山惠硅业生产引起，但由于县局技术水平有限一直未能查找出引起目差过高的直正原因和确切数据。直至11月份，运行人员操作投入白1#无功补偿电容器时，发现电容器投入后功率因数还是低，初步判断为电容器故障，随即联系检修公司到现场对电容器进行了测试以后，发现C相电容容值低，试验数据详情如下：
确定为本体故障后，电容器必须返厂解体维修，并联系厂家技术员到现场指导，技术员到现场后首先到后台机查看了11月份35KV电压曲线图，电压波动比较大而且曲线走势紊乱，技术员询问了解到35KV侧接入运行有大型电弧炉用电设备后，初步分析电容器系因山惠硅业有限公司生产时产生的大量谐波电流注入系统电网，使35KV电压波形发生畸变，造成的二次谐振引起电容器过载损坏。
经谐波测试仪器测量35KV1、2白硅线路中的谐波电流，发现谐波电流十分大，线路中的总谐波电流超过20%以上，电压正弦波形畸变率极限值（相电压）如下：
查阅相关资料后，我们得知山惠硅业有限公司负荷性质国家规定为二类负荷，其生产使用的三相电弧炉工作原理是利用交流电弧产生的热来熔炼金属的一种电炉，电弧发生于专门的电极棒和被熔化的炉料之间，炉料受到电弧的直接加热。由于熔化期炉料的塌炉及氧化期炉料沸腾使电弧弧长产生强烈波动，大量对电网不利的3次谐波电流注入公用电网，造成电压波形发生畸变，引起电气设备发热、振动，增加损耗，电容器过载损坏。
虽然查找到了原因，但是由于国家目前还尚未出台任何针对谐波的处罚规定，本着“谁污染谁治理”的原则，避免、减少谐波对公用电网造成的危害，我们积极与用户沟通，向用户解释、说明谐波的危害，并提供相关的技术帮助，由用户自投资在其用户侧变电所安装CKGKL-5/IU-1型电抗器、电容、电阻等无源滤波装置1套，通过谐波治理后，用户端谐波电流<8%，最终问题得以解决。
3.电力谐波对农村电网的主要危害
3.1电力谐波中含有大量的高次（高频率）谐波，由于电力设备，包括主变压器、控制继电保护装置、功率因数补偿装置、开关、熔丝、电缆等均是按照50Hz频率设计和制造的，因高频率电流流经这些设备和器件时的趋肤效应，使公用电网中的设备和器件产生了附加的谐波损耗，从而导致这些设备和器件的意外故障甚至引起损坏、燃烧。
3.2谐波影响各种电气设备的正常工作。谐波对变壓器、继电器、接触器、电动机以及发电机等电感性负荷的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声、过电压甚至谐振，使得这些感性器件局部严重过热。因为容性元件也是按照50Hz 设计的，对高频率电流呈现低阻抗，会使这些元件过载损坏。对于空气开关的设备，当高频电流流经其过流或过热保护电路时，会导致空开跳闸保护。特别是对电力控制的继电保护装置，在高谐波状态下，会出现误动作，造成供电的不可靠性。
3.3谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不正确。
3.4谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者引进噪声，降低通信质量；重则导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。
3.5由于谐波电流的冲击，配电电路中的功率因素补偿电容经常爆炸，保护用的熔断器经常无故熔断，保护用的热继电器和空气开关经常跳闸，严重影响供电的安全。
3.6电力谐波由电力线路中某些设备产生，因为所有用电设备都是并联在线路上，其谐波电流通过电力线路，串入线路中其它用电设备中，造成这些设备的损耗增加，故障率上升和出现误动作。
从上述谐波电流对电力线路造成的危害可以看出，电力谐波不仅严重影响供电的可靠性和安全性，还因为电力谐波中含有大量的高次（高频率）谐波，而这些谐波电流会在整个供电线路和设备中产生附加损耗，造成电能的浪费。
4.谐波治理的对策及几点建议
4.1电力谐波的治理应按照谁污染谁治理的原则进行。
4.2我国电网目前尚无明确的针对谐波的处罚规定，因此谐波造成的损失不象无功造成的浪费那样可以定量统计。把好业扩及用户工程质量验收关是关键，要清楚用户的用电负荷特性，对于不确定的用电设备负荷特性要一查到底，把电能质量隐患排查及治理作为重中之重对待。用户方往往为了降低自身投入成本，只安装炼炉生产设备，而不安装配套的谐波治理设备，市场营销部门应做好用户工作，做到炼炉设备与配套的谐波装置二者同时设计，一起投运。
4.3电容对频率很敏感，特别是高频电压和电流，很容易形成很大的电流而超过电容器的额定电流，损坏电容器。采用由电力电容、电抗和电阻适当组合而成的无源滤波装置进行滤波，不仅可以治理谐波电流，还可以就近补偿被治理设备的功率因数，通过并联电流超前于电压的电容，使得电路的功率因数保持0.90-0.99之间，以降低无功功率损耗，提高供电系统的利用率。
4.4用户端可以多投一些同步电动机，它一方面可以进行无功补偿，减少电压波动及电压闪变，另一方面它又能吸收一部分谐波电流，对谐波治理也有很大好处。
4.5在公用变电站无功补偿设备中串入一定数量的电感，可以使之成为五、七次谐波治理设备，同时还可以起到补偿作用，以达到一物二用，但前提是必须请有丰富经验的设计单位设计。
5.结束语
现在电网的短路容量很大，同时由于电器产品制造技术水平日益提高，已经制造出高电压大容量的波滤装置。因此，大容量的谐波设备，在可能情况下，尽量采用高一级的电压供电，这是抑制谐波有效的技术发展方向。同时，在新形势下，要做好电力谐波管理工作，及时掌握谐波治理技术发展的方向，还应上下一致、齐心协力，要有上级领导的关心和业务管理人员的通力合作，还要有用户的极力配合，才能把这项工作做得更好，才可以确保电网安全、经济、稳定运行，供电可靠性和电能质量才能真正得到用户的满意。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：国民经济；电力谐波；危害；治理；建议
1.前言
近些年，由于钢材、金钢砂、多晶硅及各种电解锌、钠、铝等金属在欧美市场上的价格走俏，新上的轧钢机械铸造、硅板厂、金属冶炼厂等轻工业企业在政府部门招商引资工作的大力支持下逐步落户到县域农村电网中，一方面提高或增加了当地财政收入的同时，农村电网中的整流器、变频调速装置、电弧炉、电焊机、电气化铁路以及各种电力电子设备不断增加。这些负荷的非线性、冲击性和不平衡的用电特性，对供电质量造成严重污染。另一方面，现代工业、商业及居民用户的用电设备对电能质量更加敏感，对供电质量提出了更高的要求。谐波危害问题已逐步受到全国乃至全世界的广泛重视。
2.电力谐波案例描述及分析
宜阳县地处豫西伏牛山区，属国家级贫困县，总人口70.9万，2008-2010年期间由于政府招商引资力度加大和深入，先后有六、七十家中、小型企业入驻到宜阳县投资建厂，确实为宜阳县域经济发展和GDP增长做出了贡献，但相关的一些电力技术问题逐渐暴露出来，谐波源案例描述如下：
2009年洛阳山惠硅业有限公司入驻宜阳县白杨镇蝎子山工业园，该厂区内设计安装有35KV、10KV专用配套配电装置，安装HTSSP-6300/35铁合金炉变压器2台、S9-1000/35动力变2台，总容量14600KVA，总用电负荷18380KW。该用户年生产2.5万吨金属硅、三氯氢硅，工艺生产流程主要以硅石、石油焦、氯气、氢气、氮气为主要原料，经SYK-205-2.5、SYK-36000布袋过滤器过滤后，再经氯化氢电弧合成炉加热提炼，将硅石与氯化氢反应生成三氯氢硅，是生产多晶硅的原材料。由于设计方在规划时忽略了谐波源问题，用户侧未加装滤波、消谐装置这一缺陷在工程验收时未被引起重视。
在2009年5月下旬山惠硅业有限公司投产后，其主供电源点白杨变电站6~12月份35KV母线不平衡率一直出现异常，正常考核值为±1%，白杨变1~5月份35KV母线不平衡率完成值为±0.06%~±0.78%之间，而6~12月份白杨变35KV母线不平衡率完成值均大于±2.1%。引起目差过高原因怀疑系山惠硅业生产引起，但由于县局技术水平有限一直未能查找出引起目差过高的直正原因和确切数据。直至11月份，运行人员操作投入白1#无功补偿电容器时，发现电容器投入后功率因数还是低，初步判断为电容器故障，随即联系检修公司到现场对电容器进行了测试以后，发现C相电容容值低，试验数据详情如下：
确定为本体故障后，电容器必须返厂解体维修，并联系厂家技术员到现场指导，技术员到现场后首先到后台机查看了11月份35KV电压曲线图，电压波动比较大而且曲线走势紊乱，技术员询问了解到35KV侧接入运行有大型电弧炉用电设备后，初步分析电容器系因山惠硅业有限公司生产时产生的大量谐波电流注入系统电网，使35KV电压波形发生畸变，造成的二次谐振引起电容器过载损坏。
经谐波测试仪器测量35KV1、2白硅线路中的谐波电流，发现谐波电流十分大，线路中的总谐波电流超过20%以上，电压正弦波形畸变率极限值（相电压）如下：
查阅相关资料后，我们得知山惠硅业有限公司负荷性质国家规定为二类负荷，其生产使用的三相电弧炉工作原理是利用交流电弧产生的热来熔炼金属的一种电炉，电弧发生于专门的电极棒和被熔化的炉料之间，炉料受到电弧的直接加热。由于熔化期炉料的塌炉及氧化期炉料沸腾使电弧弧长产生强烈波动，大量对电网不利的3次谐波电流注入公用电网，造成电压波形发生畸变，引起电气设备发热、振动，增加损耗，电容器过载损坏。
虽然查找到了原因，但是由于国家目前还尚未出台任何针对谐波的处罚规定，本着“谁污染谁治理”的原则，避免、减少谐波对公用电网造成的危害，我们积极与用户沟通，向用户解释、说明谐波的危害，并提供相关的技术帮助，由用户自投资在其用户侧变电所安装CKGKL-5/IU-1型电抗器、电容、电阻等无源滤波装置1套，通过谐波治理后，用户端谐波电流<8%，最终问题得以解决。
3.电力谐波对农村电网的主要危害
3.1电力谐波中含有大量的高次（高频率）谐波，由于电力设备，包括主变压器、控制继电保护装置、功率因数补偿装置、开关、熔丝、电缆等均是按照50Hz频率设计和制造的，因高频率电流流经这些设备和器件时的趋肤效应，使公用电网中的设备和器件产生了附加的谐波损耗，从而导致这些设备和器件的意外故障甚至引起损坏、燃烧。
3.2谐波影响各种电气设备的正常工作。谐波对变壓器、继电器、接触器、电动机以及发电机等电感性负荷的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声、过电压甚至谐振，使得这些感性器件局部严重过热。因为容性元件也是按照50Hz 设计的，对高频率电流呈现低阻抗，会使这些元件过载损坏。对于空气开关的设备，当高频电流流经其过流或过热保护电路时，会导致空开跳闸保护。特别是对电力控制的继电保护装置，在高谐波状态下，会出现误动作，造成供电的不可靠性。
3.3谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不正确。
3.4谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者引进噪声，降低通信质量；重则导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。
3.5由于谐波电流的冲击，配电电路中的功率因素补偿电容经常爆炸，保护用的熔断器经常无故熔断，保护用的热继电器和空气开关经常跳闸，严重影响供电的安全。
3.6电力谐波由电力线路中某些设备产生，因为所有用电设备都是并联在线路上，其谐波电流通过电力线路，串入线路中其它用电设备中，造成这些设备的损耗增加，故障率上升和出现误动作。
从上述谐波电流对电力线路造成的危害可以看出，电力谐波不仅严重影响供电的可靠性和安全性，还因为电力谐波中含有大量的高次（高频率）谐波，而这些谐波电流会在整个供电线路和设备中产生附加损耗，造成电能的浪费。
4.谐波治理的对策及几点建议
4.1电力谐波的治理应按照谁污染谁治理的原则进行。
4.2我国电网目前尚无明确的针对谐波的处罚规定，因此谐波造成的损失不象无功造成的浪费那样可以定量统计。把好业扩及用户工程质量验收关是关键，要清楚用户的用电负荷特性，对于不确定的用电设备负荷特性要一查到底，把电能质量隐患排查及治理作为重中之重对待。用户方往往为了降低自身投入成本，只安装炼炉生产设备，而不安装配套的谐波治理设备，市场营销部门应做好用户工作，做到炼炉设备与配套的谐波装置二者同时设计，一起投运。
4.3电容对频率很敏感，特别是高频电压和电流，很容易形成很大的电流而超过电容器的额定电流，损坏电容器。采用由电力电容、电抗和电阻适当组合而成的无源滤波装置进行滤波，不仅可以治理谐波电流，还可以就近补偿被治理设备的功率因数，通过并联电流超前于电压的电容，使得电路的功率因数保持0.90-0.99之间，以降低无功功率损耗，提高供电系统的利用率。
4.4用户端可以多投一些同步电动机，它一方面可以进行无功补偿，减少电压波动及电压闪变，另一方面它又能吸收一部分谐波电流，对谐波治理也有很大好处。
4.5在公用变电站无功补偿设备中串入一定数量的电感，可以使之成为五、七次谐波治理设备，同时还可以起到补偿作用，以达到一物二用，但前提是必须请有丰富经验的设计单位设计。
5.结束语
现在电网的短路容量很大，同时由于电器产品制造技术水平日益提高，已经制造出高电压大容量的波滤装置。因此，大容量的谐波设备，在可能情况下，尽量采用高一级的电压供电，这是抑制谐波有效的技术发展方向。同时，在新形势下，要做好电力谐波管理工作，及时掌握谐波治理技术发展的方向，还应上下一致、齐心协力，要有上级领导的关心和业务管理人员的通力合作，还要有用户的极力配合，才能把这项工作做得更好，才可以确保电网安全、经济、稳定运行，供电可靠性和电能质量才能真正得到用户的满意。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。