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摘要：基于广东欠发达地区及农村近几年用电负荷增长迅速，大量高能耗动力设备的投入运行，使得农村中低压电网谐波污染越来越严重，本文以茂名地区农村中低压电网为例，分析农村中低压电网谐波的现状和对农村用电的影响，并寻求治理对策，提高客户用电质量。
关键词：农村中低压；电网；谐波；现状；对策
近五年来，广东工业产业转移政策大力推进，产业转型发展迅速，加上广东电网近几年对农村电网建设投入很大，农村电网供电可靠性大大提高，大量劳动力密集型企业或小型手工业纷纷从城市迁移到欠发达农村地区。当前，我国社会经济发展对电力供需矛盾稍有缓和，用电客户对电力电能质量要求越来越高，由于部分企业搬迁到农村地区，大量高能耗动力设备的投入运行，大容量电力整流设备和家用电子设备的广泛应用，如电弧炉、晶闸管整流设备、切割机、电冰箱、空调器及洗衣机等，使得农村用电负荷增长迅速，从而也改变了农村用电结构，增加了大量非线性负荷，产生大量谐波，对电力系统造成了严重污染，影响农村居民的正常用电，必须对其进行治理。
1.茂名农村中低压电网谐波现状
经调查分析，农村中低压电网谐波来源主要有三方面：其一是来自于企业生产。随着企业自动化控制技术的应用，如电弧炉、频炉，厂房照明用的高压气体放电灯等设备的使用，增加了中低压电网的谐波污染。其二是来自生活用电。如电冰箱、洗衣机、微波炉、电磁炉、空调和调光白炽灯等，虽然这类设备的功率不大，但数量多，不容忽视。其三是来自于供电配电变压器，其磁化电流呈现尖顶形，产生大量奇次谐波，特别是变压器的铁心饱和度越高，所产生的谐波电流也就越大。电力谐波的叠加加大电网电能的损耗，甚至会破坏电力设备。下面以广东茂名市农村地区的中低压电网谐波调查数据进行分析：
1.1厂矿产生的谐波。在乡镇企业中，中频电弧炉的应用较为广泛，由于其技术含量低且投资少的特点，使其成为主要的谐波污染源。农村配电网中居民与乡镇企业共用同一10kV线路的现象很多。我们在茂名信宜选取了一条具有代表性的10kV线路，对线路上的用户进行了分析，用于冶炼的电弧炉在其给定的物理范围内工作时，负载电流会发生变形，在每个电流过零点时，交流电弧须重新燃弧，使电网电压出现闪变效应，同时产生谐波电流注入电网；高压气体白炽灯，放电时有负电阻特性，其谐波特征主要产生3、5、7次谐波。
1.2生活产生的谐波。近几年家电下乡政策拉动了农村电器的普及，电冰箱、彩电和洗衣机等在夜晚出现谐波高峰。其谐波主要是3、5、7次，其中含有率3次为10～13%，5次为3～5%，7次为0.5～2%，7次以上小于0.8%；调光白炽灯或其它家用电器的电力调节电路是通过用可控硅切除正弦电流的一部分来调节负载电流的大小，其特征谐波电流全部为奇次谐波，不同控制角α的谐波电流含量不同，一般地，α越大，谐波电流含量越大。
1.3供电变压器的谐波。据相关数据统计，变压器产生3次谐波时，其电流就可达到额定电流的5%，对广东茂名信宜地区变电站10KV母线电压进行了测量，如下表1所示。从表中可看出，在负荷低谷时期，母线电压的基波电压提高了5%左右，而谐波电压相应的确得到了提高，尤其在7次谐波时，其总谐波提高较多，进而是10kv的母线谐波电压超过了电能质量标准中的谐波限制值，经分析，是因为配电变压器在负荷低谷时，变压器的非线性谐波所造成的。
2.谐波对农村用电的危害
2.1对农村配电网的危害。其一是增加变压器损耗。谐波会大大增加变压器的铜损和铁损，降低变压器有效出力，特别是3次及倍数次谐波对三角形连接的变压器，会在其绕组中形成环流，使绕组过热；对全星形连接的变压器，当绕组中性点接地，而该侧电网中分布较大或者装有中性点接地的并联电容器时，可形成3次谐波谐振，使变压器损耗增加；其二是增加配电线路的功耗。谐波电流使配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，对配电线路会造成绝缘击穿；其三是容易使电子控制设备发生误动。电力控制中构成元件无论是电磁还是热磁，都会导致控制设备发生误动；最后是缩短电容器的使用寿命。由于谐波发生畸变，尖顶电压波极易在介质中诱发局部放电，绝缘介质的老化，缩短电容器的使用寿命。
2.2对用户的危害。其一是电能质量不合格。对电能质量要求较高的企业不能正常生产，严重时导致设备损坏被迫停产，谐波畸变加大电动机的损耗，使电动机的力矩下降，造成电机的振动而降低电机寿命；其二是对电容器的危害。含有谐波的电压加在电容器两端时，由于电容器对谐波阻抗很小，谐波电流叠加在电容器的基波上，使电容器电流变大，温度升高，寿命缩短，引起电容器过负荷甚至爆炸，同时谐波还可能与电容器一起在电网中造成谐波谐振，使故障加剧；其三是对用电设备的危害。电力谐波会使电视机、计算机的图形畸变，严重甚至损害机器。
3.对农村中低压电网谐波治理对策
3.1治理电弧炉的谐波。采用SVC静止无功动态补偿装置对其进行补偿，采用LC无源滤波来进行滤波处理，两种方法治理相结合，既可减少投资，实际效果也非常好。无源滤波器是在谐波源位置安装滤波器，是在已经确定的条件下避免谐波电流进入到电网的措施，在电力系统中装设滤波器，不仅能够提供滤波器接入点系统所需要的部分或者全部的无功功率，而且还能够有效降低交流系统中的谐波电压及电流，并使其降到一个适宜的水平之下。
3.2治理配电变压器的谐波。对于配电变压器所带来的谐波问题，应最大限度使变压器工作在线性负荷区域，这样一来，相对能够较少谐波量。对于季节性用电户则可使用两台变压器并列运行的方式；若遇到变压器空载合闸励磁涌流中出现三次以上谐波，则可采用LC无源滤波的方法对其进行处理。通过利用有关性质，在变压器的次级接入一个容值相对较小的电容，在初级侧就能够得到一个容值相对较大的等效电容，也就不再需要并联一个较大的电容，如下图1所示（Zs表示h次谐波时的谐波阻抗、Vs表示电压型谐波源、Zl表示谐波源负载时的电源阻抗）。根据公式： ，就可计算出滤波器的插入损耗值。
3.3其他治理措施。其一是加强谐波治理的宣传。通过向特定用户发放宣传单，宣扬谐波产生的危害性，强化居民及生产企业对谐波治理的意识，让其充分认识到谐波治理是一项互惠互利的确保电网运行的措施。其二是安装有源滤波设备。奇次谐波污染是谐波污染的来源之一，为了有效减少谐波污染量，则可在检测谐波的基础之上安装有源滤波设备，能够解决传统交流滤波器的不能解决的问题，加上该滤波设备需要考虑的因素相对较少，计算步骤相对简单，投资量少，能够减少谐波量。
4.结束语
随着工矿企业迁移到农村地区，用电设备量逐渐增多，谐波量日益增加已成共识。农村中低压电网谐波治理是一项长期的过程，用电检查人员应对农村电网的谐波情况加以重视，定期对特定线路进行调查和测量，同时加大对生产企业及居民的谐波治理意识，认识到谐波危害。对此，本文对农村配电网谐波治理提出的以上几点对策，希望对后期的谐波治理工作提供参考，确保农村电网能为用户提供高质量的电能供应。
参考文献：
[1] 贺凤园，李正明，关佳军等.一种改善农电网电能质量的谐波检测算法[J].農机化研究，2012，34（3）：217-220.
[2] 郭玮，曹靖，陈祖建等.农村电网中谐波与无功电流检测方法研究[J].山西农业大学学报（自然科学版），2012，32（5）：467-471.
关键词：农村中低压；电网；谐波；现状；对策
近五年来，广东工业产业转移政策大力推进，产业转型发展迅速，加上广东电网近几年对农村电网建设投入很大，农村电网供电可靠性大大提高，大量劳动力密集型企业或小型手工业纷纷从城市迁移到欠发达农村地区。当前，我国社会经济发展对电力供需矛盾稍有缓和，用电客户对电力电能质量要求越来越高，由于部分企业搬迁到农村地区，大量高能耗动力设备的投入运行，大容量电力整流设备和家用电子设备的广泛应用，如电弧炉、晶闸管整流设备、切割机、电冰箱、空调器及洗衣机等，使得农村用电负荷增长迅速，从而也改变了农村用电结构，增加了大量非线性负荷，产生大量谐波，对电力系统造成了严重污染，影响农村居民的正常用电，必须对其进行治理。
1.茂名农村中低压电网谐波现状
经调查分析，农村中低压电网谐波来源主要有三方面：其一是来自于企业生产。随着企业自动化控制技术的应用，如电弧炉、频炉，厂房照明用的高压气体放电灯等设备的使用，增加了中低压电网的谐波污染。其二是来自生活用电。如电冰箱、洗衣机、微波炉、电磁炉、空调和调光白炽灯等，虽然这类设备的功率不大，但数量多，不容忽视。其三是来自于供电配电变压器，其磁化电流呈现尖顶形，产生大量奇次谐波，特别是变压器的铁心饱和度越高，所产生的谐波电流也就越大。电力谐波的叠加加大电网电能的损耗，甚至会破坏电力设备。下面以广东茂名市农村地区的中低压电网谐波调查数据进行分析：
1.1厂矿产生的谐波。在乡镇企业中，中频电弧炉的应用较为广泛，由于其技术含量低且投资少的特点，使其成为主要的谐波污染源。农村配电网中居民与乡镇企业共用同一10kV线路的现象很多。我们在茂名信宜选取了一条具有代表性的10kV线路，对线路上的用户进行了分析，用于冶炼的电弧炉在其给定的物理范围内工作时，负载电流会发生变形，在每个电流过零点时，交流电弧须重新燃弧，使电网电压出现闪变效应，同时产生谐波电流注入电网；高压气体白炽灯，放电时有负电阻特性，其谐波特征主要产生3、5、7次谐波。
1.2生活产生的谐波。近几年家电下乡政策拉动了农村电器的普及，电冰箱、彩电和洗衣机等在夜晚出现谐波高峰。其谐波主要是3、5、7次，其中含有率3次为10～13%，5次为3～5%，7次为0.5～2%，7次以上小于0.8%；调光白炽灯或其它家用电器的电力调节电路是通过用可控硅切除正弦电流的一部分来调节负载电流的大小，其特征谐波电流全部为奇次谐波，不同控制角α的谐波电流含量不同，一般地，α越大，谐波电流含量越大。
1.3供电变压器的谐波。据相关数据统计，变压器产生3次谐波时，其电流就可达到额定电流的5%，对广东茂名信宜地区变电站10KV母线电压进行了测量，如下表1所示。从表中可看出，在负荷低谷时期，母线电压的基波电压提高了5%左右，而谐波电压相应的确得到了提高，尤其在7次谐波时，其总谐波提高较多，进而是10kv的母线谐波电压超过了电能质量标准中的谐波限制值，经分析，是因为配电变压器在负荷低谷时，变压器的非线性谐波所造成的。
2.谐波对农村用电的危害
2.1对农村配电网的危害。其一是增加变压器损耗。谐波会大大增加变压器的铜损和铁损，降低变压器有效出力，特别是3次及倍数次谐波对三角形连接的变压器，会在其绕组中形成环流，使绕组过热；对全星形连接的变压器，当绕组中性点接地，而该侧电网中分布较大或者装有中性点接地的并联电容器时，可形成3次谐波谐振，使变压器损耗增加；其二是增加配电线路的功耗。谐波电流使配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，对配电线路会造成绝缘击穿；其三是容易使电子控制设备发生误动。电力控制中构成元件无论是电磁还是热磁，都会导致控制设备发生误动；最后是缩短电容器的使用寿命。由于谐波发生畸变，尖顶电压波极易在介质中诱发局部放电，绝缘介质的老化，缩短电容器的使用寿命。
2.2对用户的危害。其一是电能质量不合格。对电能质量要求较高的企业不能正常生产，严重时导致设备损坏被迫停产，谐波畸变加大电动机的损耗，使电动机的力矩下降，造成电机的振动而降低电机寿命；其二是对电容器的危害。含有谐波的电压加在电容器两端时，由于电容器对谐波阻抗很小，谐波电流叠加在电容器的基波上，使电容器电流变大，温度升高，寿命缩短，引起电容器过负荷甚至爆炸，同时谐波还可能与电容器一起在电网中造成谐波谐振，使故障加剧；其三是对用电设备的危害。电力谐波会使电视机、计算机的图形畸变，严重甚至损害机器。
3.对农村中低压电网谐波治理对策
3.1治理电弧炉的谐波。采用SVC静止无功动态补偿装置对其进行补偿，采用LC无源滤波来进行滤波处理，两种方法治理相结合，既可减少投资，实际效果也非常好。无源滤波器是在谐波源位置安装滤波器，是在已经确定的条件下避免谐波电流进入到电网的措施，在电力系统中装设滤波器，不仅能够提供滤波器接入点系统所需要的部分或者全部的无功功率，而且还能够有效降低交流系统中的谐波电压及电流，并使其降到一个适宜的水平之下。
3.2治理配电变压器的谐波。对于配电变压器所带来的谐波问题，应最大限度使变压器工作在线性负荷区域，这样一来，相对能够较少谐波量。对于季节性用电户则可使用两台变压器并列运行的方式；若遇到变压器空载合闸励磁涌流中出现三次以上谐波，则可采用LC无源滤波的方法对其进行处理。通过利用有关性质，在变压器的次级接入一个容值相对较小的电容，在初级侧就能够得到一个容值相对较大的等效电容，也就不再需要并联一个较大的电容，如下图1所示（Zs表示h次谐波时的谐波阻抗、Vs表示电压型谐波源、Zl表示谐波源负载时的电源阻抗）。根据公式： ，就可计算出滤波器的插入损耗值。
3.3其他治理措施。其一是加强谐波治理的宣传。通过向特定用户发放宣传单，宣扬谐波产生的危害性，强化居民及生产企业对谐波治理的意识，让其充分认识到谐波治理是一项互惠互利的确保电网运行的措施。其二是安装有源滤波设备。奇次谐波污染是谐波污染的来源之一，为了有效减少谐波污染量，则可在检测谐波的基础之上安装有源滤波设备，能够解决传统交流滤波器的不能解决的问题，加上该滤波设备需要考虑的因素相对较少，计算步骤相对简单，投资量少，能够减少谐波量。
4.结束语
随着工矿企业迁移到农村地区，用电设备量逐渐增多，谐波量日益增加已成共识。农村中低压电网谐波治理是一项长期的过程，用电检查人员应对农村电网的谐波情况加以重视，定期对特定线路进行调查和测量，同时加大对生产企业及居民的谐波治理意识，认识到谐波危害。对此，本文对农村配电网谐波治理提出的以上几点对策，希望对后期的谐波治理工作提供参考，确保农村电网能为用户提供高质量的电能供应。
参考文献：
[1] 贺凤园，李正明，关佳军等.一种改善农电网电能质量的谐波检测算法[J].農机化研究，2012，34（3）：217-220.
[2] 郭玮，曹靖，陈祖建等.农村电网中谐波与无功电流检测方法研究[J].山西农业大学学报（自然科学版），2012，32（5）：467-471.