諧波都來(lái)自哪里？都有何影響？如何抑制？

1.引言

如今，隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電力負(fù)荷的種類(lèi)越來(lái)越多，尤其是變頻器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)系統(tǒng)因其流程控制方便、節(jié)能效果明顯、維護(hù)簡(jiǎn)單、網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)點(diǎn)而得到越來(lái)越多的應(yīng)用。無(wú)論是哪種變頻器，它都會(huì)在變頻過(guò)程中輸入輸出端產(chǎn)生高次諧波，輸入端的諧波會(huì)通過(guò)輸入電源線對(duì)公共電網(wǎng)產(chǎn)生影響。輸出端的諧波對(duì)電機(jī)等負(fù)載有很大的負(fù)面影響，使得電網(wǎng)在穩(wěn)定運(yùn)行下產(chǎn)生越來(lái)越多的諧波。諧波都來(lái)自哪里.都有何影響.怎樣檢測(cè).我們今天關(guān)心的是如何抑制等。

2.諧波源

諧波來(lái)源于各種諧波源，所謂“諧波源”它通常指各種特定的電氣設(shè)備，即非線性電氣設(shè)備或非線性電力負(fù)荷。其中，電力電子設(shè)備是電網(wǎng)的主要組成部分，變壓器組組數(shù)量較多.鐵芯電抗器.電弧爐.變頻驅(qū)動(dòng)或晶閘管整流直流驅(qū)動(dòng)設(shè)備.計(jì)算機(jī).用于重要負(fù)載的不間斷電源(ups).節(jié)能熒光燈系統(tǒng).家用電器和電子設(shè)備是諧波源。這些非線性負(fù)載會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)污染、電力質(zhì)量下降、供電設(shè)備故障、嚴(yán)重情況甚至火災(zāi)事故。

3.諧波危害

當(dāng)電力電子設(shè)備容量達(dá)到連接的電網(wǎng)短路容量0時(shí).3至0.當(dāng)5倍以上，或諧波諧振引起的電網(wǎng)參數(shù)較低時(shí)，可能容易在一定范圍內(nèi)引起諧波諧振“諧波不穩(wěn)定”。5.7次諧波含量占總諧波含量的比重較大，其中5次諧波含量占總諧波含量的45%，其中高達(dá)80%。諧波危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)電機(jī)變壓器上高諧波電流的皮膚收集效應(yīng)嚴(yán)重時(shí)，容易造成局部高溫和變壓器銅損傷比例增加。

(2)由于諧波電流與基波磁場(chǎng)的相互作用，會(huì)產(chǎn)生不良的機(jī)械振動(dòng)，加速軸和軸承疲勞，縮短壽命，還會(huì)增加變壓器噪聲。

(3)電機(jī)諧波軸承受較大諧波的電壓容易擊穿軸承潤(rùn)滑油膜，造成放電損壞軸承。

(4)電網(wǎng)中的大量三次諧波導(dǎo)致電力電容器迅速“鼓肚”和“放炮”而退出運(yùn)行時(shí)，三次諧波流過(guò)中線會(huì)使線路過(guò)熱甚至發(fā)生火災(zāi)。

（5）在一定條件下，電力電子設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的瞬時(shí)刺電壓是影響電力電纜局部放電和使用壽命的重要原因，導(dǎo)致電纜絕緣故障損壞。

(6)諧波還可能導(dǎo)致保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)。

(7)諧波信號(hào)頻率高.大能量可以存在電容耦合.電磁感應(yīng).電氣傳導(dǎo)等特性，對(duì)通信產(chǎn)生不可避免的干擾。

(8)諧波超標(biāo)容易損壞電子原器件或縮短電子原器件的使用壽命。

(9)諧波會(huì)導(dǎo)致公共電網(wǎng)局部并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而放大諧波，從而大大增加上述危害，甚至造成其他嚴(yán)重事故。

4.國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

gb／t14549-93電能質(zhì)量-公用電網(wǎng)諧波如表1。

表2為諧波電流允許值，注入公共連接點(diǎn)。

表1 電能質(zhì)量－公用電網(wǎng)諧波標(biāo)準(zhǔn)

表2 注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值

5.諧波測(cè)量

上述諧波的危害使它成為*必要時(shí)，在電網(wǎng)的日常運(yùn)行中檢測(cè)和監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)。由于電網(wǎng)諧波問(wèn)題的復(fù)雜性，很難通過(guò)一定的理論計(jì)算準(zhǔn)確反映電網(wǎng)的實(shí)際情況。通常采用測(cè)量的電網(wǎng)諧波干擾，以確保電網(wǎng)的安全運(yùn)行和高質(zhì)量的電源。

目前，從儀器性能和測(cè)試目的來(lái)看，可分為：諧波檢測(cè)器報(bào)警儀.諧波分析儀.電能質(zhì)量綜合分析儀。發(fā)達(dá)國(guó)家在諧波分析儀的開(kāi)發(fā)和使用方面比較先進(jìn)，儀器功能齊全.測(cè)量范圍廣，使用方便可靠，價(jià)格高。但是國(guó)產(chǎn)儀器性能還是比較差，數(shù)據(jù)采集也不理想，但是價(jià)格比較低。比如:國(guó)產(chǎn)的dxj一系列諧波檢測(cè)儀.美國(guó)fluke電能質(zhì)量分析儀.日產(chǎn)數(shù)字電能分析儀.國(guó)產(chǎn)gxf系列諧波分析儀等。

6.諧波治理

抑制諧波危害的措施主要是對(duì)諧波源本身和傳播路徑的抑制?；舅枷耄阂皇前惭b諧波補(bǔ)償裝置補(bǔ)償諧波，二是改造電力電子設(shè)備本身，減少諧波，功率因數(shù)可控制為1，三是在市政電網(wǎng)中采取適當(dāng)措施抑制諧波，具體方法如下：

6.1抑制諧波所采取的措施

(1)選擇電力電子設(shè)備時(shí)，盡量選擇脈動(dòng)較大或有一定移相角的換流變壓器。12相脈沖整流

thdv大約10%-15%，18相脈沖整流thdv大約3%-8%，缺點(diǎn)是需要專(zhuān)用變壓器，不利于設(shè)備改造，價(jià)格較高；

(2)設(shè)備本體無(wú)法改進(jìn)時(shí)，可在諧波源附近安裝有源電源濾波器，吸收諧波電流，但補(bǔ)償能力小，成本高；

(3)具有諧波互補(bǔ)性的裝置應(yīng)集中，否則分散或交錯(cuò)使用，適當(dāng)限制諧波量大的工作方式；

(4)在用戶進(jìn)線處增加串聯(lián)電抗器，以增加與電氣系統(tǒng)的電氣距離，減少諧波的相互作用；

(5)電源電壓.線路阻抗.找出負(fù)荷特性不平衡的原因，改善電源三相不平衡；

(6)安裝無(wú)功功率補(bǔ)償裝置，抑制電壓波動(dòng).閃變.三相不平衡；

(7)增加供電容量，降低諧波含量；

(8)提高設(shè)備或設(shè)備的性能，提高電氣設(shè)備的抗干擾能力；

(9)信號(hào)線與動(dòng)力線分開(kāi)布線，盡量采用雙絞線減少共模干擾；

(10)在使用通信電子控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加檢測(cè)信號(hào)和輸出控制部分的軟件濾波器，以提高系統(tǒng)本身的抗干擾能力。

無(wú)源電源波的安裝方式簡(jiǎn)單，體積小，.無(wú)功補(bǔ)償效果良好，適用于穩(wěn)態(tài)諧波場(chǎng)所。非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流和濾波器與系統(tǒng)連接點(diǎn)之間的電壓失真，輸出和負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流相等.相反的諧波電流起著補(bǔ)償諧波的作用。動(dòng)態(tài)性能好，響應(yīng)時(shí)間短(15μs)，三相補(bǔ)償諧波電流低的功率損耗(小于設(shè)備額定功率的3%)，適用于臨時(shí)諧波或諧波成分復(fù)雜、變化快、隨機(jī)性強(qiáng)的場(chǎng)所。

6.2運(yùn)用實(shí)例

變頻調(diào)速?gòu)V泛應(yīng)用于工廠，多為6脈沖觸發(fā)變頻器，5次諧波含量較高。我們有一個(gè)980kw／690v西門(mén)子6脈沖變頻器驅(qū)動(dòng)三相異步電機(jī)。諾基亞的一個(gè)無(wú)源電源濾波器并聯(lián)安裝在變頻器的輸入端，主要吸收變頻器產(chǎn)生的5個(gè)諧波。前5個(gè)諧波失真率28.8%，投入使用后變成1.7%，補(bǔ)償率超過(guò)90%?；鞠讼到y(tǒng)的5次諧波干擾，延長(zhǎng)了元器件的使用壽命。無(wú)源濾波器結(jié)構(gòu)中的電容器提高了線路末端的功率因數(shù)，達(dá)到了100%。節(jié)能統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，投資后比投資前一個(gè)月節(jié)電8000多度，經(jīng)濟(jì)效益良好。

7.結(jié)束語(yǔ)

諧波給公共電網(wǎng)帶來(lái)了一定程度的破壞，成為電網(wǎng)的污染源之一。目前，各種方法都有一定的缺點(diǎn)。因此，分析和研究如何抑制諧波也將成為一個(gè)非常重要的課題。

審核編輯：劉清