工业供配电的谐波危害与治理

工业供配电的谐波危害与治理

金闯1廖峰峰2黎晓亮3

（1.广西柳州钢铁集团有限公司（产业发展部）广西柳州545002；

2.3.广西柳州钢铁集团有限公司（华锐公司）广西柳州545002）

摘要：工业运行中大量运用电源装置、电加热器等设备，这些设备一方面为工业运行效率的提升起到了促进的作用。但是谐波问题依然存在。不同类型的谐波所产生的危害也各不相同，在这种情况下，要想在实际的应用中得到有效的改善，那么就要在今后的工作中加以有效的防范。文章就此进行分析。

关键词：工业供配电；谐波危害；治理措施

1.供配电系统谐波的危害

1.1危害电力电缆

在供配电系统中，需要在供配电装置和用电设备之间敷设电缆，大量电缆在电缆桥架或电缆沟内并列敷设。而谐波会增加电缆的额外附加损耗，增加非正常温升；特别是多根电缆或多层电缆紧贴敷设时，热量难以散发，谐波造成的温升问题会更加突出。这使电缆的介质损耗，输电损耗增大，严重影响电缆使用寿命。另外谐波还会导致电缆泄漏电流上升，干式电缆的局部放电增加，引起单相接地故障的可能性增加。

1.2危害电机

对旋转的电动机而言，谐波电流或谐波电压在定子绕组、转子回路及铁芯中会产生附加损耗，导致电机的整体能量转换效率降低。谐波电流也会在电机铜绕线中产生附加损耗，增加非正常温升，导致局部过热、绝缘层老化加速，降低了设备的寿命。另外，电机在严重的谐波负载下振动和噪声都会增大，长时间的剧烈振动会造成金属疲劳甚至是机械损坏。

1.3导致继电保护误动作

在谐波含量不是很大时（例如小于10%），其对电磁继电器的影响不大，但是在谐波含量很大并且谐波衰减又较慢时，电磁型继电器也会误动。谐波对整流型继电器的影响比较大，原因在于整流型距离保护装置要用负序滤波器将三相电流转变为单项电压。当系统电流中含有谐波，并且三相谐波不相等也不对称时，负序滤波器就有很大的谐波输出，使整流出的直流脉动很大因而使保护误启动。

2.工业供配电的谐波产生的原因

2.1运行系统的构成元件方面

供配电系统产生谐波最根本的原因应归为系统内部，在系统内部有部分构成元件为半导体材料，尽管这些材料可以在生产和加工过程中起到一定的提高工作效率的作用，同时还能实现生产的智能化与高效化。但是与此同时，这种材料还会给生产带来一定的弊端，尽管这些材料均是高端原件，但在实际应用过程中会产生一些问题。如这些高端原件在运行时，往往会生产大量谐波，这些谐波会在一定程度上给生产设备带来破坏性的影响，另外，内部输电线路由于受到干扰造成线路紊乱，进而使得内部的供电系统受到破坏，最终危及供电系统的稳定安全。

2.2运行系统的变压器方面

供配电系统中的电力变压器也会产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流的0.5％。

3.谐波治理对策

3.1控制谐波的产生

首先，从根本上对谐波进行治理就要有效的控制其产生，这一问题的出现并不是偶然的，而是在长期的工作中被忽视的结果，因此在处理这一问题时，要及早解决，将问题扼杀在摇篮中，在实际解决的过程中最有效的方式要数降低谐波量，谐波量的出现是在非线性负荷的过程中产生的，因此在实际处理时可以使用三相整流电路，将其中脉动波数聚集在一起，这一过程中所产生的谐波主要类型为特征谐波，特征谐波与上述的脉动波数呈现反比的关系，因此，提升脉动波数就可以有效的降低谐波的数量。除此之外，还可以降低设备自身所具有的容量，一般情况下，整流设备中所含有的容量都是极大的，因而也就造成了谐波的产生，如果从这个方面入手，将其容量进行有效的控制，那么相应的谐波数量也会得到明显的降低，以此达到改善谐波灾害的问题。

3.2解决辐射干扰

采用法拉利笼屏蔽谐波源的高频谐波磁场外逸或屏蔽外来的高频谐波磁场干扰。简而言之，就是把谐波源或易受谐波干扰的电气设备装入铁壳柜体内，门缝及风孔最好也用屏蔽金属在合适间隔粘贴。谐波源的输电线路宜采用3+3屏蔽线，如变频器至电机的输电线路宜采用变频器专用屏蔽线。3+3屏蔽电缆使用时，其中的三根较小的接地线必须两端接地，且屏蔽层只进行一端接地。不管是谐波源还是被干扰设备，其控制线宜采用屏蔽线，并且接线时屏蔽层一端接地。非屏蔽控制线与谐波源输电线路平行敷设时最好穿钢管以屏蔽谐波对其干扰。

3.3装设谐波补偿以及消除装置

配电系统装设无功补偿装置时，应合理配置每一组电容补偿器的电容、电抗器、电阻的参数，形成多组高通滤波装置，既可进行无功补偿，也可分别消除3，5，7……等高次谐波，即无源滤波。配电系统也可装设有源滤波装置，即利用可关断电力电子器件产生与负荷电流中的谐波分量大小相等，相位相反的电流来消除谐波。对于解决电力系统的谐波问题，一方面需要依赖于电气设备的电磁兼容性，另一方面需要我们在谐波治理过程中根据不同的设备类型、不同的使用环境和使用条件提出符合实际工况的解决方案，那么谐波的危害也就不足畏惧了。

综上所述，企业供配电系统谐波危害不仅会影响电子设备的正常、稳定运行，致使设备造成损坏，已经成为严重干扰、影响电网质量的罪魁祸首。所以，需要借助有效的治理对策加以疏导，从而使传导与形成的谐波减少，尽最大程度地保护供电系统，最终大大地提升煤矿生产效率与效益。

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