沈德田

摘要：谐波主要来源于三个方面，一是发电源质量不高产生；二是输配电系统产生；三是用电设备产生。本文就110KV变电所谐波的治理和应用提出一些建议。

关键词：变电所 谐波治理 补偿

1 谐波简介

1.1 谐波的来源 谐波主要来源于三个方面，一是发电源质量不高产生；二是输配电系统产生；三是用电设备产生。但主要的来源是第三方面。经统计表明，由整流装置产生的谐波占所有谐波的40%，而变频装置常用于风机、水泵等设备中，采用了相位控制，产生的谐波成分很复杂，而且对电网造成的谐波也越来越多。电弧炉、电石炉在加热燃料时产生的谐波电流平均达到基波的45%。家用电器如电视机、计算机、洗衣机也是谐波的主要来源之一。电力系统中有非线性（时变或时不变）负载时，即使电源都以工频50HZ供电，当工频电压或电流作用于非线性负载时，就会产生不同于工频的其它频率的正弦电压或电流，这些不同于工频频率的正弦电压或电流，用富氏级数展开，就是人们称的电力谐波。

1.2 谐波的危害

1.2.1 对电力系统的影响：①造成电网污染，电网电压的严重畸变，影响线路的稳定运行和电网的质量。②供电系统损耗增加，系统功率因数降低；

1.2.2 对电力设备的危害：①电缆电线过热，绝缘老化加速，易损坏并导致线间短路和接地故障引起电气火灾和人身电击事故；②变压器和马达的过热，损坏甚至于烧毁；③补偿功率因数的电容器过热，易损坏，寿命短；④断路器及漏电保护装置、接触器、热继电器等电气保护元件过热，失灵，误动作，接地保护装置功能失常；⑤中性线过负荷、发热，甚至于烧损、着火；

1.2.3 产生对计算机网络、通信、有线电视等弱电系统设备的干扰。

1.2.4 谐波对人体有影响：电网谐波的电磁辐射会直接影响人的脑磁场与心磁场。

2 谐波治理

谐波治理就是在谐波源处安装滤波器，就近吸收谐波源产生的谐波电流，现在广泛采用的滤波器为无源滤波器，另外有利用时域补偿原理的有源滤波器，这种滤波器的优点是能做到适时补偿，且不增加电网的容性元件，但造价较高。无源滤波装置，吸收高次谐波，而所有滤波支路对基波呈现容性，正好满足无功补偿要求，不必另装并联电容器补偿装置，这种方法经济、简便，国内外广泛采用。滤波器的种类。滤波器大致分为以下六种类型：①单调谐波滤波器；单调谐滤波器通频带窄，滤波效果好，损耗小，调谐容易，是使用最多的一种类型。②双调谐滤波器；双调谐滤波器可替代两个单调谐滤波器，只有一个电抗器（L1）承受全部冲击电压，但接线复杂，调谐困难，仅在超高压系统中使用。③一阶高通滤波器；一阶高通滤波器因基波损耗大，一般不采用。④二阶高通滤波器；二阶高通滤波器通频带很宽，滤波效果好，既可调谐振点，又可调谐曲线锐度，并可防意外共振与放大，因此也有以二阶宽通带做低次滤波器。⑤三阶高通滤波器；三阶高通滤波器一般用电弧炉滤波。⑥“C”式高通滤波器。“C”式高通滤波器，用于电弧炉滤波，对二次谐波特别有效。

3 变频器供电系统的谐波治理与无功补偿原理和应用

下面就TSC动态无功功率补偿装置和固定投入的滤波装置的结构、原理作简要介绍。其特点是晶闸管电子开关将滤波器投入、退出电网速率为10mS，无功补偿动态响应时间15mS，各次谐波滤除率80%以上。滤波器为L-C串联滤波器，可以设计成五次、七次、十一次、十三次滤波器或6%电抗滤波器。

3.1 如果负载相电流分别为ia、ib和ic，其对应无功电流分量的有效值是Iaq(t)、Ibq(t)和Icq(t),采用星电容器接法，线间补偿电流的有效值分别为Iab(t)、Ibc(t)和Ica(t)。线间应投入多少单位电容量nab(t)、nb(t)和nca(t)：从包含谐波的负载相电流ib和ic中计算负载三相无功电流Iaq(t)、Ibq(t)和Icq(t)。

3.2 根据负载三相无功电流计算三相补偿电流Iab(t)、Ibc(t)和Ica(t)。

3.3 根据三相补偿电流和网压计算各路应投入多少单位电容naq(t)、nbq(t)和ncq(t)。

为降低辐身干扰，选用铁芯电抗器。装置的核心技术是晶闸管电子开关高速率将滤波器投入、退出电网平滑无冲击。装置内计算机还对散热器温度、补偿电流、电网电压和接触器接点进行监视，在无人值守情况下，实现散热器超温、补偿电流过流和过载、电网电压氛相和相序错、接触器等故障的保护和容错运行。装置运行后，不仅使功率因数大于0.95，而且使谐波电流和网压畸变率均达到GB/T14549-93国家标准。

为避免谐波放大，为减少投切冲击和防止补偿网压提升，电容量应做得较小，使网压提升不超过1.5%。实际运行时，谐波电流是基波电流的四、五倍。这对铁芯电抗器和谐波滤波器都有较高的设计要求。装置内计算机对补偿电流过流和过载、电网电压缺相和相序错、接触器等故障的保护。滤波装置投入运行后，变压器输出电流接近正弦。

4 谐波的治理

4.1 谐波治理标准GB/T 14549-93《电能质量公用电网谐波》

该标准对不同电压等级各次谐波允许注入值都作了具体规定（略），其规定公用电网谐波电压（相电压）限值。

4.2 治理谐波方法 目前，我们国家谐波管理遵循“谁干扰，谁污染，谁治理”的原则。我国国家技术监督局于1993年发布了GB/T14549－93《电能质量公用电网谐波》的国家标准，标准中明确规定了公用电网电压谐波限值。

治理谐波方法有：①增加换流装置的相数或脉冲，减少换流装置产生的谐波电流。②改变非线性负荷接入电网的接入点。把谐波产生容量大的设备接入到高一级电网的母线，或增加非线性负荷到对谐波敏感负荷之处的电气距离。③在谐波源处或在适当的母线上加装电感、电容式或其他型式的滤波器，吸收谐波电流。④对于无功冲击很大的负荷，有时需要同时加装静止无功补偿装置和滤波器，才能有效抑制谐波。

随着变频器的广泛应用，变频器供电系统的谐波治理与无功功率补偿的意义逐渐被人们所认识。变频器供电电源按傅立叶级数可以分解为基波有功电流，基波无功电流，谐波和间谐波电流。

基波无功电流占用电网容量；导致网压波动；在供配电设施产生热损耗；降低了供配电设施运行可靠性。谐波和间谐波的集肤效应使输电线等效截面积变小，线路损耗增加；铁芯中附加高频涡流损耗；谐波和间谐波电流导致网压波形畸变和辐射干扰，引起同一电网下其它负载出力减小，损耗增加，甚至误动作。变频器用量较大的车间，用电容器直接进行无功力率补偿虽然可以大副度降低基波无功电流，但是必然出现谐波放大现象。这时，供电电流和电容器电流中谐波和间谐波电流大副度增加，电容器由于超温和过压而损坏，供电变压器温升加大。为避免谐波电流大副度增加，谐波治理与无功功率补偿必须同时进行。

从基波的无功电流，谐波和间谐波电流的危害上可看出：采用就地谐波治理与无功功率补偿可以获得最大的效益。根据我们的经验，采用就地谐波治理与无功功率补偿，一年或一年半时间即可从节能中回收全部投资。

5 结束语

谐波治理就是在谐波源处安装滤波器，就近吸收谐波源产生的谐波电流，现在广泛采用的滤波器为无源滤波器，另外有利用时域补偿原理的有源滤波器，这种滤波器的优点是能做到适时补偿，且不增加电网的容性元件，但造价较高。无源滤波装置，吸收高次谐波，而所有滤波支路对基波呈现容性，正好满足无功补偿要求，不必另装并联电容器补偿装置补偿。