谐波污染对电力环境的危害及监测治理措施

谐波污染对电力环境的危害及监测治理措施

摘要：随着电力电子设备的广泛应用，谐波问题逐渐被人们认识和了解，因而了解谐波产生的原因及危害，研究谐波的治理措施，对改善供电质量和确保电力系统安全运行有着重要的意义。本文就谐波污染对环境的危害及监测治理措施问题做一点初浅的探讨。

关键词：谐波污染；危害；监测治理

Abstract: along with the wide application of the power electronic equipment, the harmonic problem was gradually people know and understand, therefore understanding harmonic the cause and the damage, the harmonic control measures, to improve the quality of power supply and to ensure the safe operation of the power system has important significance. This paper the harm of harmonic pollution to the environment and monitoring management measures do a little shallow discusses early.

Keywords: harmonic pollution; Harm; Monitoring management

引言

随着电力电子技术的迅速发展，系统谐波成份也越来越复杂，谐波对电力系统带来的危害十分严重，谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短。近年来，人们常在电力系统中采用电力电子装置可灵活方便地变换电路形态，为用户提供高效使用电能的手段，同时出现的非线性负荷，也产生了大量的谐波电流。此外，大量的电力电子设备在给人们生活提供便利的同时，也导致大量的谐波电流注入电网，造成电压正弦波形畸变，使电能质量下降，给发供电设备及用户用电设备带来严重危害。基于上述背景，本文拟对谐波污染对环境的危害及监测治理措施进行深入的研究，为控制谐波污染提供一点参考。

一、谐波污染问题概述

谐波问题是随电力电子技术的出现而相伴产生的。谐波主要由谐波电流源产生，当正弦基波电压施加于非线性设备时，设备吸收的电流与施加的电压波形不同，电流因此发生畸变，谐波电流注入到电力系统中，这些非线性设备就成为电力系统的谐波源。谐波的污染与危害主要表现在对电力与信号的干扰和影响上：在电力危害方面，影响旋转电机等的附加谐波损耗，使其发热，缩短使用寿命；谐波谐振过电压，造成电气元件及设备的故障与损坏；使原来的电能测量定义和方法不适应。在信号干扰方面，信系统产生电磁干扰，使电话通讯质量下降；造成重要的敏感的自动控制与保护装置工作紊乱；影响功率处理器的正常运行。

二、谐波污染产生的来源

谐波会使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率与无功功率，从而降低电网电压，浪费电网的容量。电网谐波来自于三个方面：一是发电源质量不高产生谐波；二是输配电系统产生谐波；三是用电设备产生的谐波。电力系统的谐波源主要有三大类，主要包括：（1）铁磁饱和型：各种铁芯设备，如变压器、电抗器等，其铁磁饱和特性呈现非线性。（2）电子开关型：主要为各种交直流换流装置以及双向晶闸管可控开关设备等。（3）电弧型：各种冶炼电弧炉在熔化期间以及交流电弧焊机在焊接期间，其电弧的点燃和剧烈变动形成的高度非线性，使电流不规则的波动。

二、谐波污染的危害分析

（一）对设备的危害

谐波对旋转设备和变压器的主要危害是引起附加损耗和发热增加，还会引起旋转设备和变压器振动并发出噪声，长时间的振动会造成机械损坏。同时，谐波可干扰通信设备，增加电力系统的功率损耗，使无功补偿设备不能正常运行等，给系统和用户带来危害。此外，谐波会使电容器损耗功率增加，导致电容器异常发热，在电场和温度的作用下绝缘介质会加速老化，也会使其产生机械振动并发出噪声，长期的振动会造成金属疲劳及机械损坏并产生谐波过电压。

（二）对电容器的影响

谐波可引起系统的电感、电容发生谐振，使谐波放大。当谐波引起系统谐振时，谐波电压升高，谐波电流增大，引起继电保护及自动装置误动，损坏系统设备，威胁电力系统的安全运行。同时，当谐波存在于电网中时，投入电容后其端电压就会增大，导致电容器的电流增大最终增大电容损耗功率，如果谐波含量超过电容允许的条件，就会造成电容器异常发热，从而迅速老化绝缘介质。此外，电容器会放大谐波，增大谐波对供配电系统的影响；在导体中非正弦波电流与具有相同方均根值的纯正弦波电流相比，会引起额外温升，引发导体绝缘烧毁。

三、谐波污染的监测治理措施

（一）对谐波源进行监控

对电力系统的谐波进行管理与治理时，首先应弄清电力系统中的谐波源和谐波的分布状态。对于已知的谐波源，通过测量和计算，如在谐波标准允许的范围内，才能接入电网，接入电网后还要继续监控；对没有达到允许谐波标准的谐波源要采取治理措施，防治谐波在系统的扩散分布。如果系统中某些谐波源是未知的，需要在系统中的某些点测量谐波，这涉及到谐波状态估计与谐波潮流分布计算问题。在有多个谐波源的情况下，应采用计算机来计算谐波潮流，才能算

出电力系统各结点的电压波形畸变值及相关支路的谐波分布。

（二）改善系统供电环境

对对于供电系统来说，谐波的产生不可避免，但通过加大供电系统短路容量、提高供电系统的电压等级，尽可能保持三相负载平衡等措施都可以提高电网抗谐波的能力。选择合理的供电电压并尽可能保持三相电压平衡，可以有效地减小谐波对电网的影响。同时，加大供电系统短路容量、提高供电电压等级、增大供电设备容量、尽可能保持三相电压平衡能提高电网承受能力。对谐波源负荷由专门的线路供电，减少谐波对其它负荷的影响，也有助于集中抑制和消除高次谐波。此外，对谐波源负荷由专门的线路供电，减少谐波对其它负荷的影响，也有助于集中抑制和消除高次谐波。

（三）对谐波进行综合性治理

在对谐波进行综合性治理方面，可以从以下三个方面入手：（1）考虑减少谐波源的谐波含量。如对各种大型换流装置，应根据具体情况增加换流装置的相数或脉冲数，减少谐波电流的产生。在一些大型谐波源附近，采用交流滤波装置，吸收谐波电流。（2）增大谐波源母线处的相对短路容量，降低系统的谐波阻抗，减少母线谐波电压。加强对电力系统运行的实时控制，避免轻负荷、高电压的运行状态，减少谐波电压过高，对系统电气设备的影响。（3）在设计和运行中，应注意避开并联电容器与系统感抗的谐振。设置谐波监测点，测量电网中的谐波潮流。在电网及电气设备出现异常情况时，要进行谐波检测分析，如属谐波造成的，则应采取措施，予以消除。

四、总结

随着现代信息技术，计算机技术和电子技术的发展，谐波问题已越来越引起用户和供电部门的重视。针对这一课题深入研究，在设计、制造和使用非线性负载时，采取有力的抑制谐波的措施，不仅能够改善整个网络的电力品质，同时也能延长用户设备使用寿命，降低电磁污染环境。谐波问题是复杂的，要解决供电系统中的谐波问题，必须要多方面共同努力。随着谐波抑制技术的进一步发展和对高效利用能源要求的增强，谐波治理问题最终将会得到妥善的解决。

参考文献

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