【摘要】概述電力諧波對供用電設(shè)備的危害，電容器對電力諧波電流的放大機(jī)理，分析諧波對電氣測量產(chǎn)生的影響，為對象選擇適合的諧波測量分析儀提供參考。
　　關(guān)鍵詞：低壓配電網(wǎng);諧波;檢測
　　
　　1諧波的主要危害
　　隨著低壓電網(wǎng)中諧波污染的日益嚴(yán)重，常常造成一些設(shè)備無法正常工作，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的事故。為此，許多國際組織包括國際電工委員會(IEC)及電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)專門組織了調(diào)查組，就“諧波對設(shè)備的影響”進(jìn)行了廣泛的調(diào)查，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，危害主要集中在兩方面:①使設(shè)備損耗加大、溫升升高、壽命減小。②使設(shè)備受到干擾，產(chǎn)生誤操作。
　　對各類設(shè)備，其危害具體表現(xiàn)如下:
　�。�1）容易使電網(wǎng)與用作補(bǔ)償電網(wǎng)無功功率的并聯(lián)電容器發(fā)生串/并聯(lián)諧振，造成過電壓或過電流，使電容器絕緣老化，甚至燒壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于諧波問題引起的電容器故障占電容器總故障率的71-83%。
　　（2）使電動機(jī)損耗增大，發(fā)熱增加，過載能力、壽命和效率降低，如果與機(jī)械設(shè)備的共振點(diǎn)相近則會產(chǎn)生機(jī)械共振、損壞設(shè)備。
　　（3）諧波電流使輸電電纜損耗加大，輸電能力降低。對容性電纜線路，諧波使絕緣加速老化、泄漏電流增大，嚴(yán)重的甚至放電擊穿損壞。對三相四線制的供電線路，諧波特別使3次諧波，使中線電流過大損壞。
　�。�4）測量設(shè)備如電壓表、電流表、電度表等受諧波的影響造成測量誤差，嚴(yán)重時可達(dá)到20%。
　�。�5）使一些保護(hù)設(shè)備誤動作，如繼電保護(hù)、保險絲等。
　�。�6）對電子設(shè)備的影響：
　�、俸芏噙^零檢測以基波頻率為準(zhǔn)的設(shè)備，因諧波的影響造成過零誤動作。
　　②半導(dǎo)體器件常常在電壓的過零點(diǎn)動作，以減少電磁干擾和閃變電流，諧波影響了正確的開關(guān)動作。
　�、垭妷旱耐蛔冊斐珊艽蟮膁v/dt，也影響了一些電子設(shè)備，造成設(shè)備的損壞或誤動作，如很高的dv/dt會使晶閘管導(dǎo)通。
　　④非整數(shù)和超低頻諧波使一些視聽設(shè)備受到影響。
　�、蓦妷悍逯迭c(diǎn)的變化影響了電視及計(jì)算機(jī)畫面的大小和明暗變化。
　�、奘褂�(jì)算機(jī)自動控制設(shè)備受到干擾而造成程序運(yùn)行部正常。
　�。�7）諧波造成照明設(shè)備壽命縮短，如果由于諧波的影響而電壓升高5%,則照明設(shè)備的壽命縮短47%。
　　（8）對通訊電路產(chǎn)生諧波電壓的靜電干擾和諧波電流的電磁干擾，由于人對1kHz聲音最敏感，因此1kHz左右的高次諧波對電話通訊設(shè)備的影響比基波大得多
　�。�9）諧波電流流過變壓器線圈，增大附加損耗，時線圈發(fā)熱、絕緣老化加速、壽命縮短，并發(fā)出噪音
　�。�10）使大功率電機(jī)和發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)受到干擾而影響基正常工作。
　　2電容器對電網(wǎng)諧波電流的放大
　　2.1電容器對諧波電流的放大作用
　　在低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)中，由于負(fù)載補(bǔ)償?shù)男枰�，廣泛安裝使用無功補(bǔ)償裝置，多數(shù)采用并聯(lián)電容器的方式。這樣同時帶來了一個附加的問題:由于電容器對電網(wǎng)的投入，使得電網(wǎng)的諧波電流放大。
　　在電容器的運(yùn)行方面，諧波電流的存在會使電容器運(yùn)行電流有效值加大，溫升增高，甚至因過熱而使電容器縮短壽命或損壞;另外諧波電壓疊中于基波電壓之上作用于電容器，可能使其在運(yùn)行中產(chǎn)生的局部放電涌熄滅，進(jìn)而使電容器損壞。
　　對于電網(wǎng)來說，電容器對電網(wǎng)諧波電流的放大是一個不容忽視的問題。電容器對諧波電流一般放大2~5倍，諧振時可達(dá)30倍以上。因此，必須認(rèn)識電容器對諧波電流的放大作用，合理配置電容器和電抗器，避免電氣參數(shù)匹配發(fā)生諧振，控制其諧波電流放大，才能保證電容器、電抗器和整個電網(wǎng)以及在電網(wǎng)中運(yùn)行的用電設(shè)備的安全。
　　2.2電容對諧波電流放大的機(jī)理
　　在電力系統(tǒng)某一有諧波電流注入的母線上接入并聯(lián)電力電容器時，其電力系統(tǒng)的簡化圖如1所示，圖2為其電流分布示意圖。圖中設(shè)諧波源的h次諧波電流為Ih，進(jìn)入電力系統(tǒng)的諧波電流為Ish，進(jìn)入電容器的諧波電流為Ich，Xc為電容器的基波電抗器的基波電抗。電力系統(tǒng)基波的等值阻抗為Zs=Rs+jXs，h次諧波阻抗為Zsh=Rsn+jXsb。進(jìn)入電力系統(tǒng)和進(jìn)入電容器的諧波電流的的分配將因諧波次數(shù)的不同而不同，可能出現(xiàn)Ish>Ih，也可能出現(xiàn)Ich>Ih時，稱為系統(tǒng)諧波電流放大，或稱為諧波電流放大;當(dāng)Ich>Ih時，稱為電容器諧波電流放大;當(dāng)Ish>Ih和Ich>Ih同時發(fā)生的時候，稱為諧波電流嚴(yán)重放大。
　　
　　圖1電網(wǎng)簡化電路圖圖2電網(wǎng)等值電路圖
　　3諧波功率和諧波對常規(guī)電氣測量儀表的影響
　　諧波功率基本上完全屬于功率損耗，而不提供任何有益的功效，相反地卻要縮短設(shè)備壽命。從電力的使用價值來看，基本上只是基波電壓、電流和功率能產(chǎn)生用戶所需有用功效的，諧波不但無用，還要降低各類電力設(shè)備的基波電壓、電流和功率的允許極限值。
　　3.1諧波對其常規(guī)電氣測量儀表的影響
　　當(dāng)按照傳統(tǒng)觀念來觀察諧波對電氣測量儀表的影響時，完全是從主觀上給儀表下的定義出發(fā)。例如給交流電儀表功能下的定義是:反映被測量的綜合有效值，對電壓和電流指的是方均根值(ms);對功率則指的是電壓和電流瞬時值之積(代數(shù)值)在一個基波周期內(nèi)的平均值。這等價于頻域中儀表指示的是：
　�。ㄊ�1）
　�。ㄊ�2）
　�。ㄊ�3）
　　這樣就認(rèn)為不受諧波影響的儀表應(yīng)該具有的理想頻率特性是諧波量對儀表轉(zhuǎn)動部分產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與等量的基波量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩相等。同時也就認(rèn)為，儀表的頻率特性愈差(一般認(rèn)為，相等諧波量的頻率愈高，對儀表產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩便愈小)，諧波對它引起的誤差也愈大。
　　但對儀表的上述要求與用戶對儀表的實(shí)際要求并不相同(電工理論實(shí)驗(yàn)的測試可能是例外)。從電氣量的效益出發(fā)，為了觀察電動機(jī)是否具有足夠的轉(zhuǎn)矩和出力，電力系統(tǒng)是否具有足夠的穩(wěn)定性和電容器是否能提供必需的無功功率，只要求儀表指示出基波電壓和基波電流即可，所以，在波形畸變的條件下，頻率特性愈好的儀表，其指示值愈不準(zhǔn)確。另一方面，從諧波對設(shè)備工況的制約作用來看，還要求儀表指示出峰值電壓、峰值電流、各次諧波的畸變率或綜合的畸變率。對于功率計(jì)量來說，從動能經(jīng)濟(jì)、有功和無功電力平衡以及發(fā)送電設(shè)備的穩(wěn)定功率極限等出發(fā)，都只要求指示基波功率。但為了研究諧波線損和潮流，則還要求另外指示諧波功率。
　　從電力工作者的測量目的來看，在很多情況下只要求儀表反映基波量，而在測定設(shè)備工況時，還需測出峰值量和畸變量。因此，儀表具有理想的頻率特性并不都符合人們的需要，有時甚至和測量宗旨背道而馳。
　　當(dāng)波形畸變率符合國標(biāo)GB/T14549-93《公用電網(wǎng)諧波》時，被測量的綜合有效值與基波有效值之差一般不超過3%(對電流)或0.2%(對電壓)。因此，無論從哪種觀點(diǎn)來看，諧波引起的儀表指示誤差都不大，各種型式儀表的指標(biāo)大致可與儀表的精確等級相符(指普通的電壓表和功率表，以及準(zhǔn)確度較差的電流表)。
　　3.2儀用互感器的頻率特性
　　儀用互感器不僅要滿足測量基波的要求，也要滿足測量諧波的要求。因此，理想的互感器二次側(cè)輸出量的波形應(yīng)該嚴(yán)格地和其一次側(cè)輸入量相符。所以，要求互感器應(yīng)具有盡可能好的頻率特性，亦即對諧波的響應(yīng)和對基波的響應(yīng)要盡可能相同。
　　0.5級或精確度更好的電磁式電壓互感器，對于2kHz以下的頻率具有較好的頻率特性，可以滿足一般測量需要。對于頻率很高的諧波量，電壓互感器二次側(cè)的輸出值會明顯地小于一次側(cè)輸入值除以變比之商，從而相應(yīng)地引起輸出波形失真。其主要原因是頻率愈高，互感器的漏阻抗和渦流的影響愈大。就測量暫態(tài)過程來說，除了高頻分量失真外，由于直流分量的衰減在互感器一次側(cè)和二次側(cè)不一致，還可引起互感器發(fā)生磁飽和和相應(yīng)地增加測量誤差。為了精確檢測高頻分量和瞬變過程，可以不用互感器而利用電阻分壓器、無感分流器或其他特殊措施。
　　在電壓等級很高的電網(wǎng)中(110kV以上)，常常裝設(shè)電容式電壓互感器，其價格較低但頻率特性較差，尤其是測量諧波時的角誤差較大，故不能準(zhǔn)確地測量諧波功率。引進(jìn)的電容式電壓互感器中，某些型號對500Hz以下的諧波電壓也有較好的幅頻特性，但角頻特性仍不好。尚有個別型號的電容式電壓互感器，其末級電容所并接的電磁式電壓互感器的設(shè)計(jì)磁通密度偏高，當(dāng)電網(wǎng)電壓接近額定電壓時，互感器本身產(chǎn)生3次諧波電壓，并且出現(xiàn)在開口三角繞組上，當(dāng)電網(wǎng)電壓超過額定時，開口三角繞組上的3次諧波電壓能達(dá)到lOV左右，這樣的電壓互感器必須更換。
　　電流互感器的頻率特性一般較好，工程上可以滿足5kHz以下的諧波測量要求。
　　4結(jié)束語
　　隨著社會的的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，各種新型的用電設(shè)備在社會的各個領(lǐng)域得到的廣泛的使用，由于設(shè)備運(yùn)行所要求的高安全性和精確性，對電能的使用和需求產(chǎn)生了更高的要求，但非線性負(fù)荷大量使用卻帶來了嚴(yán)重的電力污染，給系統(tǒng)安全運(yùn)行和供用電設(shè)備造成影響及危害。為此，本文從實(shí)際出發(fā)，概述了電力諧波對電網(wǎng)及設(shè)備的危害，詳細(xì)論述了電力諧波對測量儀表的影響。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]吳競昌主編，供電系統(tǒng)諧波[M]，北京，中國電力出版社.2004
　　[2]林海雪，電力系統(tǒng)中的諧波問題[J]，電網(wǎng)技術(shù)，20077（01）
　　[3]林海雪，孫樹勤，電力網(wǎng)中的諧波[M]，中國電力出版社，2006
　　[4]陽若寧，電力系統(tǒng)中諧波的產(chǎn)生、危害及抑制[J]，長沙電力學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2003（05）

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