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所属栏目：建筑设计论文发表 发布时间：2011-02-25浏览量:131
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浅谈低压配电系统谐波治理
冼志伟
中山市广安机电工程有限公司广东中山528400
摘要：低压配电系统中越来越多的非线性负荷应用导致了配电系统遭受到严重的谐波污染，本文针对谐波对配电系统的影响，提出了相应的谐波治理方案，从而提高功率因数，降低谐波影响，进而保障配电系统的稳定性和可靠性。
关键词：配电系统；低压；谐波治理
随着社会的现代化发展,人们对供电的可靠性、电能质量以及供电安全的要求也愈来愈高。目前，各类非线性用电设备的数量以及其在低压用电设备中所占的比例迅速增加，因此，对我国低压配电系统的电能质量进行控制与监测已经愈来愈重要。当代电子设备对电压的波形和幅值变化的敏感度越来越高，电能质量特别是谐波电流已受到社会的广泛关注。
诸如办公大楼、商场、家庭中的变频空调、计算机等负荷都具有非线性特性，会产生很大的谐波。然而，谐波在配电网中流动产生的功率损耗，大大影响了配电网的经济运行。在配电系统中，当工频电压或电流作用于非线性负载上时，便会产生非正弦的电压或电流，用富氏级数展开这类非正弦的电压或电流，便是所谓的电力谐波。当电力谐波反馈到电网时，就会导致供电系统的电压与电流的波形发生畸变，从而大大降低力能质量。
1.配电系统谐波
谐波影响配电系统已是一个由来已久的问题，对于低压配电系统来说，主要是奇数次谐波对其产生不良影响。伴随着电气与电力技术的高速发展，目前配电系统的谐波也由原来仅有的三次谐波变化为多次谐波并存，严重危害到配电系统的安全与正常运行。主要表现为以下两方面：
○1.整流技术与电子技术的广泛应用，导致了配电系统中大量谐波的产生，它的存在大大降低了用电设备的使用效率，增加了用电负荷，损耗了电能，设备若是长期处于过负荷运行状态下，便会引发进一步的安全问题。
○2.为了提高配电系统的功率，无功补偿电容器在配电柜中的安装及运行，大大放大了谐波电压与电流，进一步加剧了谐波对配电系统的影响。
2.谐波对配电系统的危害
2.1谐波畸变产生的干扰
低压配电系统中越来越多的非线性负荷的应用导致了配电系统电源波形畸变，使其电能质量降低。而且，电子设备对其供电电压的谐波畸变非常敏感，电压谐波畸变造成电压过零点漂移或改变了线电压的位置点，使得控制系统对电压过零点和电压位置点的错误判断，从而导致控制系统失控或中断，造成严重的经济损失。
2.2谐波对变压器的影响
对变压器而言，谐波电流主要是增加其铜损与杂散损耗，谐波电压主要是导致其铁损的增加。谐波对其变压器的整体影响是引起外壳与外层硅钢片等固件发热使其温度升高，并且还会使变压器的铁芯的磁泄伸缩，从而导致噪音增大。由谐波所引起的这类损耗与电流和频率的平方成比例的上升，从而使得变压器的基波负载的容量大大降低。由于谐波以发热的形式被用电设备耗散掉，因此，谐波会导致配电系统的功率因数降低，增加其无功电能的损耗。
另外，三次谐波若是侵入三角形连接的变压器，会在变压器的绕组中产生环流，促使绕组发热，增加其损耗。随着铜损、铁损的增加，会导致变压器的额定容量降低，所以在对变压器进行选择时，必须考虑配电网中的谐波含量。
2.3谐波对中性线的影响
三个线电流的矢量和则为中性线电流，它通常是一种较小的不平衡电流。但由于非线性负荷所产生的谐波电流特别是三倍次谐波电流其相位相同，它们在中性线上叠加，从而产生较大的中性线电流，打破系统平衡。实践证明，当有非线性负荷存在的情况下，中性线电流可能比相电流高出1.7倍。中性线电流太大不但加大了配电系统的损耗，而且会导致中性线过载过热，这对配电系统来说是十分危险的。因为配电系统的中性线都是按照其#p#副标题#e#所能承受的较小的，而且中性线的半径一般只有相线半径的一半，因此它很难承受长时间的中性线过载过热，进而便会导致绝缘导线短路，最终导致断线甚至火灾等不可估量的危险发生。
2.4谐波对电缆的影响
在导体中，非正弦波电流所产生的热量大大高于其相同幅值的正弦波电流所产生的热量，这是由于集肤效应而引起的。电缆的集肤效应与其电流的频率有关系，其频率越高越明显。如果电缆中含有高于基波频率的谐波电流，那么集肤效应会更加显著，它会使配电系统损耗的增加，进而导致电缆发热，使其绝缘层受热老化，缩短其使用寿命。
3.谐波的治理方法
就配电系统的谐波治理而言，一般采用设置交流滤波器的方法，与此同时，滤波器还可以为系统提供无功补偿。交流滤波器又可分为有源滤波器、无源滤波器（也称为LC滤波器）。对于低压系统而言，因为其现有的系统结构已较为稳固，通常也只能利用加装滤波器的方法来治理谐波。
3.1有源滤波器
有源滤波器是在系统重要的负荷处，同时依据设备对谐波的敏感度，而配置的动态的有源滤波器，这属于主动式的消除滤波。这种有源滤波器，主要是采用IGBT技术作为开关元件，通过数字信号处理与脉宽调制技术，并根据所检测到的谐波分量，使其产生一个幅值相等但相位相反的反谐波，并向系统注入这种补偿谐波电流，从而彻底抵消非线性负荷产生的谐波电流。这种滤波器的优点就是能根据系统中谐波的变化进行快速的动态的跟踪补偿，而且不受系统阻抗的限制。它的清除效果非常好，对三相电流分别进行滤除，几乎可以清除掉系统97%的谐波，而且没有过补或引起电压波动等副作用。只需要按照系统中的谐波电流的大小，选择配置相应容量的有源滤波器便可。但它的缺点是运行时损耗大，且设备的造价很高，投资大。目前，在发达国家这种技术已广泛采用。
3.2无缘滤波器
无源滤波器是利用LC电路的谐振原理，串联一条谐振支路，为所要滤除的谐波提供一条低阻抗通道，形成滤波补偿系统，使其不注入配电系统，并且在吸收系统中主要滤波的同时补偿无功功率，这是一种被动式的吸收滤波。无源滤波器的结构简单，对谐波的吸收效果也较好，但它只对固有频率的谐波有较好的补偿效果，而且补偿受到配电系统阻抗的影响非常明显。在特殊的频率下，配电网的阻抗与滤波器之间还可能会产生并联或串联谐振。
此外，无源滤波技术又分为调谐与非调谐两种。调谐式的主要目的是滤波，它的效率可达70%以上，但是由于其频率接近，在吸收相应频率的谐波电流所需配置的容量非常大，投入使用时可能造成电压的波动，极易出现过补现象。在其控制技术上，必须使最低次谐波的滤波回路先投入而后切出，否则就会引起低次谐波电流放大，进而产生谐振。这种调谐技术的缺点就是其计算和配置非常复杂，由于系统状态的动态变化，存在着非常大的谐振风险，在实际应用中，不宜采用。非调谐式的滤波技术，其主要目的是要保证补偿，防止谐振，其优点是配置简单，只需考虑功率因数以及最低次谐波的频率，但它的缺点是滤波效果较差。
因此，在滤波器的选择上要综合技术、投资、可行性以及对配电系统的影响等多方面因素来考虑，选择一种经济、有效、可行的谐波治理方案。
4.结论
随着信息技术的飞速发展，以及电子产品的广泛使用，谐波问题会越来越多，所造成的影响也越来越大。谐波治理的主要目的是要根据供电结构和设备的实际情况，提高配电系统的可靠性与稳定性，节能只是其附带的产物。在对低压配电系统谐波治理进行设计时，要着重考虑谐波对设备的实际影响程度，必须意识到节能只是谐波治理的附带效果，彻底消除谐波，保证通信设备的安全才是谐波治理的首要目的。
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