安科瑞 劉邁

　　摘要：供配電系統的電能質量與人們的日常生活有直接聯系，諧波是影響工業供配電的重要因素，不僅會影響電壓波，還會影響整個供配電系統，甚至會影響人身安全。因此，工業供配電技術人員應了解諧波危害及治理技術措施。基于此，文章對工業供配電的諧波危害及治理技術措施進行研究。首先闡述工業供配電諧波的產生原因和危害，其次分析工業供配電諧波檢測方法；最后詳細分析工業供配電諧波治理技術措施，以期為行業工作人員提供參考。

　　關鍵詞：工業供配電；電能質量；諧波治理；ANAPF系列有源電力濾波器

　　1、引言

　　發電源、輸配電系統、用電設備均能產生諧波，而諧波會造成各種設備跳閘，甚至會加劇設備損耗、縮短設備壽命。諧波包括高次諧波、零序諧波，均會對發電源、輸配電系統、用電設備產生較大影響，嚴重時會造成火災等重大安全事故。現階段，我國電力技術和用電設備飛速發展，諧波源增多，諧波量增大，導致我國工業供配電效率下降、供配電可靠性降低，嚴重影響人們生產與生活。應加強對諧波危害及治理技術措施的研究，以更有效地開展供配電工作。

　　2、工業供配電諧波的產生原因和危害

　　2.1工業供配電諧波的產生原因

　　工業供配電電流中頻率為基波倍數的成分被稱為諧波，而從廣義角度看，受工頻單一頻率影響，任何與工頻頻率不同的成分均可被稱為諧波。從廣義角度，可將諧波細分為次諧波、間諧波等。產生諧波的原因是非線性負載加壓于正弦電壓，基波受影響，電流產生畸變，非線性負載主要有整流器、變頻器等。

　　2.2工業供配電諧波的危害

　　2.2.1增加設備損耗

　　在特定頻率條件下，電容會與其他感性元件形成串聯條件，如果工業供配電系統諧振頻率與諧波頻率吻合，會導致過電壓、過電流。變壓器中如果含有高次諧波，會導致高頻渦流，使變壓器容量降低、使用壽命縮短；如果電容器兩端均產生高次諧波且電容器阻抗較小時，會導致電容器內電路增大，電容器損耗加劇雎1；電動機內產生高次諧波時，會產生趨膚效應，加劇電動機損耗，而電動機內的負序諧波會產生脈動轉矩，使電動機轉動，增加損耗；受諧波影響，電源會形成尖峰電壓，導致絕緣損壞，電纜過熱，甚至引起火災；電子控制設備中出現諧波，會使工作人員誤操作問題增多，進而影響設備控制。通常情況下，輸配線路頻率增加，線路感抗頻率增加，在趨膚效應影響下，輸配線路中的高次諧波逐漸增大，輸配線路損耗隨之增加，加之零序諧波的影響，輸配線路可能會產生過熱問題，進而導致絕緣介質老化，甚至燒毀。

　　2.2.2影響繼電保護和儀器準確度

　　工業供配電系統諧波會增加繼電保護發生概率，導致設備誤動。如諧波會影響甚至燒毀電壓互感器，使繼電保護不能發揮作用。此外，諧波會改變工業供配電各儀器有效值，使測量儀準確度降低，甚至影響設備通信HJ。

　　2.2.3導致意外跳閘

　　在工業供配電中，跳閘是諧波導致的典型故障。如果負荷未達到額定負荷，電路保護裝置就會自動跳閘，保護線路和系統。諧波導致的跳閘受電路保護裝置影響，電路保護裝置的數量和種類較多，每一種電路保護裝置的工作原理有所不同，技術人員根據裝置工作原理找出問題根源。

　　通常情況下，諧波導致跳閘的情況有以下三種：

　　(1)單相整流電路電流波形為脈沖波形，電路短時間內輸出同樣功率，導致電流峰值過大，最終導致跳閘；

　　(2)檢測峰值電流影響電路保護裝置，導致電路保護裝置跳閘；

　　(3)電路保護裝置含有負序電流，且電流中含有負序諧波時也會發生跳閘。

　　2.2.4降低電能質量

　　基波電壓和諧波電流同頻時產生的功率被稱為有功功率，基波電壓和諧波電流頻率不同時所產生的功率被稱為無功功率。諧波會增加無功功率，在無功功率的影響下，電能質量下降，會嚴重威脅設備安全與人員生命安全。

　　3、工業供配電諧波檢測

　　3.1諧波檢測方法

　　目前，行業內主要用參數化和非參數化兩種方法檢測諧波。

　　3.1.1參數化檢測方法

　　參數化檢測方法是利用回歸滑動平均模型和Prony法(或估計法)分析頻率和分辨率的諧波檢測方法，能較為地分析諧波頻率和分辨率。回歸滑動平均模型階數和噪聲問題會影響分析精準度和分辨率。在工業供配電中，Prony法使用較多，該方法受噪聲影響較大且使用過程中需進行大量計算。因此，技術人員需應用最小二乘意義上的擬合來降低噪聲對諧波檢測工作的影響，為諧波處理工作提供保障。

　　3.1.2非參數化檢測方法

　　非參數化檢測方法包括瞬時無功功率理論法、快速傅里葉變換法和小波分析法等。不同方法具備不同特點，瞬時無功功率理論法能滿足快速檢測的需求，具有時效性強的特點；快速傅里葉變換法的計算量較少、計算難度較低，且該方法功能較多，但在諧波檢測精度方面仍有待提高，精度與其他三種方法相比存在差距；一般情況下，需要實時、動態掌握諧波時會使用小波分析法，但該方法不能為技術人員尋求小波函數，且不能用于高頻部分。

　　3.2諧波檢測過程

　　在諧波檢測中，技術人員會根據頻域理論設計諧波處理方案，并根據時域理論確定最終的諧波處理方法。在檢測過程中，技術人員會使用模擬諧波處理器，該處理器能根據頻域理論長時間檢測工業供配電系統諧波。使用模擬諧波處理器時，技術人員應該利用濾波器過濾清除基波電流，并在過濾后獲得諧波。除此之外，技術人員還可使用濾波器獲取基波，并用基波減去檢測電流獲得諧波分量。模擬諧波處理器操作簡單易上手、成本低且易于管控，得到廣泛使用。

　　需要注意的是，采用模擬諧波處理器難以獲得穩定的相幅頻特性，技術人員操作時僅能使用一組濾波檢測特定頻率，如果檢測過程中電網產生波動，檢測度難以得到保障。在檢測過程中，技術人員可綜合分析多種檢測方法的優勢與劣勢，綜合使用多種方法，以提高檢測精準度。

　　4、工業供配電諧波治理技術措施

　　工業供配電中存在沖擊性負荷和非線性負荷，會導致大量諧波，進而增加設備損耗、破壞設備絕緣、對電子設備控制產生干擾。因此，做好諧波檢測、諧波鑒別，并采取針對性措施治理諧波。諧波治理采取科學性強、針對性高的治理方案，以避免擴大污染。根據國家標準，電壓越高，諧波畸變率越大，諧波所帶來的負面影響越大。因此，應根據電壓正確控制諧波或有效諧波。

　　4.1從負載端入手減少諧波

　　在空調、放電燈等非線性負荷影響下，工業供配電系統內產生諧波。因此，減少諧波的有效方法是避免使用或減少使用非線性負荷設備。如工業供配電系統中使用變頻器，技術人員可優先選擇多電平換流裝置，該類裝置的輸出波形與正弦波相差較小，會減少諧波，降低諧波量。

　　工業供配電系統中的非線性用電設備所產生的諧波對電網有較大影響，在此情況下，技術人員需要減少或避免非線性用電設備產生諧波。實際上，可以利用多個變壓器隔離發電機與上級電網，以減少諧波對電網的影響。通常情況下，使用該方法后，110kV高壓電網中的諧波含量趨近于零n01。

　　4.2改進變壓器接線

　　在變壓器接線方面，技術人員可優先使用Y型接法。該方法能消除3倍以上的諧波，達到諧波的目的。通常情況下，工業供配電常用10 kV或以上的電源，輸出電壓為0．38kV、0．66kV，在此情況下，技術人員可使用D，Y接法諧波。

　　4.3提高工業供配電系統的承載力

　　一般情況下，工業供配電系統的容量較小，如受非線性負載影響，會產生諧波，進而對負荷產生較大影響。加大供電容量，增大供電電壓和變壓器容量，系統受非線性負載的影響會減小，能在一定程度上或減少諧波。需要注意的是，更換電力設備需增加成本，管理人員需要在考慮經濟性的基礎上提升系統容量。

　　4.4使用無源電力濾波器

　　無源電力濾波器主要由電抗器和電容兩部分構成。技術人員可發揮無源電力濾波器阻抗值較低的特點過濾諧波。無源電力濾波器結構簡單，在長期使用過程中呈現較高可靠性。同時基于基波頻率，該設備能提供無功補償。因此，無源電力濾波器被廣泛用于高壓配電系統n"。然而，無源電力濾波器其僅能濾除特定諧波，導致系統內諧波放大概率增加，系統運行方式也受諧波放大影響而改變。

　　此外，技術人員可使用與負載串聯的電抗器諧波，通低頻阻高頻是電抗器一大特征，使用電抗器能有效高次諧波。如果工業供配電中需高次諧波，應適當增加電抗器數量。

　　4.5使用有源濾波器

　　將有源濾波器與非線性用電負載相連，使用控制裝置動態監測負載電流，經過計算后能確定負載電流中的諧波。再通過控制逆變器產生諧波電流，諧波電流與系統諧波方向相反、大小相等，能動態跟蹤補償諧波。

　　現階段，相比其他設備，有源濾波器是質效較高的設備。一般情況下，有源濾波器被廣泛用于低壓中小功率領域。需要注意的是，有源濾波器體積大、成本較高，管理人員需考慮成本問題。

　　4.6縮短電源與非線性用電設備的距離

　　縮短電源與非線性用電設備距離的主要目的是減少系統阻抗，為設備提供充足電壓。例如，浙江某工業供配電系統中的主要設備是電弧爐，技術人員已針對該設備采取多種諧波措施，然而，110kV母線的測量結果顯示，母線上仍有大量諧波。解決該問題的方法是在附近建設變電所，變電所與設備的距離未超過4000m，技術人員選擇35kV專線展開連接工作，可以有效諧波。除此之外，該地區還含有多個發電機且都為大容量發電機，縮短非線性負荷電氣距離，可以進一步削減諧波對電網造成的負面影響。需要注意的是，該方法投入較大，管理人員應從發展角度考慮是否使用該方法。

　　5、安科瑞諧波治理產品選型

　　5.1功能介紹

　　ANAPF系列有源電力濾波器并聯在含諧波負載的低壓配電系統中，能夠對動態變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤和補償。

　　ANAPF系列有源電力濾波器通過CT采集系統諧波電流，經控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產生諧波電流指令，通過功率執行器件產生與諧波電流幅值相等方向相反的補償電流，并注入電力系統中，從而抵消非線性負載所產生的諧波電流。

　　5.2產品選型

　　5.3技術參數

　　總結

　　綜上所述，工業供配電諧波危害較大，會損耗設備、降低設備有效性、影響繼電保護、破壞設備絕緣等，甚至對發動機、輸配電線路產生較大影響。工業供配電技術人員應科學分析諧波產生原因，掌握和綜合應用多種諧波檢測方法，以提高檢測度。針對不同諧波可以采取縮短輸電距離、使用變頻器等諧波治理設備、提高工業供配電的承受力等技術措施諧波。

　　【參考文獻】

　　吳文志.工業供配電諧波治理技術措施研究[J].光源與照明,2023

　　張妍.煤礦供配電系統中諧波的分布及治理措施分析[J].礦業裝備，2022

　　安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.6版

　　安科瑞電能質量監測與治理選型手冊.2019.11版