（中车长春轨道客车股份有限公司动力厂吉林长春130062）
摘要：随着电力电子技术的广泛应用与飞速发展,工厂供配电系统中增加了大量的非线性负载,这些非线性负载在工作时向电源反馈高次谐波,导致供电系统的电压、电流波形畸变,使电能质量变坏。治理好谐波,不仅能降低电能损耗,而且能延长设备使用寿命,改善电磁环境,提高产品的品质。
关键词：电力系统；低压配电系统；谐波问题；防治措施
一、谐波对供电系统的危害
1.1谐波对供电变压器的影响
谐波电流输入供电变压器，将在绕组中产生趋肤效应和邻近效应，铁心磁饱和加剧。谐波电流流过绕组将产生附加损耗（铜损），与铁心有关的铁损（涡流损耗和磁带损耗）亦明显增加。谐波在供电系统中的耗能很显然是一种无功损耗，占用了变压器的容量，加重了变压器的负担。
1.2对柴油发电机的影响
谐波电流通过发电机定子时，使定子绕组发热降低发电机出力，也引起转子的附加功率损耗。
1.3谐波对电容器的影响:
电网内运行的无功补偿电容器，对高频谐波电压反应敏感，电容对高频率呈现低阻抗，电容电流超过正常值，容易造成电容器的过负荷，严重时还损坏电容器。
高次谐波还可以引起系统感抗的电容器容抗之间，因参数匹配而构成并联谐振产生过电压，也可以引起局部串联谐振，从而造成电容器的损坏，甚至爆炸。
1.4谐波对电力电缆的影响:
电力电缆的分布电容对谐波电流有放大作用，电缆绝缘材料中含有的少量气体被电离，并在各种因素作用下，因电离而加速绝缘老化的进程，导致电缆绝缘强度下降，泄漏电流增大，介质损耗增加，输送电力容量降低。
1.5谐波对调光器的影响:
调光器为保证可控硅控制极触发电压的准确，加入了同步电路。较大的谐波会造成整理设备工作的不正常，引起电路的过零检测异常，触发控制系统的误差，破坏控制的准确性。
1.6谐波对电气仪表和系统的影响:
电网内运行的各种电器仪表，都基于工频正弦波设计和工作的，当高次谐波注入电网后，将对网内运行的感应式测量仪表产生指针摆动，造成电气仪表测量的不准确及电能表计量的误差。
二、工厂电网中的谐波
随着现代化工厂生产的快速发展，电力负荷急剧增加，电网中的各种变频调速装置、整流器等的负荷容量在不断增长。大量电力电子功率器件和装置在电网中的广泛应用，在给工厂生产带来能量的同时，也给供电网电能质量造成严重的影响。大量的谐波和无功电流注入供电系统，造成系统效率低下，功率因数变差，并对其他设备和装置产生了扰动，严重威胁到电网的电能质量和电力设备的安全运行。因此，电能质量测试是电网安全运行评价和研究的一项重要内容，而谐波问题是最突出的问题。
选取工厂的低压供电系统，在0.4kV侧测量电网的电压和电流。利用Fluke435电能质量分析仪进行谐波测试。电压测量情况如表1所示。
电网电压波形及频谱分析如图1所示。
从表1中可以看出，电网电压已经超过国家标准规定的低压供电系统中0.4kV系统电网电压畸变率不超过5%的限值。电流测量情况如表2所示。
从表2中可以看出，工厂电网中存在5，7，11，13次谐波和电流波形，电网电流发生了明显的畸变。工厂电网电流畸变率如图2所示。
造成电流畸变现象的原因为企业采用的是6脉动的变流器给电机供电，其特征次谐波是h＝6k±1（k为正整数）次，这与现场的实际情况吻合。现代化工厂供电系统中电能质量最突出和普遍的问题就是谐波，主要的谐波源有各种变频器、整流设备、晶闸管变流设备和一些用于节能的电子控制装置。谐波会给各种用电设备带来危害，轻则增加能耗，缩短设备寿命；重则造成严重的用电事故，直接威胁到工厂的正常生产。
三、工厂供电系统谐波治理措施
3.1对谐波源进行改造
首先从产生谐波的根源入手，各种非线性元件是产生谐波的主要来源，因此，就要从电子装置入手，想办法减少谐波的产生。从测试中可以看出，加强变流的装置周期能够消减脉动次数，降低起伏幅值的大小，进而减少谐波源。采用这种方法就一定要使用波段测试装置，从技术角度干预异常波段。同时，还要在供电系统中应用高频率因数整流器，以自动改造谐波源。
3.2滤波器的选择
滤波器主要分为无源滤波器和有源滤波器。无源滤波器是传统的谐波补偿装置，无源滤波器具有结构简单、工作可靠、投资较少、基本上不需要维护等优点，目前在老旧工厂企业中已有部分应用。但其存在体积大、易造成电压鼓包和电网电压恶化等缺点。随着现代电力电子技术的不断发展，人们将滤波的研究方向转向了有源滤波器。
有源滤波器采用了先进的谐波电流检测技术，可实时检测谐波电流，通过瞬时电流控制，实现谐波电流的动态补偿。有源滤波器可以自动跟踪电网谐波电流的变化，具有高度的可控性和快速响应性。
有源电力滤波器的主电路主要由逆变电路、电感和直流侧储能元件组成。补偿电流主要由有源电力滤波器提供。针对工厂供电系统各配电间配电容量较小和各处谐波电流大小不一的情况，考虑开发小容量模块化有源滤波器，灵活配置后，可对工厂供电系统产生的谐波起到很好的治理作用。
3.3动态补偿一体化
动态补偿一体化就是将无功发生器中自换相的桥式变流电路通过电抗或者直接与供电系统并联，其内部的智能控制单元就能够获取无功补偿。自动调节桥式电路输出的交流电压相位与幅值可使输送进供电系统中的电压处于正弦波形式。这种方式有效发挥了动态补偿和治理谐波的作用。
四、结语
概要叙述了现代化工厂供电的主要特点。其良好的电能质量对于现代化工厂非常重要，而电能质量中最突出的问题是电网谐波。通过现场测试，分析出了工厂电网中的各种变频器、整流器等设备是主要的谐波源，并分析了产生谐波的原因。根据谐波治理的要求，开发易配置和扩容的模块化有源滤波器，对分散性负荷进行就地补偿。通过设备投入后与投入前的电网电压和电流情况对比，发现模块化有源滤波不失为工厂谐波治理的一大利器，具有极高的市场推广价值。
参考文献
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