电力谐波系统分析对安全生产的干扰和危害及电力谐波消除治理方法

（一）、什么是谐波：
　　电力系统中有非线性（时变或时不变）负载时，即使电源都以工频50HZ供电，当工频电压或电流作用于非线性负载时，就会产生不同于工频的其它频率的正弦电压或电流，这些不同于工频频率的正弦电压或电流，用富氏级数展开，就是人们称的电力谐波。

在电力系统方面，谐波是指多少倍于工频频率的波形，简称“次”，是指从2次到30次范围，如5次谐波电压（电流）的频率是250赫兹，7次谐波电压（电流）的频率是350赫兹；超过13次的谐波称高次谐波。

从图二看出电压波形有开口，电流波形是方波，与图一所示波形有很大的差别。
电力谐波对电力网（包括用户）危害是十分严重的，它是一种电力污染，
　　随着经济发展，大功率可控硅的广泛应用，大量非线性负荷增加，特别是电子技术、节能技术和控制技术的进步，在化工、冶金、钢铁、煤矿和交通等部门大量使用各种整流设备、交直流换流设备和电子电压调整设备，电熔炼设备、电化学设备、矿井起重设备、露天采掘设备、电气机车等与日俱增，同时种类繁多的照明器具、娱乐设施和家用电器等普及使用，使得电力系统波形严重变形。
(二）电力谐波的主要危害有：
（1）引起串联谐振及并联谐振，放大谐波，造成危险的过电压或过电流；
（2）产生谐波损耗，使发、变电和用电设备效率降低；
（3）加速电气设备及电力变压器绝缘老化，使其容易击穿，从而缩短它们的使用寿命；
（4）使设备（如电机、继电保护、自动装置、测量仪表、电力电子器件、计算机系统、精密仪器等）运转不正常或不能正确操作；
（5）干扰通讯系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正确传递，甚至损坏通信设备。
（6）使开关（断路器）过载，造成经常性跳闸。由于谐波电流在导体表面流动，引起导体发热，降低了开关的实际容量所致。
（7）使无功补偿设备部件损坏，无法进行无功补偿，加大线路损失，降低变压器额定容量。
（8）对变电所的继电保护产生干扰，易造成保护误动作，导致区域性停电事故。
（9）对家用电器产生危害，如空调、微波炉、电视等。
（三）谐波的治理：
1）谐波治理标准
　　GB/T 14549—93 《电能质量 公用电网谐波》
该标准对不同电压等级各次谐波允许注入值都作了具体规定（略），其规定公用电网谐波电压（相电压）限值。
2）谐波治理
　　谐波治理就是在谐波源处安装滤波器，就近吸收谐波源产生的谐波电流，现在广泛采用的滤波器为无源滤波器，另外有利用时域补偿原理的有源滤波器，这种滤波器的优点是能做到适时补偿，且不增加电网的容性元件，但造价较高。无源滤波装置，吸收高次谐波，而所有滤波支路对基波呈现容性，正好满足无功补偿要求，不必另装并联电容器补偿装置，这种方法经济、简便，国内外广泛采用。
滤波器的种类，滤波器大致分为以下六种类型：
(a)—单调谐波滤波器；(b)—双调谐滤波器；
(c)—一阶高通滤波器；(d)—二阶高通滤波器；
(e)—三阶高通滤波器；(f)—“c”式高通滤波器。
单调谐滤波器通频带窄，滤波效果好，损耗小，调谐容易，是使用最多的一种类型。
　　双调谐滤波器可替代两个单调谐滤波器，只有一个电抗器（L1）承受全部冲击电压，但接线复杂，调谐困难，仅在超高压系统中使用。
　　一阶高通滤波器因基波损耗大，一般不采用。
　　二阶高通滤波器通频带很宽，滤波效果好，既可调谐振点，又可调谐曲线锐度，并可防意外共振与放大，因此也有以二阶宽通带做低次滤波器。
　　三阶高通滤波器一般用电弧炉滤波。
　　“C”式高通滤波器，用于电弧炉滤波，对二次谐波特别有效。
（四）、补偿：
　　 企业中由于大量的电力负荷是感性负荷，因此企业的自然功率因数较低，如不采用人工补偿，提高功率因数，将造成如下不良影响：
a、降低发电机的输出功率，当发电机需提高无功输出，低于额定功率因数运行时，将使发电机有功输出降低；
b、降低了变电、输电设备的供电能力；
c、使网络电力损耗增加（网络中的电能损失与功率因数平方数成反比）；
d、功率因数愈低，线路的电压降愈大，使得用电设备的运行条件恶化；
e、月均功率因数低于0.9（小型低压用户或农业用电为0.8），将受到“电力罚款”。
上述可见，提高功率因数不仅对电力系统，而且对企业经济运行有着重大意义。
在考虑提高功率因数时，应首先提高企业用电设备的自然功率因数，当采取措施后还达不到供电部门要求时，采用人工补偿装置。一般除在容量较大、经常运行的恒速机械（如水泵、空压机、鼓风机、电动发电机组等）上采用同步电动机补偿外，其它的应安装并联电容器进行补偿。
1）并联电容器补偿容量的计算
QC = α P30 qc
ＱＣ：需要补偿的无功容量，kvar；
P30:全企业有功计算负荷，ＫＷ；
α：平均负荷系数，取0.7～0.8；
qc:补偿率，kvar/KW 可在有关手则查得，也可按下式计算：
2）并联电容器的装设地点
a、集中补偿方式。将高压电容器集中安装在总降压变电所或功率因数较低、负荷较大的配电所高压母线上。
b、分散补偿。对用电负荷分散和功率因数较低的车间变电所，采用低压并联电容器安装在低压配电室。
C、就地补偿。对距供电点较远的大、中容量连续工作制的电动机（如风机、水泵、压缩机、球磨机等），应采用电动机无功功率就地补偿装置。它不仅提高功率因数，且减少线路损失，减小总电流，提高变压器负载率有明显效果。但单机补偿容量不宜过大，应保证电动机断电时不致因自激磁出现过激磁，否则易损坏电动机。就地补偿装置与电动机共用一台断路器，同时投切。
3）对高次谐波的抑制措施
　　 为了减少和避免高次谐波对并联补偿装置的危害。为减少谐波电流流入电容器和合闸涌流，可串适当的电抗器。其感抗值应在可能产生的任何谐波下，均使电容器回路的总电抗为感抗，从而消除谐振的可能。
　　如对6脉冲整流线路，有5次以上谐波，XL=4.5%～6%XC；对有3次谐波的线路XL=（12%～13%）XC。
　　为了防止可能出现铁磁谐振，一般应采用无铁芯电抗器。
“谐波”一词起源于声学。有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪已经奠定了良好的基础。傅里叶等人提出的谐波分析 .