【摘要】概述電力諧波對(duì)供用電設(shè)備的危害，電容器對(duì)電力諧波電流的放大機(jī)理，分析諧波對(duì)電氣測(cè)量產(chǎn)生的影響，為對(duì)象選擇適合的諧波測(cè)量分析儀提供參考。
　　關(guān)鍵詞：低壓配電網(wǎng);諧波;檢測(cè)
　　
　　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(wú)法正常工作，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的事故。為此，許多國(guó)際組織包括國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)及電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)專門(mén)組織了調(diào)查組，就“諧波對(duì)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(duì)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(wú)功功率的并聯(lián)電容器發(fā)生串/并聯(lián)諧振，造成過(guò)電壓或過(guò)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(wèn)題引起的電容器故障占電容器總故障率的71-83%。
　　（2）使電動(dòng)機(jī)損耗增大，發(fā)熱增加，過(guò)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(huì)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(duì)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(duì)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(guò)大損壞。
　　（4）測(cè)量設(shè)備如電壓表、電流表、電度表等受諧波的影響造成測(cè)量誤差，嚴(yán)重時(shí)可達(dá)到20%。
　　（5）使一些保護(hù)設(shè)備誤動(dòng)作，如繼電保護(hù)、保險(xiǎn)絲等。
　　（6）對(duì)電子設(shè)備的影響：
　　①很多過(guò)零檢測(cè)以基波頻率為準(zhǔn)的設(shè)備，因諧波的影響造成過(guò)零誤動(dòng)作。
　　②半導(dǎo)體器件常常在電壓的過(guò)零點(diǎn)動(dòng)作，以減少電磁干擾和閃變電流，諧波影響了正確的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。
　　③電壓的突變?cè)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(dòng)作，如很高的dv/dt會(huì)使晶閘管導(dǎo)通。
　　④非整數(shù)和超低頻諧波使一些視聽(tīng)設(shè)備受到影響。
　　⑤電壓峰值點(diǎn)的變化影響了電視及計(jì)算機(jī)畫(huà)面的大小和明暗變化。
　　⑥使計(jì)算機(jī)自動(dòng)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(duì)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(duì)1kHz聲音最敏感，因此1kHz左右的高次諧波對(duì)電話通訊設(shè)備的影響比基波大得多
　　（9）諧波電流流過(guò)變壓器線圈，增大附加損耗，時(shí)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(lì)磁系統(tǒng)受到干擾而影響基正常工作。
　　2電容器對(duì)電網(wǎng)諧波電流的放大
　　2.1電容器對(duì)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(wú)功補(bǔ)償裝置，多數(shù)采用并聯(lián)電容器的方式。這樣同時(shí)帶來(lái)了一個(gè)附加的問(wèn)題:由于電容器對(duì)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(huì)使電容器運(yùn)行電流有效值加大，溫升增高，甚至因過(guò)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(duì)于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，電容器對(duì)電網(wǎng)諧波電流的放大是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。電容器對(duì)諧波電流一般放大2~5倍，諧振時(shí)可達(dá)30倍以上。因此，必須認(rèn)識(shí)電容器對(duì)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(gè)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(duì)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(shí)，其電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)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(shí)，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(shí)，稱為電容器諧波電流放大;當(dāng)Ish>Ih和Ich>Ih同時(shí)發(fā)生的時(shí)候，稱為諧波電流嚴(yán)重放大。
　　
　　圖1電網(wǎng)簡(jiǎn)化電路圖圖2電網(wǎng)等值電路圖
　　3諧波功率和諧波對(duì)常規(guī)電氣測(cè)量?jī)x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(jià)值來(lái)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(wú)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(duì)其常規(guī)電氣測(cè)量?jī)x表的影響
　　當(dāng)按照傳統(tǒng)觀念來(lái)觀察諧波對(duì)電氣測(cè)量?jī)x表的影響時(shí)，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(cè)量的綜合有效值，對(duì)電壓和電流指的是方均根值(ms);對(duì)功率則指的是電壓和電流瞬時(shí)值之積(代數(shù)值)在一個(gè)基波周期內(nèi)的平均值。這等價(jià)于頻域中儀表指示的是：
　　（式1）
　　（式2）
　　（式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(duì)儀表轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)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(duì)儀表產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩便愈小)，諧波對(duì)它引起的誤差也愈大。
　　但對(duì)儀表的上述要求與用戶對(duì)儀表的實(shí)際要求并不相同(電工理論實(shí)驗(yàn)的測(cè)試可能是例外)。從電氣量的效益出發(fā)，為了觀察電動(dòng)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(wú)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(duì)設(shè)備工況的制約作用來(lái)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(duì)于功率計(jì)量來(lái)說(shuō)，從動(dòng)能經(jīng)濟(jì)、有功和無(wú)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(cè)量目的來(lái)看，在很多情況下只要求儀表反映基波量，而在測(cè)定設(shè)備工況時(shí)，還需測(cè)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(shí)甚至和測(cè)量宗旨背道而馳。
　　當(dāng)波形畸變率符合國(guó)標(biāo)GB/T14549-93《公用電網(wǎng)諧波》時(shí)，被測(cè)量的綜合有效值與基波有效值之差一般不超過(guò)3%(對(duì)電流)或0.2%(對(duì)電壓)。因此，無(wú)論從哪種觀點(diǎn)來(lái)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(jí)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(cè)量基波的要求，也要滿足測(cè)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(duì)諧波的響應(yīng)和對(duì)基波的響應(yīng)要盡可能相同。
　　0.5級(jí)或精確度更好的電磁式電壓互感器，對(duì)于2kHz以下的頻率具有較好的頻率特性，可以滿足一般測(cè)量需要。對(duì)于頻率很高的諧波量，電壓互感器二次側(cè)的輸出值會(huì)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(cè)量暫態(tài)過(guò)程來(lái)說(shuō)，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(cè)量誤差。為了精確檢測(cè)高頻分量和瞬變過(guò)程，可以不用互感器而利用電阻分壓器、無(wú)感分流器或其他特殊措施。
　　在電壓等級(jí)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(jià)格較低但頻率特性較差，尤其是測(cè)量諧波時(shí)的角誤差較大，故不能準(zhǔn)確地測(cè)量諧波功率。引進(jìn)的電容式電壓互感器中，某些型號(hào)對(duì)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(gè)別型號(hào)的電容式電壓互感器，其末級(jí)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(shí)，互感器本身產(chǎn)生3次諧波電壓，并且出現(xiàn)在開(kāi)口三角繞組上，當(dāng)電網(wǎng)電壓超過(guò)額定時(shí)，開(kāi)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(cè)量要求。
　　4結(jié)束語(yǔ)
　　隨著社會(huì)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(huì)的各個(gè)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(duì)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(lái)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(duì)電網(wǎng)及設(shè)備的危害，詳細(xì)論述了電力諧波對(duì)測(cè)量?jī)x表的影響。
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