黃臻

（華電國際鄒縣發(fā)電廠，山東 鄒城 273522）

諧波存在于電力系統(tǒng)從發(fā)電端到用戶端的全過程每一個(gè)環(huán)節(jié)。抑制諧波，既能有效減少電能損耗、消除影響設(shè)備壽命的不利因素，又能改善電磁環(huán)境，提高發(fā)供電設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。

1 諧波的定義和檢測

諧波的定義是對(duì)周期性非正弦電量進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解，處理得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值（n=fn/fl）稱為諧波次數(shù)。

發(fā)電廠諧波主要是發(fā)電廠電氣系統(tǒng)之中存在非線性電力元件和負(fù)載產(chǎn)生的。主要有非阻性負(fù)載（容性負(fù)載、感性負(fù)載）和電力電子變流設(shè)備等。非線性負(fù)載的電流和電壓為非線性關(guān)系，電流非正弦波，引起電壓波形發(fā)生畸變。這種非線性負(fù)載除了產(chǎn)生基于基頻整次倍的諧波，也可產(chǎn)生低于基頻的次諧波和大于基頻的非整數(shù)倍的諧波。國家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量：公共電網(wǎng)諧波》GB/T 14549-1993規(guī)定了公用電網(wǎng)諧波電壓限值和用戶向公用電網(wǎng)注入諧波電流允許值，是目前發(fā)電廠諧波管理重要的技術(shù)依據(jù)。

諧波電流、電壓和諧波阻抗是諧波檢測的三個(gè)最基本參數(shù)。測量諧波電流一般采用低感分流器和電子式電鉗的測量方法。測量諧波電壓一般采用電阻分壓器或電容分壓器的測量方法。諧波測量設(shè)備一般基于快速傅立葉分析原理，由模擬濾波器和模擬（數(shù)字）相關(guān)器或計(jì)算機(jī)組成。諧波阻抗測量一般是對(duì)所測量的系統(tǒng)外加一個(gè)可控諧波電流源，分別測量其電壓的幅值、相位。實(shí)際工作中，通常采用電能質(zhì)量分析儀、諧波檢測儀來監(jiān)測和分析諧波。將負(fù)載或電氣設(shè)備接入系統(tǒng)的公共連接點(diǎn)選為諧波測量點(diǎn)，測量此點(diǎn)的電壓以及注入系統(tǒng)的電流，取得需要的諧波數(shù)據(jù)。

2 發(fā)電廠常見諧波源

向電氣系統(tǒng)注入諧波電流以及在電氣系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波電壓的設(shè)備統(tǒng)稱為諧波源。非線性電氣設(shè)備是主要的諧波來源。根據(jù)諧波的定義可以得出，電力系統(tǒng)所有環(huán)節(jié)都可能產(chǎn)生諧波，在配電和用電這兩個(gè)環(huán)節(jié)上產(chǎn)生諧波的設(shè)備數(shù)量最多。發(fā)電廠的廠用電系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)組電氣和熱工保護(hù)控制系統(tǒng)恰恰就屬于配電和用電這兩個(gè)環(huán)節(jié)。由于電力諧波知識(shí)專業(yè)性強(qiáng)，了解的人員較少，往往未引起足夠的重視。

（1）發(fā)電廠大型同步發(fā)電機(jī)可產(chǎn)生一定數(shù)量的諧波。在理想狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)的三相繞組完全對(duì)稱，鐵芯完全均勻一致，并不會(huì)產(chǎn)生諧波。但理想狀態(tài)下的發(fā)電機(jī)在實(shí)際應(yīng)用的發(fā)電廠中是不存在的。由于材料、工藝、加工精度等客觀條件的限制，發(fā)電機(jī)制造既做不到三相繞組完全對(duì)稱，也做不到鐵芯完全均勻一致。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生少量的諧波是不可避免的。

（2）發(fā)電廠電力變壓器是重要的諧波來源之一。由于變壓器鐵芯存在飽和現(xiàn)象，非線性特征明顯，變壓器的激磁電流中含有3、5、7等奇次諧波分量。由于一般變壓器的原副邊繞組總有一個(gè)三角形接法，為3次諧波提供了通路，3次諧波無法流入電網(wǎng)，流入電網(wǎng)為高于3次的5、7等奇次諧波。所以變壓器注入電網(wǎng)的電流含大量奇次諧波，諧波電流的大小與變壓器鐵芯飽和度正相關(guān)，鐵芯飽和度越高，產(chǎn)生的諧波電流就越大，危害性也就越大。

（3）發(fā)電廠采用晶閘管整流技術(shù)的設(shè)備，是產(chǎn)生諧波的重要來源之一。在發(fā)電廠中，直流系統(tǒng)充電裝置、UPS、開關(guān)電源、汽機(jī)快冷裝置、螺栓加熱器、控制設(shè)備直流電源等都離不開晶閘管整流技術(shù)。這些設(shè)備應(yīng)用范圍廣、數(shù)量大，且都會(huì)產(chǎn)生大量的諧波。從數(shù)量來說是發(fā)電廠最大的諧波源。

（4）發(fā)電廠廣泛使用的高低壓變頻器是產(chǎn)生諧波的重要來源之一。變頻技術(shù)在發(fā)電廠節(jié)能技術(shù)改造應(yīng)用中越來越普遍。變頻器按照額定電壓來分，主要有兩大類，一種是高壓變頻器，主要應(yīng)用在變載的大型風(fēng)機(jī)、水泵上，如發(fā)電廠吸、送風(fēng)機(jī)、凝升泵、凝結(jié)泵、循環(huán)泵等；另一種是低壓變頻器，主要用在給粉機(jī)、給煤機(jī)、電梯和消防系統(tǒng)穩(wěn)壓泵等一些小型水泵或風(fēng)機(jī)等方面。近年來，高壓變頻器技術(shù)發(fā)展較快，應(yīng)用在發(fā)電廠凝升泵、循環(huán)泵、六大風(fēng)機(jī)等節(jié)能效果明顯，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。尤其是交-交高壓變頻器技術(shù)發(fā)展和國產(chǎn)化程度的提高，促進(jìn)了高壓變頻器迅速普及，變頻器設(shè)備大量應(yīng)用。因變頻裝置一般具有較大功率，所以也會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的諧波污染。由于使用數(shù)量較大，在諧波源中的作用更不可忽視。

（5）充氣電光源是發(fā)電廠典型的諧波來源之一。作為發(fā)電廠主要照明設(shè)備的充氣電光源，是應(yīng)用氣體放電原理的最常見電氣設(shè)備。這種具有明顯非線性特征的用電設(shè)備，在發(fā)電廠生產(chǎn)現(xiàn)場使用數(shù)量最大，應(yīng)用范圍最廣，存在于發(fā)電廠各個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)角落。如日光燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈、高壓汞燈等。

（6）用電環(huán)節(jié)中的電氣設(shè)備也能產(chǎn)生一定量的諧波。如發(fā)電廠生產(chǎn)現(xiàn)場大量使用的空調(diào)器和計(jì)算機(jī)、顯示器、電子電器等，因內(nèi)置調(diào)壓整流元件而產(chǎn)生一定數(shù)量的諧波。發(fā)電廠電氣系統(tǒng)中大量使用各種電動(dòng)機(jī)，也能產(chǎn)生一定量的諧波，也是不可忽視的諧波來源。

3 諧波在發(fā)電廠中的危害性

對(duì)于發(fā)電廠而言，諧波干擾往往是容易被忽視的重大危險(xiǎn)源。由于發(fā)電廠配置的自動(dòng)控制、保護(hù)、測量裝置采用大量的電子元件，容易受到諧波干擾產(chǎn)生誤動(dòng)，一旦控制裝置誤動(dòng)將直接威脅發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。諧波往往會(huì)引起故障錄波器誤啟動(dòng)。系統(tǒng)中存在的不明原因的誤動(dòng)和拒動(dòng)，往往與諧波有關(guān)。配電系統(tǒng)中諧波引起的諧振過電壓，有可能造成絕緣類故障。諧波超標(biāo)會(huì)嚴(yán)重威脅發(fā)電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（1）諧波對(duì)于變壓器的影響。諧波電流會(huì)使變壓器鐵損增加，引起鐵芯過熱，降低變壓器效率，影響變壓器壽命。

（2）諧波對(duì)于電氣電容器的影響更為直接和顯著。由于電容對(duì)于高次諧波的阻抗很小，很容易造成過載損壞。所以對(duì)于電容器設(shè)計(jì)和選型應(yīng)考慮諧波因素的影響。

（3）對(duì)斷路器而言，一般其分合閘回路元件為電磁線圈，可能受諧波的影響誤動(dòng)。同時(shí)，在分閘過程中，由于諧波的存在，當(dāng)斷路器在電流過零時(shí)會(huì)因?yàn)橹C波疊加造成開斷困難，延長了故障電流的切斷時(shí)間。

（4）發(fā)電廠主輔系統(tǒng)中普遍使用的異步電動(dòng)機(jī)，會(huì)因?yàn)橹C波的存在造成附加損耗增加，同時(shí)也會(huì)降低電動(dòng)機(jī)的出力。

（5）電能表是發(fā)電廠重要的計(jì)量工具，關(guān)口電能表更是發(fā)電廠關(guān)乎經(jīng)濟(jì)效益的核心計(jì)量設(shè)備。諧波直接危害是可能會(huì)引起電能表計(jì)量誤差增加，甚至是計(jì)量失效。由此計(jì)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析用于機(jī)組或系統(tǒng)的調(diào)整也會(huì)產(chǎn)生偏差，使得機(jī)組或系統(tǒng)難以運(yùn)行在最佳經(jīng)濟(jì)方式下，更會(huì)因計(jì)量誤差的增大帶來直接的經(jīng)濟(jì)損失。

（6）對(duì)于電力電子變流設(shè)備，諧波有可能造成晶閘管誤觸發(fā)，導(dǎo)致設(shè)備故障停運(yùn)甚至是損壞，也容易引起連鎖反應(yīng)威脅機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（7）高次諧波會(huì)干擾發(fā)電廠通信及信息處理設(shè)備，影響它們的穩(wěn)定運(yùn)行。

（8）諧波對(duì)于人體的危害，主要是對(duì)大腦、心臟的影響以及諧波噪聲對(duì)人體健康的影響。

4 發(fā)電廠抑制諧波的措施和方法

管理諧波的思路主要是抑制諧波，就是采取消除或補(bǔ)償?shù)仁侄螌⒅C波量控制在較低的安全范圍內(nèi)。對(duì)于發(fā)電廠而言，抑制諧波主要采取如下針對(duì)性措施：

（1）重視諧波的危害和掌握諧波相關(guān)知識(shí)非常重要。在管理層面和技術(shù)層面上采取措施，加強(qiáng)對(duì)諧波標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的培訓(xùn)和學(xué)習(xí)，明確抑制諧波是保證電網(wǎng)（包括發(fā)電廠）和設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的基本保證。讓從業(yè)者認(rèn)識(shí)什么是諧波，如何測量和評(píng)價(jià)，了解諧波的成因和危害，掌握抑制諧波的方法和措施。

（2）重視源頭治理。嚴(yán)把設(shè)計(jì)選型關(guān)，新上或改造的設(shè)備，在設(shè)計(jì)、選型方面應(yīng)將該設(shè)備的諧波污染度作為基本指標(biāo)進(jìn)行審核，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)諧波限制的要求。一方面嚴(yán)格根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)審查新設(shè)備的有關(guān)參數(shù)，防止諧波超標(biāo)的設(shè)備接入系統(tǒng)（如整流設(shè)備要求采用不低于12脈沖整流技術(shù)，可消除5、7次諧波等）。另一方面防止電磁兼容不合格的設(shè)備接入系統(tǒng)，引起設(shè)備的不正常運(yùn)行。

（3）發(fā)現(xiàn)不明原因的設(shè)備誤動(dòng)或拒動(dòng)，不可輕易放過。可考慮進(jìn)行諧波檢測分析，查找諧波源產(chǎn)生的位置和原因，判斷是否產(chǎn)生了超標(biāo)的諧波污染。

5 結(jié)語

諧波管理是發(fā)電廠電氣技術(shù)管理中的一個(gè)容易忽略的工作，也是電氣技術(shù)管理更高層次的要求。諧波的檢測、抑制等控制措施是改善電能品質(zhì)、提高發(fā)電設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性的重要手段。加強(qiáng)諧波管理既能保證電能質(zhì)量，又能降低電磁污染環(huán)境，減少能耗，提高發(fā)電設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，滿足發(fā)電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行的需要。