1 前言：

在理想電力系統(tǒng)中，電能是以恒定頻率和幅值的三相平衡正序正弦電壓向用戶供電，但在實際運行中的電力系統(tǒng)，由于負荷是隨機變化的，三相電壓的幅值、頻率、相位差不能保持恒定不變；特別是近幾年來，隨著云南電氣化鐵路、冶金工業(yè)、化學工業(yè)的發(fā)展以及家用電器的普及，電力系統(tǒng)中的非線性負荷（硅整流設備，電力機車，電解設備）、沖擊性負荷（電弧爐，軋鋼機）日益增加，使電網(wǎng)的非線性（諧波）、非對稱性（負序）和波動性日趨嚴重，電壓、電流波形不再是單一的正弦波，包含有高次諧波，對電力系統(tǒng)將會產生十分嚴重的影響，威脅到供用電設備的安全、經(jīng)濟運行。

2 諧波的主要危害（簡述）：

諧波“污染”是電網(wǎng)的公害，它引起的經(jīng)濟損失主要是惡化了電能質量指標，降低了電網(wǎng)的可靠性，增加了電網(wǎng)損失，縮短了電氣設備的壽命，降低了產品質量。諧波的危害主要體現(xiàn)在如下個幾方面：

2．1 增加了電網(wǎng)中諧振的可能，從而造成很高的過電流或過電壓而引發(fā)事故。當電網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)的不利配合和有足夠強的諧波源時，串聯(lián)或并聯(lián)諧波諧振問題就必然成在，將會嚴重損壞一次設備而導致系統(tǒng)事故的發(fā)生。

2．2 對旋轉電機產生有害影響。主要表現(xiàn)在產生附加損耗和轉矩上，危害的嚴重性與諧波電壓、諧波電流以及旋轉電機的型式和結構有關。比如：在感應電動機的定子繞組中所有正序諧波電流都將產生正方向的電磁轉矩，有助于轉子的旋轉，而負序諧波電流的作用恰好相反。對汽輪發(fā)電機的振蕩力矩可能激起汽輪發(fā)電機復雜的耦合振蕩，使轉子元件發(fā)生扭力振蕩并使汽能機葉片屈曲。

2．3 影響電網(wǎng)和供電一次設備的安全運行。

1）諧波電壓可使變壓器的磁滯及渦流損耗增加，使絕緣材料承受的電氣應力增大，而諧波電流使變壓器的銅耗增加，普通變壓器在嚴重的諧波負荷下往往會產生局部過熱，噪聲增大等現(xiàn)象。

2） 除了諧波電壓使電容器產生額外的功率損耗外，諧波還造成電容器與電網(wǎng)其它部分之間產生諧波諧振，發(fā)生危險的過電壓、過電流，引起電容器熔絲熔斷或使電容器損壞。|

3）前蘇聯(lián)曾對兩條同時敷設在相似環(huán)境溫度下的電纜進行試驗，其中一條在基波正弦電壓下運行，另一條在電壓總畸變率為6%—8.5%（主要為5、7次諧波），經(jīng)2.5年運行后，后者的泄漏電流平均高出36%，而3.5年后則高出43%，由此可見，諧波對電力電纜的損壞程度也是相當大的。

4）諧波電壓引起的電壓波形畸變會影響線路電暈電壓，當諧波電壓與基波電壓波峰重合時，可能使線路的電暈問題變得嚴重，而諧波電流流過輸電線路時，因集膚效應使輸電線路的附加損耗增大。

5） 諧波電流較大時將使斷路器遮斷能力降低，這是因為當電流有效值相同時，波形畸變嚴重的電流與基波電流相比，在電流過零點處di/dt可能較大，在嚴重的諧波電流時，一些斷路器磁吹線圈不能正常工作。

2．4 諧波源注入系統(tǒng)的諧波，將會引起系統(tǒng)各類繼電保護和自動裝置誤動或拒動，比如：發(fā)電機的負序電流保護、主變壓器的復合電壓起動過電流保護、母線的差動保護、線路的各型距離保護和高頻保護、故障錄波器、自動準同期裝置以及音頻負荷控制裝置等。

2．5 諧波對計量儀表也會產生影響，比如：感應式電度表對諧波頻率有負的頻率誤差特性，電度表對諧波消耗的功率計量是不足的，在諧波源的情況下，電度表記錄是基波電能扣除一小部分諧波電能，因此諧波源雖然污染了電網(wǎng)，反倒少交電費；在畸變電源供線性負荷時，電度表記錄的是基波電能及部分諧波電能，因此用戶不但多交電費，而且受到損害。|

2．6 諧波還會干擾通信系統(tǒng)、降低信號的傳輸質量，破壞信號的正常傳遞，甚至損壞通信設備；諧波對通信線路干擾的物理機制主要體現(xiàn)在電容耦合、電磁感應、電氣傳導三個方面。

3 云南電網(wǎng)諧波現(xiàn)狀：

九八年、九九年上半年，云南省電力局電網(wǎng)諧波監(jiān)測站對全省十個供電局所轄范圍內的172個點進行了諧波普查，普查對象主要是220kV主網(wǎng)和使用電弧爐等非線性負荷的大型用戶，計算及分析依據(jù)是按GB/T14549—93《電能質量 —公用電網(wǎng)諧波》，其結果是：所有供電區(qū)范圍內均有不同程度的諧波超標，嚴重地區(qū)的超標值已超過限值的4倍以上，大部分超標值均在限值的2倍左右，共有90個超標點，占總測點的53%，電能質量不容樂觀。現(xiàn)列舉部分超標點僅供參考。

4 云南電網(wǎng)諧波防治基本措施

4．1　必要性

根據(jù)云南省電力局電網(wǎng)諧波監(jiān)測站對云南電網(wǎng)諧波普查的情況來看，云南電網(wǎng)諧波問題已經(jīng)比較嚴重，只是人們對電力污染造成電能質量下降的嚴重性遠不如對環(huán)境污染的嚴重性認識那么深刻而已。電能質量造成電能浪費和由此而引發(fā)的事故所造成的經(jīng)濟損失也是難已預料的，例如：1990年4月10日，晉東南電網(wǎng)因運行方式的需要，220kV霍長線停電檢修，220kV長治變由漳澤電廠通過220kV漳長I回單獨供電，向地區(qū)網(wǎng)輸送140MW，系統(tǒng)運行正常；20時18分，太焦電鐵三座牽引站產生的諧波和負序電流經(jīng)110kV系統(tǒng)注入220kV系統(tǒng)，引起該線路送漳澤電廠出線211開關的JGX—11A型晶體管相差高頻保護誤動作，造成晉東南電網(wǎng)瓦解和大面積停電事故，巴公電廠周波降為45.7Hz，與電網(wǎng)解列44分鐘，晉東南11個變電站停電，電氣鐵道停電20多分鐘，電網(wǎng)和用戶均受到較大的損失。因此，對諧波“污染”造成的危害影響加以經(jīng)常監(jiān)測和限制，以及對電網(wǎng)諧波問題的防治技術研究是極為迫切需要的。

4．2　建立有效的電能質量監(jiān)督網(wǎng)絡，做好電能質量普查工作。

建立電能質量監(jiān)督網(wǎng)絡，積極做好電能質量普查工作，特別是諧波普查工作，普查內容應包括：基波電壓、基波電流、負序電壓、負序電流、諧波電壓、諧波電流、功率因素、基波功率、諧波功率、諧波阻抗、諧波方向、電壓波動與閃變動態(tài)變化趨勢及統(tǒng)計數(shù)據(jù)。由于諧波的變化帶有隨機性，諧波造成的事故帶有突發(fā)性，增加了客觀分析諧波危害的困難，因此，在有條件的情況下，應盡可能建立電能質量實時在線監(jiān)測網(wǎng)絡，全面掌握電能質量數(shù)據(jù)的準確性；這是因為電能質量治理工作是一項十分復雜的系統(tǒng)工程，它包括了無功補償、高次諧波抑制、平衡三相負荷、降低損耗等，投資大，技術難度高，必須有準確數(shù)據(jù)才能制定科學的治理方案。

4．3　減小諧波影響的防治措施：列舉如下幾種措施僅供差考。

1）增加換流裝置的相數(shù)或脈動數(shù)。

從表中可以看出，增加脈動數(shù)可以消除部分諧波。

2）增加系統(tǒng)承受諧波能力。將諧波源由低電壓、小容量供電方式改為用高一級電壓、較大容量的供電方式，可以減小諧波影響。例如：昆鋼由原來的溫鋼線110kV供電時，3次、5次諧波超標值為12.48A、6.36A，超標已較嚴重，現(xiàn)改為草鋼、馬鋼220kV供電，供電容量增大，諧波指標均滿足限值要求。

3）消除局部諧振。云南電力系統(tǒng)大部分變電站都裝有用以補償無功功率的并聯(lián)電容器，其并聯(lián)諧振頻率：fp=f1Ö SS/SC，串聯(lián)諧振頻率：fS=f1Ö(St/ SC)-(SL/ SC)2，其中：SS為系統(tǒng)短路容量，SC為電容器組容量，St為變壓器短路容量，SL為負荷容量。當諧波頻率與fp相近時就會發(fā)生并聯(lián)諧振，引起變電站母線諧波電壓升高，諧振支路諧波電流過大；當在并聯(lián)電容器電路中流過很大諧波電流時，就會產生串聯(lián)諧振。電網(wǎng)局部諧振將造成電氣設備因過電壓和過電流而損壞。局部諧振問題花少量費用（主要是測試分析費用）就可解決，即根據(jù)測試分析的情況，調整系統(tǒng)負荷分布或電路參數(shù)即可。

4）防止電容器對諧波的放大。改變電容器的串聯(lián)電抗器，或將電容器組的某些支路改為濾波器，或限定電容器組的投入容量，均可有效減下電容器對諧波的放大并保證電容器組的安全運行。該方法有一定的技術難度，應進行專門的分析、計算和設計。

5）加裝靜止無功補償裝置。靜補裝置的基本結構是由快速可變的電抗或電容元件組合而成，除了綜合改善電能質量這一直接效果外，在電網(wǎng)中已成為控制無功、電壓，提高輸電穩(wěn)定性，限制系統(tǒng)過電壓，增加系統(tǒng)阻力的重要技術措施。靜補裝置的一次性投資大，在制定工程方案時應經(jīng)充分的技術經(jīng)濟比較。

6）采用無源電力濾波裝置就近吸收諧波源產生的諧波電流，降低連接點諧波電壓，是抑止諧波“污染”的一種有效措施。該裝置一般由電力電容器、電抗器（常用空心）和電阻器適當組合而成，它和諧波源并聯(lián)，除起濾波作用外還兼顧無功補償?shù)男枰?。無源電力濾波裝置的結構簡單、運行可靠、維護方便，目前已得到廣泛應用。

7）采用有源濾波器等新型裝置抑制諧波的措施。隨著高功率大電流半導體器件及GTO的發(fā)展，有源濾波器已開始實用化，這種濾波器向電網(wǎng)送入與原有諧波電流幅值相等、相位相同、方向相反的電流，使電源的總諧波電流為零。有源濾波器由于僅補償無功電流，因此裝置容量可以大大減小，相應地降低了損耗；由于它對電網(wǎng)參數(shù)沒有影響，不會引起諧振危險，因而使用靈活，是一種很有發(fā)展前景的諧波補償裝置。

5 結束語

諧波源產生的諧波對電力系統(tǒng)環(huán)境造成的污染，影響到整個電力系統(tǒng)的電氣環(huán)境，包括電力系統(tǒng)本身和廣大用戶，而且其污染影響的范圍大、距離遠，嚴重威脅到電力設備的安全、穩(wěn)定運行，因此，對各種污染源排放的容量加以限制并進行監(jiān)測和管理具有十分重要的意義。隨著我省電網(wǎng)“無功、電壓”工作會議的召開，闡述了電能質量監(jiān)督管理的重要性，明確了管理機構與各發(fā)供電單位的職責，把電能質量納入監(jiān)督考核，標志著云南電網(wǎng)電能質量管理上了一個新臺階。鑒于上述原因，特撰稿一篇，以起到拋磚引玉的作用，供同行們參考。