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摘要：针对智能建筑中大量的电子设备及电气设备产生的谐波对配电系统污染严重的现状，研究了谐波对电力系统设备的影响，提出了谐波治理方法，从而提高公用电网的电能质量及智能建筑的功能和效益。
关键词：配电设备；谐波；防治
随着技术的进步和计算机时代的到来，国家工业化和建筑智能化水平不断提高，大容量电力整流、换流设备以及电子设备在各工业部门和电力系统及其自动控制中的广泛应用，产生谐波的设备及数量均已剧增，并将继续增长。智能建筑中大量的电子设备及电气设备产生的谐波对配电系统污染严重，随着智能建筑及智能小区的迅速发展，若治理不力，这种污染愈来愈重，将成为公用电网的主要污染源。因此现代智能建筑电气设计中必须很慎重地考虑谐波以及它的不良影响，综合治理好智能建筑的谐波和无功功率，对提高公用电网的电能质量以及提高智能建筑的功能和效益等方面有十分重要的意义。
一、谐波的危害
对旋转的发电机、电动机而言，由于谐波电流或谐波电压在定子绕组、转子回路及铁心中产生附加损耗，从而降低发电、输电及用电设备的效率。更为严重的是，谐波振荡容易使汽轮发电机产生振荡力矩，可能引起机械共振，造成汽轮机叶片扭曲及产生疲劳破坏。谐波电压在许多情况下能使正弦波变得更尖，不仅导致电机、变压器、电容器等电气设备的磁滞及涡流损耗增加，而且使绝缘材料承受的电应力增大。谐波电流能使变压器的铜耗增加，所以电机、变压器在严重的谐波负载下将产生局部过热、振动和噪声增大、温升增加，从而加速绝缘老化、缩短变压器等电气设备的使用寿命、浪费日趋宝贵的能源、降低供电可靠性。由于电机、变压器、电力电容器、电缆等负载处于经常的变动之中，极易与电网中含有的大量谐波源构成串联或并联的谐振条件，形成谐波振荡，产生过电压或过电流，危及电机、变压器等负载及电力系统的安全运行，引发输配电事故的发生。电网谐波将使测量仪表、计量装置产生误差，达不到正确指示及计量。断路器开断谐波含量较高的电流时，断路器的开断能力将大大降低，造成电弧重燃，发生短路，甚至断路器爆炸。另外，由于谐波的存在，易使电网的各类保护及自动装置产生误动或拒动以及在通信系统内产生声频干扰，严重时将威胁通信设备及人身安全等。
二、谐波对电力系统设备的影响
对变压器和电动机，谐波电压使铁芯涡流损耗增加，谐波电流使铜损增加，温度上升，绝缘加速老化，降低了效率和利用率，缩短使用寿命。目前为了抑制3次谐波，常用Dyn11接线的变压器，使3次谐波在三角形连接绕组中形成环流，尽量不注入电网。但应注意，当谐波含量较大时，这些环流也可能引起变压器绕组过热。
在谐波电压作用下，电容器会产生额外的功率损耗，加快绝缘介质的老化。更为严重的是，大量谐波电流很可能引发电容器和系统其他元件之间的并联谐振或串联谐振，造成对某次谐波电流的放大和谐波电压的增高。对电力电缆和配电线路，谐波电流频率增高引起明显的集中效应，导线电阻增大，线损加大，发热增加，绝缘过早老化，容易发生接地短路故障，形成潜在的火灾隐患。同时，3次谐波使三相平衡负荷的N线电流显著增加。在配电回路负荷主要是大量集中使用电子计算机和大面积采用电子节能气体光源照明的场合，N线电流甚至达到相线电流的两倍，致使N线过热、烧毁，甚至导致火灾。配电回路的谐波电流含量高会使断路器遮断能力降低。谐波对电力系统的继电保护、计量仪表以及通信系统的设备、信号产生干扰和损害。
三、谐波的控制方法
采用无源调谐滤波器以前，传统的谐波补偿办法主要是采用LC组成的无源调谐滤波器，由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成。它利用电容、电感在谐波频率时发生谐振，提供谐波入地的低阻通路，使谐波导入大地脱离电网。它的优点是：在基波时呈容性，能够同时补偿电网中感性无功功率，具有结构简单、技术成熟、前期投资少、功率容量大、运行可靠性高、运行费用低等优点，一直被广泛使用。但它缺点也较多：受电网阻抗和运行状态影响大，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，甚至过载烧毁；它也只能补偿固定频率的谐波，当所需补偿谐波较多时需装置多组滤波器，既增加了成本也降低了可靠性。有源电力滤波器是20世纪80年代以来逐渐兴起的谐波抑制新方法，目前已成为谐波抑制的一种趋势。与无源滤波器相比，有源滤波器有以下优点：a.为高次谐波电流源，不受系统阻抗的影响。b.没有共振现象，系统结构的变化不会影响补偿效果。c.原理上比LC滤波器更为优越，用一台装置就能完成各次谐波的补偿。d.即使高次谐波的频率发生变化，也能完全补偿。有源电力滤波器的变流电路可分为电压型和电流型，目前实际应用的装置中90%以上是电压型。从与负载连接形式的角度可分为并联型有源电力滤波器和串联型有源电力滤波器两大类。现在运行的装置几乎都是并联型，上述类型既可以单独使用也可以和LC滤波器混合使用。3）高功率因数变流器整流装置是电力系统的主要谐波源。对整流装置改进，使其尽量不产生谐波，并且电流电压同相位，称高功率因数整流器或高功率因数变流器。a.采用整流电路的多重化。b.采用脉宽调制整流电路。c.采用带斩波器的二极管整流电路。d.采用矩阵式变频电路。4）在民用建筑低压配电设计中，尤其是对用电负荷主要为单相用电设备供电的配电干线，中性线（N）的截面积不应小于相线截面积。而对大量集中使用计算机、电视机等电子设备供电的场合，TN系统配电回路的N（PEN）线的截面积不应小于相线截面积的2倍，以增加N线载流量，避免导线过载发热而损坏。5）对应用电子设备和元件较多的配电线路保护，应选用有中性线过流保护的开关电器，并且应适当加大断路器的断流容量，防止短路故障时因断流容量不足损坏开关和设备。6）为防止电力电容器对谐波的放大，以致引起谐振过电压或过电流，对电容器的设置要注意以下几点：a.适当调整电容器的安装位置，以改变网络参数。b.根据可能产生谐振的谐波次数，确定电容器的容量，或调整电容器投切分组容量，以避开谐振点。c.在电容器回路中串联适当的空心电抗器，限制电容器支路的谐波电流。例如，为限制3次～5次谐波电流，可安装相当于电容器容量4%～6%的串联电抗器。7）加强对电子产品生产的管理、检测和监督，鼓励厂家采用有源功率因数校正等新技术，生产低谐波值的电子产品。从源头上对谐波污染进行治理，这是最根本的措施。
结语：
谐波治理是综合治理过程，是改善供电品质的重要手段。GB/T 14549-1993电能质量———公用电网谐波对电网各级电压谐波水平进行了量化限制，对用户注入公用电网的谐波电流也进行了相应的规定，在主网、城网中，谐波治理有明确的规定和要求。作为电力归口管理部门有必要加强谐波治理方面的宣传，强调谐波治理的重要性和投资回报。在对谐波准确测量的基础上，提出适合用户的治理方案。这样做不仅能够改善整个网络的电力品质，同时也能延长用户设备使用寿命，提高产品质量，降低电磁污染环境，减少能耗，提高电能利用率。
参考文献：
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