林先岩
广东天能电力设计有限公司 广东佛山 528000
摘 要：在电力工业快速发展下，10kV电力系统及设备呈复杂化、多样化趋势，在运行过程中不可避免会产生谐波，严重污染电力系统，造成供电效率低下、电压畸变等问题，浪费大量电力资源。基于此，文章对开展10kV电力系统谐波的研究意义进行论述，深入分析电力系统中谐波的危害和污染原因，并提出具体综合治理措施，以期达到消减或解决谐波污染的目的。
关键词：10kV；电力系统；谐波；综合治理；措施
10kV电力系统从运行初始便会产生谐波干扰，这是因为电力系统运行过程中，各种调压变频装置及大功率环流设备被使用，产生大量非线性负载，不断加重电力系统中电压波畸形程度，对其他输配电设备造成干扰，导致电流和电压波形失真，不仅会降低其使用寿命，还会浪费大量电能。因此，需要加大谐波治理研究力度，减少资源浪费，提高电能质量，确保10kV电力系统安全稳定。
1.10kV电力系统谐波研究的意义
所谓谐波，也被称为高次谐波，是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍，谐波次数为正整数。我国谐波问题研究始于20世纪八十年代末期，其研究起因为谐波严重影响了电能生产、输送及利用有效率，不仅会引发电力系统局部并联谐振、串联谐振等反应，扩大谐波含量，使得电容器烧毁，还会产生噪音、绝缘老化、继电保护、自动装置动作出错等问题，导致电能计量混乱，损害企业经济效益[1]。因此，相关人士开始投入研究领域，积极探寻科学、有效且环保的治理技术及措施，以提升电能质量，促进电力行业绿色发展、环保发展、节能发展的目的，具有十分积极的现实意义。
2.10kV电力系统谐波危害及污染原因
2.1 谐波危害
10kV电力系统谐波危害主要包含以下几点：（1）输电线路损耗增大，谐波电流在运输过程中处理会引发谐波压降外，还会增加输电线路输电功率，在一定情况下还会显著改变电压波形，导致尖峰等问题，大幅缩短电缆绝缘使用寿命，甚至还会导致局部放电问题出现[2]；（2）增加电容器介质损耗，加快电容器绝缘老化速度，缩短其使用寿命；（3）增加变容器损耗，谐波电流在变容器中通过时，其波形特性会额外增加变压器铜损耗，尤其是高次谐波，相关效用会更加明显；（4）影响电力计量准确性，谐波干扰下，常用电力测量仪器会受到影响发生畸变，出现测量数据失真、测量结果不准确等问题，且人工难以识别；（5）影响通讯系统，当电力线路与通信线路平行架设时，谐波会经由磁场耦合干扰通信线路中电压，影响通信系统正常运转；（6）继电保护装置误动作，以数字继电器为例，谐波会产生畸变电压或变电流对其电路系统造成影响，引发跳闸等误动作。
2.2 谐波污染原因
10kV电力系统谐波污染产生原因主要包含以下三方面内容：一是配电系统，配电系统中电压变化需要电磁反应参与，在实际运行中，磁化曲线会因为铁芯饱和现象而发生变化，形成谐波根源，使得电压随着曲线变化而出现相应谐波，且铁芯饱和程度越深，谐波越大；二是非线性载荷，电力系统中各种正弦波用电设备被接入至系统中，环流设备也需要转化正弦波，从而产生大量谐波电流，影响电力系统；三是电源，发电过程中，发电机会出现电磁感应偏差和，导致电枢表面出现波动，磁感应强度也难以遵守正弦分布，导致电压波动形成谐波。
3.10kV电力系统谐波的综合治理措施
3.1 加强源头控制
在10kV电力系统谐波治理中，加强谐波污染源头控制，是有效控制和解决谐波污染的重要措施，能显著提升电力系统运行稳定性，还能降低治理成本，具有一定经济价值[3]。
一方面，可以采用转换脉宽的方式，在脉冲宽度调制（PWM）时，需要利用傅里叶级数展开式进行定量计算，确保电压波形分解程度达到四分之一时仍处于对称状态，以便稳定消除谐波，该方法有一定局限性，在实际应用过程中，不可避免会产生误差，出现不对称情况，无法彻底消除谐波；另一方面，可以采用增加脉动数值的方法控制谐波源头，相关理论指出，脉动数值增加，谐波会相应减少，因此需要在谐波产生较多的交流电幅值波动频率较低的区域，尽可能增加脉动数值，以减少谐波，该种方法也存在一定弊端，受现有技术限制，当脉动数值增加至一定区间后，交流器体积会显著增大，交流过程稳定性也将降低，增加控制难度。
3.2 采用合适滤波器
除主动控制滤波污染源头后，还可以采用增设谐波滤波器的方法，能有效降低谐波，使用过程也较为简便，在目前谐波污染治理中已经形成了一个较为成熟的体系，具有十分广阔的应用前景。从有源滤波器（AFP）方面看，这是目前较为主流的一种治理措施，具有有效补偿频率和幅值均变化的谐波，具体包含并联式、串联式、串并联式三种，其中，并联式滤波器，会向10kV电力系统中切入与谐波电流同等大小但方向相反的电流，抑制谐波电流扩散（具体工作原理见图1）；串联式谐波器，可作为受控电压源存在，具有改善电压波动、消除电网中电压型谐波的作用[4]；串并联式滤波器，即统一电能质量调节器，不仅能抑制电网中谐波扩散，还能进行无功功率补偿、稳定电压波动，综合了并联式和串联式优点，是十分理想的一种谐波治理措施。
图1 并联式有源谐波滤波器
从无源滤波器（PPF）方面看，无源滤器常见类型为单调谐波滤波器、二阶高通滤波器、三阶高通滤波器、C型高通滤波器、一阶高通滤波器等，在实际应用时主要基于无源滤波器对N次谐波的谐振特性，在谐波产生电气设备或连接点附近设置相应谐波滤波器，能够有效吸收谐波电流，具有操作简单、维修简单及结构简单的优势[5]。
3.3 进行动态无功补偿
除上述两种谐波污染治理措施外，还有一种被动治理措施，也就是动态无功率补偿措施，在实际操作过程中，（1）可以采用无源动态无功补偿装置（SVC），一种静止并联无功补偿或吸收装置，能够调整输出电流以控制电力系统特定参数，借助SVC跟踪检查10kV电力系统，即能治理谐波也能实现无功补偿，具有较高经济效益，目前有TCR（晶闸管投切）+FC（滤波器）和MCR（磁控电抗器）+TC（滤波器）两种。并且该装置使用频段较高，可以与HAPF谐波检测技术进行配套使用，能有效解决谐波导致的电力系统稳定性下降问题。（2）可以采用静止同步补偿器（STATCOM）装置，相当于一个可控无功电源，能够并联在电力系统中，自动补偿电力系统中所需无功功率，实现动态无功率补偿，消除小波。这种装置参数变化较为简单，主要通过控制电源实现有功与无功转换，以达到三相见不对等情况，提升电力系统谐波承受能力。
4 总结
总之，在10kV电力系统中，谐波产生的危害有很多，企业及相关人员应当基于谐波产生原因，采用加强源头控制、采用合适滤波器、进行动态无功补偿等措施，综合治理电力系统中谐波污染，优化系统运行环境，提高电力系统工作效率，保障电能质量。
参考文献
[1]李海洪, 吕镇江, 刘鹏,等. 关于谐波对10kV配电网络触电电流的影响研究[J]. 中国战略新兴产业, 2017, (08X):163-163.
[2]陆华, 梁徐斌, 蔡秋烨. 电力系统谐波背景下10kV串联铁芯电抗器噪声分析[J]. 上海节能, 2017(4).
[3]封颖. 电力系统谐波对继电保护的影响[J]. 山东工业技术, 2018, (010):169-169.
[4]魏真钢, 王勇, 王俊刚,等. 变电站10kV电容器故障分析与运行维护探讨[J]. 百科论坛电子杂志, 2018, (013):539.
[5]何伟劲. 配网线路无功补偿装置谐波治理技术[J]. 今日自动化, 2019, (005):P.119-120.