電能質(zhì)量治理直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的供電安全和供電質(zhì)量，從技術(shù)上講，影響電能質(zhì)量的因素主要包括三個(gè)方面：
（1）自然現(xiàn)象的因素，如雷擊、風(fēng)暴、雨雪等對(duì)電能質(zhì)量的影響，使電網(wǎng)發(fā)生事故，造成供電可靠性降低。
（2）電力設(shè)備及裝置的自動(dòng)保護(hù)及正常運(yùn)行的因素，如大型電力設(shè)備的啟動(dòng)和停運(yùn)、自動(dòng)開(kāi)關(guān)的跳閘及重合等對(duì)電能質(zhì)量的影響，使額定電壓暫時(shí)降低、產(chǎn)生波動(dòng)與閃變等。
（3）電力用戶的非線性負(fù)荷、沖擊性負(fù)荷等大量投運(yùn)的因素，如煉鋼電弧爐、電氣化機(jī)車(chē)運(yùn)行等對(duì)電能質(zhì)量的影響，使公用電網(wǎng)產(chǎn)生大量的諧波干擾、產(chǎn)生電壓擾動(dòng)、產(chǎn)生電壓波動(dòng)與閃變等。
電能質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)中，電源電壓質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)是一項(xiàng)重要的內(nèi)容，它主要以頻率質(zhì)量指標(biāo)和電壓質(zhì)量指標(biāo)來(lái)衡量。頻率質(zhì)量指標(biāo)為頻率允許偏差的標(biāo)準(zhǔn)；電壓質(zhì)量指標(biāo)包括電壓幅值質(zhì)量和波形質(zhì)量。幅值質(zhì)量包括電壓允許偏差、電壓波動(dòng)和閃變、三相電壓不平衡度、瞬時(shí)過(guò)電壓與暫態(tài)過(guò)電壓等。波形質(zhì)量包括諧波含量和電壓正弦波波形的畸變率。
電壓主要是受到大容量非線性負(fù)荷及沖擊性負(fù)荷的影響。凡是具有非線性阻抗特性的電氣設(shè)備都是電能質(zhì)量的污染源，包括各種電力電子設(shè)備的用電負(fù)荷、煉鋼電弧爐負(fù)荷、電力機(jī)車(chē)負(fù)荷等，使電網(wǎng)中產(chǎn)生電壓波動(dòng)與閃變、產(chǎn)生高次諧波電壓、造成系統(tǒng)電壓不平衡等，從而引起電壓正弦波形畸變。沖擊性負(fù)荷的影響，主要使電網(wǎng)中大功率用電設(shè)備的啟動(dòng)和切換。
電能質(zhì)量的污染，影響到電力系統(tǒng)、電力用戶、通信系統(tǒng)及其他相關(guān)行業(yè)。因此，電源電壓質(zhì)量指標(biāo)惡化并造成危害不僅影響了電力系統(tǒng)和相關(guān)領(lǐng)域的正常運(yùn)行，而且對(duì)正常的安全可靠用電也造成了一定的威脅。認(rèn)識(shí)電能質(zhì)量污染的影響并采取相應(yīng)的防范措施和對(duì)策，確保電能的高品質(zhì)，是幼稚供電服務(wù)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。
諧波源
今天，許多生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有電力電子裝置是不可想象的。至少以下用電設(shè)備在每個(gè)工廠都得到了應(yīng)用：
l 照明控制系統(tǒng)（亮度調(diào)節(jié)）
l 開(kāi)關(guān)電源（計(jì)算機(jī)，電視機(jī)）
l 電動(dòng)機(jī)調(diào)速設(shè)備
l 自感飽和鐵芯
l 不間斷電源
l 整流器
l 電焊設(shè)備
l 電弧爐
l 機(jī)床（CNC）
l 電子控制機(jī)構(gòu)
l EDM機(jī)械
電力系統(tǒng)中諧波的危害
電力系統(tǒng)中有非線性（時(shí)變或時(shí)不變）負(fù)載時(shí)，即使電源都以工頻50HZ供電，當(dāng)工頻電壓或電流作用于非線性負(fù)載時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生不同于工頻的其它頻率的正弦電壓或電流，這些不同于工頻頻率的正弦電壓或電流，用傅氏級(jí)數(shù)展開(kāi)，就是人們稱的電力諧波。
隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，大功率可控硅的廣泛應(yīng)用，大量非線性負(fù)荷增加，特別是電子技術(shù)、節(jié)能技術(shù)和控制技術(shù)的進(jìn)步，在化工、冶金、鋼鐵、煤礦和交通等部門(mén)大量使用各種整流設(shè)備、交直流換流設(shè)備和電子電壓調(diào)整設(shè)備，電熔煉設(shè)備、電化學(xué)設(shè)備、礦井起重設(shè)備、露天采掘設(shè)備、電氣機(jī)車(chē)等與日俱增，同時(shí)種類繁多的照明器具、娛樂(lè)設(shè)施和家用電器等普及使用，使得電力系統(tǒng)波形嚴(yán)重畸變。
1. 對(duì)供配電線路的危害
l 影響線路的穩(wěn)定運(yùn)行
供配電系統(tǒng)中的電力線路與電力變壓器一般采用電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器或晶體管繼電器予以檢測(cè)保護(hù)，使得在故障情況下保證線路與設(shè)備的安全。但由于電磁式繼電器與感應(yīng)式繼電器對(duì)10%以下含量高達(dá)40%時(shí)又導(dǎo)致繼電保護(hù)誤動(dòng)作，因而在諧波影響下不能全面有效地起到保護(hù)作用。晶體管繼電器雖然具有許多優(yōu)點(diǎn)，但由于采用了整流取樣電路，容易受諧波影響，產(chǎn)生誤動(dòng)或拒動(dòng)。這樣，諧波將嚴(yán)重威脅供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全運(yùn)行。
l 影響電網(wǎng)的質(zhì)量
電力系統(tǒng)中的諧波能使電網(wǎng)的電壓與電流波形發(fā)生畸變。如民用配電系統(tǒng)中的中性線，由于熒光燈、調(diào)光燈、計(jì)算機(jī)等負(fù)載，會(huì)產(chǎn)生大量的奇次諧波，其中3次諧波的含量較多，可達(dá)40%；三相配電線路中，相線上的3的整數(shù)倍諧波在中性線上會(huì)疊加，使中性線的電流值可能超過(guò)相線上的電流。另外，相同頻率的諧波電壓與諧波電流要產(chǎn)生同次諧波的有功功率與無(wú)功功率，從而降低電網(wǎng)電壓，浪費(fèi)電網(wǎng)的容量。
2. 對(duì)電力設(shè)備的危害
l 對(duì)電力電容器的危害
當(dāng)電網(wǎng)存在諧波時(shí)，投入電容器后其端電壓增大，通過(guò)電容器的電流增加得更大，使電容器損耗功率增加。對(duì)于膜紙復(fù)合介質(zhì)電容器，雖然允許有諧波時(shí)的損耗功率為無(wú)諧波時(shí)損耗功率的1.38倍；對(duì)于全膜電容器允許有諧波時(shí)的損耗功率為無(wú)諧波時(shí)的1.43倍,但如果諧波含量較高,超出電容器允許條件,就會(huì)使電容器過(guò)電流和過(guò)負(fù)荷,損耗功率超過(guò)上述值，使電容器異常發(fā)熱，在電場(chǎng)和溫度的作用下絕緣介質(zhì)會(huì)加速老化。
尤其是電容器投入在電壓已經(jīng)畸變的電網(wǎng)中時(shí)，還可能使電網(wǎng)的諧波加劇，即產(chǎn)生諧波擴(kuò)大現(xiàn)象。另外，諧波的存在往往使電壓呈現(xiàn)尖頂波形，尖頂電壓波易在介質(zhì)中誘發(fā)局部放電，且由于電壓變化率大，局部放電強(qiáng)度大，對(duì)絕緣介質(zhì)更能起到加速老化的作用，從而縮短電容器的使用壽命。一般來(lái)說(shuō)，電壓每升高10%，電容器的壽命就要縮短1/2左右。再者，在諧波嚴(yán)重的情況下，還會(huì)使電容器鼓肚、擊穿或爆炸。
3、對(duì)電力變壓器的危害
諧波使變壓器的銅耗增大，其中包括電阻損耗、導(dǎo)體中的渦流損耗與導(dǎo)體外部因漏磁通引起的雜散損耗都要增加。諧波還使變壓器的鐵耗增大，這主要表現(xiàn)在鐵心中的磁滯損耗增加，諧波使電壓的波形變得越差，則磁滯損耗越大。同時(shí)由于以上兩方面的損耗增加，因此要減少變壓器的實(shí)際使用容量，或者說(shuō)在選擇變壓器額定容量時(shí)需要考慮留出電網(wǎng)中的諧波含量。除此之外，諧波還導(dǎo)致變壓器噪聲增大，變壓器的振動(dòng)噪聲主要是由于鐵心的磁致伸縮引起的，隨著諧波次數(shù)的增加，振動(dòng)頻率在1KHZ左右的成分使混雜噪聲增加，有時(shí)還發(fā)出金屬聲。
4、對(duì)電力電纜的危害
由于諧波次數(shù)高頻率上升，再加之電纜導(dǎo)體截面積越大趨膚效應(yīng)越明顯，從而導(dǎo)致導(dǎo)體的交流電阻增大，使得電纜的允許通過(guò)電流減小。另外，電纜的電阻、系統(tǒng)母線側(cè)及線路感抗與系統(tǒng)串聯(lián)，提高功率因數(shù)用的電容器及線路的容抗與系統(tǒng)并聯(lián)，在一定數(shù)值的電感與電容下可能發(fā)生諧振。
5、對(duì)用電設(shè)備的危害
諧波對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的影響，主要是增加電動(dòng)機(jī)的附加損耗，降低效率，嚴(yán)重時(shí)使電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。尤其是負(fù)序諧波在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，形成與電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩，起制動(dòng)作用，從而減少電動(dòng)機(jī)的出力。另外電動(dòng)機(jī)中的諧波電流，當(dāng)頻率接近某零件的固有頻率時(shí)還會(huì)使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，發(fā)出很大的噪聲。
6、對(duì)低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的危害
對(duì)于配電用斷路器來(lái)說(shuō)，全電磁型的斷路器易受諧波電流的影響使鐵耗增大而發(fā)熱，同時(shí)由于對(duì)電磁鐵的影響與渦流影響使脫扣困難，且諧波次數(shù)越高影響越大；熱磁型的斷路器，由于導(dǎo)體的集膚次應(yīng)與鐵耗增加而引起發(fā)熱，使得額定電流降低與脫扣電流降低；電子型的斷路器，諧波也要使其額定電流降低，尤其是檢測(cè)峰值的電子斷路器，額定電流降低得更多。由此可知，上述三種配電斷路器都可能因諧波產(chǎn)生 。
對(duì)于漏電斷路器來(lái)說(shuō)，由于諧波匯漏電流的作用，可能使斷路器異常發(fā)熱，出現(xiàn)誤動(dòng)作或不動(dòng)作。對(duì)于電磁接角器來(lái)說(shuō)，諧波電流使磁體部件溫升增大，影響接點(diǎn)，線圈溫度升高使額定電流降低。對(duì)于熱繼電器來(lái)說(shuō)，因受諧波電流的影響也要使額定電流降低。在工作中它們都有可能造成誤動(dòng)作。
7、對(duì)弱電系統(tǒng)設(shè)備的干擾
對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信、有線電視、報(bào)警與樓宇自動(dòng)化等弱電設(shè)備，電力系統(tǒng)中的諧波通過(guò)電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)與傳導(dǎo)方式耦合到這些系統(tǒng)中，產(chǎn)生干擾。其中電感應(yīng)與靜電感應(yīng)的耦合強(qiáng)度與干擾頻率成正比，傳導(dǎo)則通過(guò)公共接地耦合，有大量不平衡電流流入接地極，從而干擾弱電系統(tǒng)。
8、影響電力測(cè)量的準(zhǔn)確性
目前采用的電力測(cè)量?jī)x表中有磁電型和感應(yīng)型，它們受諧波的影響較大。特別是電能表（多采用感應(yīng)型），當(dāng)諧波較大時(shí)將產(chǎn)生計(jì)量混亂，測(cè)量不準(zhǔn)確。
9、諧波對(duì)人體有影響
從人體生理學(xué)來(lái)說(shuō)，人體細(xì)胞在受到刺激興奮時(shí)，會(huì)在細(xì)胞膜靜息電位基礎(chǔ)上發(fā)生快速電波動(dòng)或可逆翻轉(zhuǎn)，其頻率如果與諧波頻率相接近，電網(wǎng)諧波的電磁輻射就會(huì)直接影響人的腦磁場(chǎng)與心磁場(chǎng)。
電能質(zhì)量治理解決方案
諧波治理就是在諧波源處安裝濾波器，就近吸收諧波源產(chǎn)生的諧波電流，現(xiàn)在廣泛采用的濾波器為無(wú)源濾波器，另外有利用時(shí)域補(bǔ)償原理的有源濾波器，這種濾波器的優(yōu)點(diǎn)是能做到適時(shí)補(bǔ)償，且不增加電網(wǎng)的容性元件，但造價(jià)較高。無(wú)源濾波裝置，吸收高次諧波，而所有濾波支路對(duì)基波呈現(xiàn)容性，正好滿足無(wú)功補(bǔ)償要求，不必另裝并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置，這種方法經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便，國(guó)內(nèi)外廣泛采用。
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