近幾年來，港口供電系統(tǒng)中的諧波問題已引起業(yè)界人士的普遍重視，特別是隨著港口建設的迅速發(fā)展，港口規(guī)模不斷擴大，港口用電設備中，大量采用了硅整流設備和可控硅變流設備，以及在堆場照明中普遍采用的放電類電光源設備。這些非線性負載能產(chǎn)生各次的高次諧波，能使變壓器、電動機等發(fā)熱，也能使回路過載發(fā)熱，斷路器頻繁跳閘，甚至引起火災。這會嚴重降低港口的供電質(zhì)量，因此，防治諧波，降低損耗，提高供電系統(tǒng)電能質(zhì)量是非常重要的。

　　1、諧波的產(chǎn)生

　　眾所周知，我們的供電系統(tǒng)和用電設備都被設計成按正弦波形運行，其基波頻率我國為50Hz。但由于供電系統(tǒng)中變壓器、整流設備、充氣電光源等大量非線性負載的存在，實際波形會發(fā)生畸變，產(chǎn)生一系列頻率為基波頻率整數(shù)倍的分量，這些分量就被稱為諧波。

　　1.1在港口供電系統(tǒng)中主要是變壓器產(chǎn)生諧波。

　　由于變壓器鐵心的飽和，磁化曲線的非線性，加上設計變壓器時考慮經(jīng)濟性，其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結(jié)構(gòu)形式、鐵心的飽和程度有關。鐵心的飽和程度越高，變壓器工作點偏離線性越遠，諧波電流也就越大。

　　1.2在港口用電設備中主要是整流器和逆變器產(chǎn)生諧波。

　　因為在只含線性元件(電阻、電感及電容)的簡單電路里，流過的電流和施加的電壓成正比。所以如果所加電壓是正弦的話，流過的電流就是正弦的，也就不存在諧波。當電流流過與所加電壓不呈線性關系的負荷時，就形成非正弦電流，也就產(chǎn)生了諧波。

　　整流器和逆變器產(chǎn)生的諧波電壓、電流：整流器的作用是將交流電轉(zhuǎn)成直流電，而逆變器是將直流電轉(zhuǎn)變成交流電。大功率整流器——逆變器廣泛應用于交流變頻調(diào)速及交-直流電動機的調(diào)速等領域。其電路中的二極管視為理想二極管，即正向阻抗接近零，反向阻抗無窮大。因此，只允許電流單方向流動，從整流器的輸出端看，每相電流波形為矩形波，不是正弦波，利用傅氏級數(shù)展開式展開周期的矩形波形，可以看到除了工頻正弦波(50Hz基波)外，還疊加了一系列高次波形——諧波。應該說電動機采用變頻器進行調(diào)速，可以高水平完成調(diào)速外，也可以節(jié)省大量電能(近30%)，但如前面分析，變頻調(diào)速過程中要產(chǎn)生高次諧波，即形成高次諧波污染。

　　由于變流設備功率大(30kW～20000kW)、數(shù)量多，因此,它對港口企業(yè)的供配電系統(tǒng)的影響也就極大。

　　1.3氣體放電類電光源產(chǎn)生諧波

　　我國港口企業(yè)照明基本采用氣體放電類電光源,如熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈和金屬鹵化物燈。測量及分析氣體放電類光源的全伏安特性可知,此類光源的非線性非常嚴重,有負的伏安特性。氣體放電類電光源使用時,必須與電阻或電感串聯(lián),使其綜合伏安特性不再負,才能正常工作,串聯(lián)的電阻或電感被稱為鎮(zhèn)流器。其非線性極其嚴重,3次諧波含量占其基波含量的20%以上。由于其特性為對稱奇函數(shù),只含有奇次諧波。它屬于電流源型諧波源。

　　氣體放電類電光源由于數(shù)量巨大,其產(chǎn)生的諧波對供配電系統(tǒng)產(chǎn)生的影響也就十分巨大。在整流設備還未廣泛使用的時期,影響供配電系統(tǒng)的諧波主要是由此類電光源產(chǎn)生。

　　1.4計算機及其他辦公設備產(chǎn)生諧波

　　計算機及其他辦公設備的電源基本上都是開關電源,因此都會產(chǎn)生諧波。由于此類設備的大量使用,對電網(wǎng)的諧波干擾也就十分嚴重。

　　2、諧波的影響

　　由于港口企業(yè)產(chǎn)生諧波的設備比較多，諧波使港口的生產(chǎn)面臨嚴重的影響。

　　2.1諧波對輸電線路的影響

　　如果電網(wǎng)中含有高次諧波電流，那么，高次諧波電流會使輸電線路功耗增加。當注入系統(tǒng)的諧波頻率位于在網(wǎng)絡諧振點附近的諧振區(qū)內(nèi)時，對輸電線路會造成絕緣擊穿。尤其是電纜線路，如今港口供電系統(tǒng)中，幾乎都采用電纜供電，電纜線路對地電容比較大，而感抗較小，所以很容易形成諧波諧振，造成絕緣擊穿。

　　2.2諧波對變壓器的影響

　　諧波電壓的存在增加了變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及絕緣的電場強度，諧波電流的存在增加了銅損。對帶有非對稱性負荷的變壓器而言，會大大增加勵磁電流的諧波分量。諧波電流，特別是3次(及其倍數(shù))諧波侵入三角形連接的變壓器，會在其繞組中形成環(huán)流，使繞組發(fā)熱。對Y形連接中性線接地系統(tǒng)中，侵入變壓器的中性線的3次諧波電流會使中性線發(fā)熱。

　　2.3諧波對供電系統(tǒng)可靠性的影響

　　如果繼電保護裝置是按基波負序量整定其整定值大小，此時，若諧波干擾疊加到極低的整定值上，則可能會引起負序保護裝置的誤動作，影響供電系統(tǒng)**。特別對于電磁式繼電器來說，諧波常會引起繼電保護及自動裝置誤動或拒動，使其動作失去選擇性，可靠性降低，容易造成系統(tǒng)事故，嚴重威脅港口供電系統(tǒng)的**、可靠運行。

　　2.4諧波對電動機的影響

　　主要是增加電動機的附加損耗，降低效率，嚴重時使電動機過熱。同時負序諧波在電動機中產(chǎn)生負序旋轉(zhuǎn)磁場，形成與電動機旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩，起制動作用，從而減少電動機的出力。國際上一般認為電動機在正常持續(xù)運行條件下，電網(wǎng)中負序電壓不超過額定電壓的2%，如果電網(wǎng)中諧波電壓折算成等值基波負序電壓大于這個數(shù)值，則附加功耗明顯增加。

　　另外電動機中的諧波電流，當頻率接近某零件的固有頻率時還會使電動機產(chǎn)生機械振動，發(fā)出很大的噪聲。

　　2.5影響或干擾測量控制儀器、通訊系統(tǒng)工作

　　對于計算機網(wǎng)絡、通信、有線電視、報警與樓宇自動化等弱電設備，供電系統(tǒng)中的諧波通過電磁感應、靜電感應與傳導方式耦合到這些系統(tǒng)中，產(chǎn)生干擾。其中電感應與靜電感應的耦合強度與干擾頻率成正比，傳導則通過公共接地耦合，有大量不平衡電流流入接地極，從而干擾弱電系統(tǒng)。

　　3、諧波的防治

　　為了減少諧波對港口供電系統(tǒng)的影響，從管理和技術上可采取以下措施：

　　(1)嚴格貫徹執(zhí)行有關電力諧波的國家標準，加強管理

　　1993年國家頒發(fā)GB/T14549《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》，規(guī)定的注入公共連接點的諧波電流允許值的用戶，必須安裝電力諧波濾波器，以限制注入公用電網(wǎng)的諧波。

　　(2)采用三角形/星形接法的配電變壓器。

　　對于三角形/星形(△/Y)接法，不平衡和3N次諧波電流在一次繞阻循環(huán)流動而不會傳到電源系統(tǒng)中去，從而不會使不平衡和3N次諧波電流影響整個電源系統(tǒng)。這種接法是配電變壓器中*常用的一種。所以《民規(guī)》4.3.3條提出：需要限制三次諧波含量者，宜選用接線為D，yn11型變壓器。

　　(3)裝設無源濾波器

　　無源濾波器是傳統(tǒng)的諧波補償裝置。在供配電系統(tǒng)中加裝電抗器與電容器組成的調(diào)諧濾波器，即可以補償無功功率又可以吸收諧波，從而減輕諧波對電氣設備的危害，提高供電系統(tǒng)承受諧波的能力。

　　(4)裝設有源濾波器

有源濾波器近年來發(fā)展很快，它可以實時、動態(tài)的抑制諧波，并能補償大小和頻率都變化的諧波。根據(jù)電路組成方式和接入電網(wǎng)方式的不同，可分為電壓源型和電流源型，串聯(lián)型和并聯(lián)型。有源濾波器將成為未來諧波補償?shù)陌l(fā)展方向，并將取代傳統(tǒng)的無源濾波器。

(5)增加變流裝置的整流相數(shù)

　　使用和制造大型硅整流和可控硅裝置的企業(yè),在設計和使用時,增加整流相數(shù)。將現(xiàn)在普遍使用的三相整流、六相整流和十二相整流發(fā)展到十八相整流和二十四相整流甚或更多相整流。這樣就使對供配電系統(tǒng)產(chǎn)生較大危害的3次、5次、7次諧波極大的減少,這是一種極好的治本方法。

　　(6)抑止整流和逆變產(chǎn)生的諧波

　　①在變頻器前加裝電源濾波器。一種成本比較低的方法是在電源側(cè)加裝三只680μf250VAC的電容，(分別接在L-N，L-grond，N-grond上)這種方法可使電磁干擾電流降至原來的1/10，效果較明顯。

　　②變頻器的電源電纜采用屏蔽電纜，屏蔽電纜穿鐵管并接地，輸出電纜也穿鐵管并接地，屏蔽層應在接變頻器處和電機處兩端都接地。變流裝置是供電系統(tǒng)的主要諧波源之一，可以采用增加變流裝置的相數(shù)，有效的消除幅值較大的低頻項，從而大大降低諧波電流的有效值。

　　(7)將測量、控制裝置的供電與動力裝置的供電分開

　　將測量、控制裝置的供電與動力裝置的供電分開。因為動力裝置的負荷變動大，測量、控制、微機及電視機的負荷小，動力裝置產(chǎn)生的干擾大，供電電源分開后，測量、控制、微機及電視機的電源與動力裝置的電源相互隔離，可以大大減少通過電源線的干擾。

　　4防諧波的設計原則

　　在港口供配電設計過程中，為減少諧波的產(chǎn)生，可采取下列方法：

　　(1)除低壓用戶外，公共建筑配電系統(tǒng)的接地保護應盡量采用TN-S制，以減少諧波對接地線路的干擾。

　　(2)應盡可能將非線性負載放置于配電系統(tǒng)的上游，以避免對線路下游的影響。

　　(3)諧波較嚴重且功率較大的設備，應從變壓器出線側(cè)采用專線供電。

　　(4)諧波很嚴重的配電系統(tǒng)中，功率因數(shù)補償電容器宜串接適當?shù)碾娍蛊?，作為諧波抑制的輔助手段，并應注意避免發(fā)生電網(wǎng)局部諧振。

　　(5)由晶閘管控制的負載或設備，宜采用對稱控制，以盡可能使中性線導體上的諧波互相抵消。

 (6)當設計過程中對配電系統(tǒng)的諧波難以預料時，宜預留必要的濾波設備空間。

5結(jié)束語

　　隨著港口非線性電力設備的廣泛應用，港口供電系統(tǒng)中諧波問題越來越嚴重，一方面造成了電力設備的損壞，加速絕緣老化，另一方面也影響了計算機、電視系統(tǒng)等電子設備正常工作，直接或簡介影響了港口的生產(chǎn)。

　　諧波問題涉及供電部門、電力用戶和設備制造商，諧波問題已引起人們的高度重視。應合理規(guī)劃電網(wǎng)，電力電子設備(特別一次設備)應符合電磁發(fā)射水平，電子設備、電子儀器應滿足電磁兼容性要求。

　　參考文獻

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