电源污染与谐波治理

江震

摘要：从当前情况来看，在我国电力网中，非线性负载不断增加，比如说计算机、一些驱动设备或者是荧光灯系统等，非线性负载逐年增加，正因为这些非线性负载的存在，从而是电网污染的一大隐患。轻者会导致电力的品质不断降低，严重情况下，将导致供用电设备出现问题，进而引起火灾等重大安全事故。电力污染及电力品质恶化主要表现在以下方面：电压波动、浪涌冲击、谐波等。为此，在接下来的文章中，将围绕电源污染与谐波治理方面展开详细分析，希望能给相关人士提供参考依据。

关键词：电源污染；谐波治理

引言

解决电力系统中的电源污染及谐波问题，必须要求发供电部门、电力用户和设备制造商三方都以电磁兼容的标准为前提。一方面，产生谐波的部门和单位要尽量限制谐波的发射水平；另一方面，发供电部门和电力用户都要想方设法提高设备抗干扰的能力。只有供、用、造三方面齐心协力，才能做好电源污染及谐波治理这项系统工程的工作。

一、电源污染的种类

（一）电压波动及闪变

电压波动是指多个正弦波的峰值，在一段时间内超过(低于)标准电压值，大约从半周波到几百个周波，即从10毫秒到2.5秒,包括过压波动和欠压波动。普通避雷器和过电压保护器完全不能消除过压波动，因为它们是用来消除瞬态脉冲的。普通避雷器在限压动作时有相当大的电阻值，考虑到其额定热容量（焦尔），这些装置很容易被烧毁，而无法提供后续的保护功能。另一个相反的情况是欠压波动，它是指多个正弦波的峰值，在一段时间内低于标准电压值，或如通常所说：晃动或降落。另外，由于配电网内重负载的分合，例如大型电动机、中央空调系统、炼钢电弧炉等的启停以及开关电弧、保险丝熔断、断路器跳闸等，这些都是导致电压畸变的原因。大型用电设备的频繁启动导致电压的周期性波动,如电焊机、冲压机、吊机、电梯等,这些设备启动时都需要极大的瞬时峰值功率,主要是无功功率。

（二）浪涌冲击

浪涌冲击是指系统发生短时过（低）电压,即时间不超过1毫秒的电压瞬时脉冲，这种脉冲可以是正极性或负极性，可以具有连串或振荡性质。它们通常也被叫作：尖峰、干扰或突变。电网中的浪涌冲击既可由电网内部大型设备（电机、电容器等）的投切或大型晶闸管的开断引起，也可由外部雷电波的侵入造成。浪涌冲击容易引起电子设备部件损坏，引起电气设备绝缘击穿；同时也容易导致计算机等设备数据出错或死机。

（三）谐波

谐波主要包括线性负载与非线性负载两种。其中，线性负载。比如说纯电阻的负载，该工作状态下，其电流的波形相同于输入电压的波形。而非线性负载，比如说半波直流负载，该电流工作状态下是非正弦波形。过去线性负载的电流只有基波，不存在或者是存在较少的谐波，但是非线性负载却相反，当其在电力系统中，能够形成大量的谐波。电力系统中的基波与谐波不断增加，从而导致波形出现改变，其改变的程度与谐波电流的频率有着密切的联系。而非线性负载形成的属于脉冲型的电流，这种电流也会直接促使电力系统中的电压出现畸变，形成少许谐波，从而致使与电网有着直接联系的其他负载形成大量的谐波电流。在非线性负载中，计算机是其中一种，众所周知，大部分的办公设备中都装有像二极管类似的供电电源，这种电源能够在交流正弦波电压的高峰值时期形成电流，从而形成大量的谐波电流。另外，还有一些像电动机变频调速器或者是固态加热器等，这些设备都能产生少量的谐波。而荧光灯照明系统作为一个关键的谐波源，在普通的电磁整流器灯光电路中，三次谐波的典型值约为基波（50Hz）值的13%-20%。在电子整流器灯光电路中，谐波量可谓是达到了百分之八十以上。非线性负载形成的谐波电流，会导致电力系统的稳定运行，甚至会对变压器、电动机等有着较大的影响。变压器、电动机或者是发电机因为谐波电流，会导致设备的温度不断升高。其中，中性线上的过电流不仅是温度不断上升的根源，同时也是导致绝缘失效的原因，最为严重的是，其会在三相变压器线圈中形成环流，促使变压器过热。电网电压中存在谐波会导致无功补偿电容器发生畸变，从而其温度不断升高，导致相关设备遭到损坏。除此之外，在电力系统中的电感性元件会与电容器形成谐波电路，促使电容器两端的电压不断上升，最终引起设备出现问题。在照明系统中，启辉电容器对高频电流的感觉比较灵敏，如果该电容器经常出现故障，那么就说明电网中可能会有谐波的存在。

二、电源污染的治理

现代电力系统中的精密电子设备，如计算机、控制系统需要稳定的高品质的供电电压，随着电力污染问题日益严重，各国纷纷出台治理措施和相关标准，对产生电力污染的设备提出明确的限制。

IEEE-519-1992就是应这样的需要而制定的。这个标准最初是由用户和供电部门联合发起制定的，旨在限制过电压和配电系统中的电流畸变。谐波畸变的测试点被称为耦合点或PCC，该点通常位于计量电表处。标准规定在耦合点处，单次谐波电压畸变率允许值为基波电压的3%。一方面这可以满足计量电表的精度，另一方面能保证用户系统中负载引起的谐波问题对公用供电系统的影响在可接受的范围。IEEE-519标准只适用于用户系统与公用供电系统之间的限制要求，并不涉及用户系统内局部电源质量的问题，而大多数谐波是由用户设备产生的而不是由公用电网产生的。我国1993年颁布实施了GB/T14549-1993《电能质量•公用电网谐波》,规定电压奇次谐波畸变率<4%,偶次谐波畸变率<4%；注入电网的谐波电流<38A（3次）、<61A（5次）、<43A（7次）等。

对于现有供电网络或待建电网中的电力污染情况，要进行仔细分析，通常解决的方法有两个：一是局部重组电网结构，分离或隔离产生电力污染的设备；二是使用电源净化滤波设备进行治理，通常电压谐波是由电流谐波产生的，有效地抑制电流谐波会使电压畸变达到要求的范围。国内外很多单位已开始重视电源污染的治理,投资安装电源净化滤波装置,取得了提高电源品质和节能的双重效果。电源污染的治理主要有以下几种方法：A、串联电抗器B、安装各种尖峰吸收和浪涌吸收保护装置,如避雷器、阻容器等C、增加整流设备的相数换流装置是供电系统的主要谐波源之一。理论分析表明，换流装置在其交流侧与直流侧产生的特征谐波次数分别为pk±1和pk。当脉动数由p=6增加到p=12时，可以有效的消除幅值较大的低频项，，从而大大地降低了谐波电流的有效值。D、加装滤波装置为了减少谐波对供电系统的影响，最根本的思想是从产生谐波的源头抓起，设法在谐波源附近防让谐波电流的产生，从而降低谐波电压。防止谐波电流危害的方法，一是被动地防御，即在已产生谐波的情况下，采用传统的无源滤波方法，减轻谐波对电气设备的危害。另一种方法是主动的预防谐波电流的产生，即有源滤波方法。其原理是利用可关断电力电子器件产生与负荷电流中的谐波分量大小相等、相位相反的电流来消除谐波。

结论

文章主要围绕电源污染与谐波治理进行了分析，希望达到减少电源污染的同时，也能为相关人士提供参考依据。

参考文献：

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