港口供电系统中谐波的防治探讨

【摘要】港口供电系统中谐波的产生能够对供电系统产生诸多危害，必须采取有效的措施以防治谐波对供电系统的干扰。分析了港口供电系统中谐波作用下的元件模型及谐波对供电系统的影响，最后提出了控制和预防谐波产生的具体措施。

【关键词】港口电力；谐波；危害；防治

随着我国港口建设步伐的不断加快，港口用电设备也日趋增多，供电系统的稳定性与可靠性就显得尤为重要。港口供电系统中存在着很多非线性负载，如硅整流设备、放电类电光源设备等，在电力系统的运行中，这些非线性负载会产生很多高次谐波，谐波能够使供电设备发热，引起跳闸甚至是火灾，影响供电稳定性。因此，了解谐波的产生及其影响，进而采取相应的措施以提高港口供电质量，对于港口的供电运行及港口企业的正常生产具有重要的现实意义。

1、港口供电系统中谐波作用下的元件模型

1.1变压器

当谐波次数不是太高时，变压器绕组间及绕组中匝间电容可以忽略.因而其等值电路为一连接原副边节点的阻抗支路可表示为：。其阻抗值由绕组电阻和漏抗所组成.漏感值近似认为一常数，其电抗值为相应基波电抗与谐波次数乘积，即XTn=nXT1，式中XT1为变压器基波电抗，在高次谐波作用下，由于绕组内的集肤效应明显增加，电阻值增大并与谐波次数的平方根成正比，此时变压器的谐波阻抗可表示为：ZTn=nRT1+jnXT1

输电线路的均匀分布参数常以集中参数的II型等值电路图1表示，若以r01，x01及b01分别表示线路单位长度的基波电阻、电抗和电纳，线路长度为L，则谐波作用下的线路参数为：

ZLn=（r01+nX01）L

YLn=jnb01L

1.3负荷

在基波作用下系统的负常用一台等值电动机与一个电阻并联来表示一条母线上的综合等值负荷，当进行谐波潮流分析计算时利用供电点上已知基频有功和无功潮流，设电抗与频率有关而并联电阻保持常数不变.等值电路如图2所示。

2、港口供电系统中谐波的影响

2.1谐波对输电线路的影响

如果电网中含有高次谐波电流，则高次谐波电流会使输电线路功耗增加。当注入系统的谐波频率位于网络谐振点附近的谐振区内时， 对输电线路会造成绝缘击穿，尤其是电缆线路。如今港口供电系统中， 几乎都采用电缆供电，电缆线路对地电容比较大，而感抗较小，所以很容易形成谐波谐振，造成绝缘击穿。

2.2谐波对变压器的影响

谐波电压的存在增加变压器的磁滞损耗、涡流损耗及绝缘的电场强度，谐波电流的存在增加铜损。对带有非对称性负荷的变压器而言， 会大大增加励磁电流的谐波分量。谐波电流，特别是3次谐波侵入三角形连接的变压器，会在其绕组中形成环流，使绕组发热Y形连接中性线接地系统中，侵入变压器的中性线的3次谐波电流会使中性线发热。

2.3谐波对供电系统可靠性的影响

如果继电保护装置是按基波负序量整定其整定值大小，而且谐波干扰叠加到极低的整定值上，则可能会引起负序保护装置的误动作， 影响供电系统安全。特别对于电磁式继电器来说，谐波常会引起继电保护及自动装置误动或拒动，使其动作失去选择性，可靠性降低，容易造成系统事故，严重威胁港口供电系统的安全、可靠运行。

2.4影响或干扰测量控制仪器

通讯系统工作对于计算机网络、通信、有线电视、报警与楼宇自动化等弱电设备，供电系统中的谐波通过电磁感应、静电感应与传导方式耦合到这些系统中，会对其产生干扰。其中电感应与静电感应的耦合强度与干扰频率成正比，传导则通过公共接地耦合，有大量不平衡电流流入接地极，从而干扰弱电系统

3、改善谐波对港口供电设备系统影响的对策

3.1强化港口供电系统设备的管理

港口供电企业要时刻注意管理细节，尤其是对供电系统设施的管理与维护。要根据相应的质量规定来接注谐波的允许值，并且在这个过程中要配备电力谐波滤波器，来调节用户在使用电力时所注入的电网谐波，同时供电企业要适时的制定一系列的管理条例来规范港口企业用电时所产生的危害。

3.2加强港口供电系统设备的技术改良

在港口供电用户中，由于供电系统中的谐波是客观存在的，所以在原有的供电系统的技术进行一定的改良，从而降低谐波对供电系统的危害。其主要的改良措施包括有对港口企业供电系统的短路与设备电容量进行提升，并且在合理的范围内提升电压容量，确保谐波的负载量达到一种平衡的状态，同时改良供电设备中对谐波的抗干扰能力，要购进最先进的安全应急系统，增加反应机制，在技术上将谐波的危害降到做小。

3.3加快新型材料的研究与应用

在了解谐波产生原因的过程中，要分析好供电设备零部件的材料组成，尤其是铜质零部件的运用。可以通过与高校或者科研中心的合作，开发并寻找新材料，在保证供电设备质量的前提下，运用新的代替性材料来达到减少谐波的产生量。同时也要考虑到，在电力传输中，减少谐波的产生量，甚至考虑到将大型用电的港口企业集中起来，缩短电力运输时所产生的距离，同时研发新的低谐波输电电线，从电力运输的过程中减少危害。

3.4改善供电系统的设计方案

如果在正常的设计中没有考虑到谐波对线路下游的影响，就要尽可能的对非线性负载安装在系统的上游。同时，对于低压的使用企业，应该实行 TNS制接地的调整，以确保谐波对接地线路的损害。在设计供电系统的时候，应该考虑到预留空间与增加的电容量空间，在日后供电过程中加以调整，可以添加一定的滤波系统，从而减少电网的区域性谐波，并采用对称式控制闸来进行调节，以便在供电的过程中，相互抵消中性线导体谐波的产生。

3.5供电系统中加装滤波装置

减少谐波对供电系统的影响，必须从源头抓起，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，一是在已产生谐波的情况下，采用传统的无源滤波方法（由一组无源元件：电容器、电抗器和电阻器组成的调谐滤波装置），减轻谐波对电气设备的危害。其二是主动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。

参考文献

[2]张保杰.浅述港口供电系统中谐波的防治[J].港工技术，2008，10（5）：

31-33