浅谈高压直流输电谐波的危害与抑制

浅谈高压直流输电谐波的危害与抑制

李锡正

◎李锡正

（重庆水利电力职业技术学院）

中图分类号：TM72文献标识码：A文章编号：1673-0992（2011）06-122-01

摘要：综述了谐波的定义、谐波对电力系统及电气设备的危害，并简单阐述了如何对谐波进行抑制。

关键词：谐波；电力系统；高压直流；特高压；输电；抑制

引言

随着能源开发、电能传输以及电力系统的规模不断扩大,采用直流输电的必要性日益被人们认识。直流输电不仅是一种节省能源损耗的输电方式,而且在开发利用边远地区的能源和开发新能源、新发电方式等方面,直流输电技术更是一种有效的手段，必将越来越广泛地得到采用。

谐波的定义

在电力系统中理想的交流电压与交流电流是呈正弦波形的，当正弦电压施加在线性无源元件电阻、电感和电容上时，仍为同频率的正弦波。但当正弦电压施加在非线性电路上时，电流就变为非正弦波，非正弦电流在电网阻抗上产生压降，会使电压波形也变为非正弦波。

对这些非正弦电量进行傅立叶级数分解，除得到与电网基波频率相同的分量外，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分分量就称为谐波。

一、谐波电流、谐波电压对电力系统的影响

1.当系统中存在谐波分量时，可能会引起局部的并联或串联谐振，放大了谐波分量，因此增加了由于谐波所产生的附加损耗和发热，可能造成设备故障；

2.由于谐波的存在，增加了系统中元件的附加谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的使用效率；

3.谐波将使电力设备元件加速绝缘老化，缩短使用寿命；

4.谐波可能导致某些电力设备不正常的工作；

5.干扰邻近的通信系统，降低通信质量。

二、谐波对电力设备的影响

包括电网、电容器组、变压器、旋转电机、断路器、电压互感器、消弧线圈等。

（一）电网。

1.有功功率损耗加大；（当谐波频率增高后，导线的集肤效应使谐波电阻比基波电阻增加得大，因此引起的附加线路损耗也增大。）

2.电网中的波形受污染，供电质量下降，危及各种用电设备的正常运行；

对采用电缆线路的输电线路，使电压波形出现尖峰，使绝缘加速老化，缩短寿命；

3.从运行角度看，增加了电缆发生故障概率，使可靠性降低，增加维修费用。

（二）电容器组。

1.受高次谐波的影响最为严重，它对谐波电压的反应比较灵敏。

2.由于电容器的容抗随频率的增加显著地降低，所以即使在电压中的谐波分量不大，也会产生较大的谐波电流，使电容器组过负荷。

（三）变压器和旋转电机。

1.主要影响是增加了铜损耗和铁损耗。

2.随着频率的增高，集肤效应更加严重，铁损耗更大；

3.引起变压器外壳、外层硅钢片和某些紧固件的发热，并有可能引起变压器局部严重过热；引起的机械振动对电机有很大危害。

（四）断路器。

1.在较大的高次谐波分量时，断路器的遮断能力降低，严重情况下不能正常工作；

2.如果出现局部谐振时，将使断路器在遮断过程中产生重燃现象，结果不能灭弧而造成事故。

（五）电压互感器和消弧线圈。

1.在某次谐波频率下，电压互感器可能与电网中的电容构成并联谐振电路，从而导致过电压而使互感器自身损坏。

2.当电网中谐波分量较大时，故障处电流过零点的时刻发生变化，可能会延迟或阻碍消弧线圈的消弧作用，影响电网运行。

三、谐波的抑制

为限制谐波电压和电流，通常需要采取措施对谐波进行抑制。

(一）增加换流装置的脉动数可以减少特征谐波的组成成分并提高最低次特征谐波的次数，从而使特征谐波含量减小。

1.目前多采用12脉动，两组6脉动换流器在直流侧串联。

2.更高的脉动数为了得到相应的换相电压，换流变压器的结构和接线将非常复杂，不但增加了制造的困难也增大了投资，不经济。

(二)对高压直流输电所产生的谐波进行抑制的唯一实用方法是采用滤波装置。

1.交流侧。

滤波装置并联在换流变压器交流侧的母线上，只有少数连接到换流变压器的第三绕组。

由若干个无源滤波器并联而成。

所有滤波器在工频频率下呈容性阻抗，还可兼作无功补偿之用。

2.直流侧。

平波电抗器可以抑制谐波，但效果有限。在不足以满足谐波抑制要求时，需装设滤波装置。

常并联在平波电抗器和直流线路之间。

直流线路采用电缆时，无需采用直流滤波装置。

参考文献：

[1]《高压直流输电原理与运行》机械工业出版社，韩民晓主编。

[2]《高压直流输电工程技术》，赵畹君编。

[3]《直流输电基础》，戴熙杰编。

[4]《直流输电》，浙江大学直流输电科研组。

[5]《高压直流输电系统的运行和控制》，李兴源编。

[6]《高压直流输电技术》，王官洁编。

[7]《高压直流输电与柔性交流输电控制装置——静止换流器在电力系统中的应用》，徐政译。