電能質量諧波檢測（淺談電能質量之諧波）

2023-04-19 15:07:04

在生活中你是否遇到過以下現象？

(1) 照明燈光和電視畫面忽明忽暗的閃爍，造成視覺疲勞。

(2) 有線電視、廣播的信號無法正常傳輸。

(3) 工廠電能計量誤差，造成不必要的電費損失等。

這些現象很可能是受諧波的影響，今天我們就來認識下，什麼是諧波？

Q：什麼是諧波?

A：對周期性交流量進行付立葉級數分解，得到頻率為基波頻率大於1整數倍的分量，這部分分量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值(n=fn/f1)稱為諧波次數。諧波是正弦波，每個諧波都具有不同的頻率、幅度和相角，諧波可以分為偶次諧波與奇次諧波，第3、5、7階次為奇次諧波，而2、4、6、8階次為偶次諧波，如基波為50Hz時，2次諧波為100Hz,3次諧波則是150Hz。

（基波及其表達式）

（基波及2.3.4次諧波）

（摻入2.3.4次諧波後的複合波）

（萬戶安智慧用電管理平臺所監測設備產生的電流諧波值·點開可放大看圖）

Q：諧波產生的原因是什麼?

A：非線性用電設備是產生諧波的主要原因，由於非線性設備產生的諧波電流通過系統網絡注入到系統電源中，騎變電流流經系統阻抗使母線電壓發生騎變，使電能質量受到汙染：如化工行業的高頻爐、電解設備，鋼鐵行業的煉鋼爐、大型軋機、矽整流設備等，它們向電網取用基波電流的同時，產生出高次諧波電流注入系統。這些負載的諧波有隨不同負載而變化的特徵，從而使注入網絡的諧波被電流出現忽大忽小、時隱時現的現象。

Q：哪些設備和電路容易產生諧波?

A：常見的產生諧波的設備和電路主要有以下幾種：

非線性負載，例二極體整流電路(ACDC)。三相電壓或電流不對稱性負載。逆變電路(DC/AC)。UPS,即不間斷電源。晶閘管調壓裝置或調速電路。電鍍設備。電弧爐、礦熱爐、錳礦爐、電石爐、矽鐵爐。電解槽。電焊機（弧焊、縫焊、點焊、碰焊、對焊）。電池充電機。變頻器（低壓或高壓變頻器）。脈幅調製(PWM)調壓電路及脈寬調製(PWM)調頻電路。諧波的次數與整流電路的相數有關，例三相、六相、十二相、十八相、二十四相，當相數越多並通過移相方式就可使諧波次數及諧波分量減小，例：採用輸入變壓器移相技術的單元串聯在高壓變頻器的主電路。新波路、斬波調速。工頻電爐。中頻電爐。天車、起重機械。氣體放電的照明燈具，例：節能燈、螢光燈(T5、T8)、金滷燈、鈉燈、汞燈、氨燈、氚燈等，使用時都有一定的諧波產生。軟起動裝置（使用SCR)調壓。開關電源。

Q：諧波的危害是什麼?

A：電力諧波的主要危害有：

對變壓器的影響：諧波電流使銅損增加、漏磁增加；諧波電壓使鐵損增加；諧波功率造成噪聲增大、溫升提高。對電力電線的影響：諧波電流易過載，導致過熱、破壞絕緣、肌膚效應加大，特別是在電力系統三相不對稱運行時，對中性點直接接地的供電系統線損的增加尤為顯菩。對電動機的影響：諧波電流增加銅損、諧波電壓增加鐵損，諧波的功率造成機械效率減小，功率因數下降，有效轉矩減小。對控制系統的影響：電壓零點漂移、線電壓的不等、儀表儀器的指示不準，以致控制判斷錯誤，甚至控制系統失控。對通信設備的影響：諧波會產生感應電磁場，影響通信質量。對電容器的影響：諧波對電容器的影響最為突出，據統計，諧波造成的危害中40%是因為電容器的損害引起的。主要是因為電容器對高次諧波阻抗較小，電容器容易引起諧波放大甚至共振，從而造成設備的損害和故障。

Q：諧波電流的方向如何?

A：諧波電流從負載流向供電變壓器直至供電網絡，即由終端負載向前級的流入。

Q：諧波汙染嚴重的表現有哪些?

A：諧波可導致變壓器異響，溫升過高，母排振動，電容器過載爆炸，電抗器異響，電纜發熱等。

Q：諧波對用電安全有哪些影響和幹擾?

A：1）火災隱患

一些建築物突發性火災已被證明與電力諧波有關。目前，節能燈、調光器和電器設備中開關電源用得很普遍，本意是節能，但這些終端設備作為諧波源，對電網的危害很大，經有關部門測定，應用電器設備較多的酒店、商廈、網吧、計算機房、居民小區等，在沒有採取濾波等措施前，中性線電流都很大，有些甚至超過相電流，導線過熱成為形成火災事故的重大隱患。

2）設備影響

電能質量的汙染對繼電保護、計算機系統和精密製造業的精密機械或儀器等，都可能影響正常的運行、操作，降低設備使用壽命，甚至引起繼電保護誤動作而形成不必要的事故，造成不同程度的影響和損害。

3）通信影響

諧波是電網幹擾通信的重要因素，主要通過靜電感應（電容耦合，電壓作用）和電磁感應（電流作用），在通信線路上產生聲頻幹擾，諧波頻率高時，會發射雜音，在通信線路上引起音頻幹擾，嚴重時還可能觸發電話鈴響，採用屏蔽電纜通信，雖可消除靜電感應的影響，但不能消除電磁感應的下擾。同時，對於存在多個中性點接地的配電網絡，當相負載不對稱時，零序電流將對利用大地作參考電位的通信系統，造成參考電位漂移而產生幹擾。