民用配电工程中电力谐波的抑制与治理技术研究

一、引言

在当今社会，电力已成为人们生产和生活不可或缺的能源。随着民用电器设备的日益增多和多样化，民用配电工程面临着诸多挑战，其中电力谐波问题尤为突出。电力谐波的存在不仅会影响电力系统的正常运行，还会对电器设备的寿命和安全造成威胁，甚至可能干扰通信系统等。因此，对民用配电工程中电力谐波的抑制与治理技术进行深入研究具有重要的现实意义。

二、电力谐波的产生原因

电力谐波是指电力系统中除基波频率以外的其他频率的正弦波分量。在民用配电工程中，产生电力谐波的原因主要有以下几个方面：

（一）非线性负载的大量使用

随着科技的发展，越来越多的非线性负载进入居民家庭和公共场所，如电视机、计算机、空调、微波炉、节能灯等。这些非线性负载在工作时，其电流和电压的关系不再是线性的，会产生大量的谐波电流。例如，计算机中的开关电源，在整流过程中会产生高次谐波；空调中的变频装置也会产生谐波。

（二）电力电子设备的应用

电力电子设备如整流器、逆变器等在民用配电系统中应用广泛，它们在进行电能转换时，会改变电流的波形，从而产生谐波。例如，一些新能源设备如太阳能逆变器等，在将直流电转换为交流电或进行变频时，容易产生谐波。

（三）配电系统自身的问题

配电系统中的变压器、电抗器等设备，如果设计不合理或运行不当，也可能产生谐波。变压器的铁芯饱和时，会使励磁电流产生谐波；电抗器的参数选择不合适，也会放大系统中的谐波。

三、电力谐波的危害

（一）对电力设备的危害

电力谐波会使电力设备产生额外的损耗，降低设备的效率和寿命。例如，谐波电流流过变压器时，会使变压器的铜损和铁损增加，导致变压器过热，缩短其使用寿命；谐波还会使电动机的效率下降，振动和噪声增大，严重时可能烧毁电动机。

（二）对计量仪表的影响

谐波会导致电能计量仪表计量不准确，造成电费的流失或争议。由于谐波的存在，传统的感应式电能表可能会出现计量误差，无法准确反映实际的用电量。

（三）对通信系统的干扰

电力谐波会通过电磁感应等方式对附近的通信线路产生干扰，影响通信质量。例如，谐波产生的电磁辐射可能会干扰电话、电视、无线网络等通信系统，导致信号失真、中断等问题。

（四）对电力系统稳定性的影响

大量的谐波注入电力系统，会使系统的电压和电流波形发生畸变，影响电力系统的稳定性。可能会导致继电保护装置误动作，造成停电事故；还可能会引起电力系统的谐振，放大谐波，对系统造成更严重的破坏。

四、电力谐波的抑制与治理技术

（一）抑制技术

在民用配电工程的设计和建设中，应优先选择低谐波含量的电气设备。例如，选用具有功率因数校正功能的开关电源，可有效降低谐波电流；选择符合国家标准的变频空调、节能灯等设备，减少谐波的产生。

合理设计配电系统的接线方式和参数，可减少谐波的产生和传播。例如，合理选择变压器的容量和接线组别，避免变压器铁芯饱和；优化配电线路的布局，减少线路的阻抗和电感，降低谐波在传输过程中的放大。

在配电系统中安装无源滤波器或有源滤波器，是抑制谐波的有效手段。无源滤波器由电容器、电抗器和电阻等元件组成，可对特定频率的谐波进

行滤波；有源滤波器则通过检测谐波电流，并产生与谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流，抵消谐波电流，具有滤波效果好、响应速度快等优点。

（二）治理措施

建立完善的谐波监测系统，实时监测配电系统中的谐波含量和变化情况。通过监测数据，及时发现谐波超标问题，并采取相应的治理措施。监测点可设置在变电站、配电所、重要用户进线处等。

制定明确的谐波治理标准和规范，对电气设备的谐波发射限值、配电系统的谐波允许值等做出规定。加强对电气设备生产、销售和使用环节的监管，确保设备符合谐波治理标准。

积极推广应用先进的谐波治理技术和设备，如静止无功发生器（SVG）、有源电力滤波器（APF）等。这些设备不仅可以治理谐波，还可以补偿无功功率，提高电力系统的功率因数。

五、技术应用案例分析

（一）某居民小区谐波治理案例

某居民小区由于大量使用空调、计算机等非线性负载，导致配电系统中的谐波含量超标，经常出现变压器过热、家用电器损坏等问题。针对这一情况，采取了以下治理措施：

在小区配电所安装了有源电力滤波器，对谐波电流进行实时补偿。

对小区内的部分高谐波设备进行了更换，选用低谐波含量的设备。

加强了对配电系统的谐波监测，定期分析监测数据，及时调整治理方案。

经过治理后，小区配电系统中的谐波含量明显降低，变压器过热和家用电器损坏等问题得到了有效解决，电力系统的运行稳定性和安全性得到了提高。

（二）某商业综合体谐波治理案例

某商业综合体包含商场、酒店、写字楼等，用电设备种类繁多，谐波问题较为严重。治理措施如下：

采用无源滤波器与有源滤波器相结合的方式进行滤波，无源滤波器主要针对特定频率的谐波进行滤波，有源滤波器则用于补偿其他频率的谐波。

对配电系统进行了优化改造，合理调整了变压器的容量和接线方式，减少了谐波的产生和传播。

建立了谐波监测中心，实时监测各区域的谐波情况，并通过自动化系统实现了对滤波器的远程控制和调节。

治理后，商业综合体的电力系统运行稳定，设备故障率明显降低，通信系统的干扰问题也得到了有效改善。

六、结论

电力谐波在民用配电工程中是一个不容忽视的问题，其产生原因复杂，危害较大。通过合理选择电气设备、优化配电系统设计、采用滤波技术等抑制技术，以及加强谐波监测、制定治理标准、推广先进治理技术等治理措施，可以有效降低电力谐波的含量，保障电力系统的安全稳定运行。案例分析也表明，这些技术和措施在实际应用中具有良好的效果。通过持续的研究和实践，不断提高电力谐波的抑制与治理水平，对于保障民用配电系统的安全、稳定、高效运行，促进社会经济的可持续发展具有重要意义。

参考文献

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