电力技术 山柬工案技术 １１９ 谐波电流对电力系统的影响 刘汶兴 （广东电网公司江门供电局，广东江门５２９０００） 摘要：在现代工业化不断发展的今天，因非线性元件的使用，造成谐波电流的产生而导致电力系统供电电压发生畸变，严重影响了电力系统 的正常运行。因此，本文通过分析谐波电流对电力系统供电质量的影响和危害，并提出相应的改进措施，以保证电力系统的正常运行。 关键词：谐波电流；电力系统：供电质量；改进措施 ０引言 在实际运行中，谐波电流的产生，容易导致电气设备故障和损坏 的发生，即使安装了无功补偿装置，也容易因谐波电流过大而造成电 力系统的故障或损坏。面对这种情况，分析谐波电流的产生对电力系 统的影响，包括电容器、电力电缆、变压器及电网的影响，采用相应 的措施，对保证电力系统在谐波条件下的安全运行是十分有必要的。 １ 谐波电流对电力系统的影响 １．１ 谐波电流对电容器等电力设备的影响 与一般电容器组相比，整流装置的谐波阻抗较大。在电容器中， 因电压畸变会产生额外电力的损耗，容易因电容器与其他电力系统的 串联和并联谐振而引起过电压、过电流情况的发生，进而导致电压器 损坏。因此，在进行谐波分析的电路中，在直流负载电流一定的情况下， 可以将谐波源作为恒流源，由于电力系统的结构直接关系到谐波电流 对电力电容器的影响，当谐波源与电力系统中的电力容器在同一母线 上时，电力系统的结构具有并联电路的特征。所以，为了有效分析谐 波电流对电力系统的影响，可以以电力容器组支路串接于电抗器的结 构及等值电路为依据，如图１所示，表示电力电容器谐波分析电路图…。 根据谐波电流的特征，可知ｎ次谐波电流的计算公式为： Ｉ… ＝Ｉ ／ｎ （１） 其中，Ｉ… 代表电流最大值，Ｉ 代表基波电流。从公式中可以看 出谐波电流最大值与谐波次数成反比例关系。然而，在重叠角不为０ 的情况下，ｎ次谐波电流幅值的计算公式为： Ｉ ：Ｋ Ｉ… （２） 其中，Ｋ 代表修正系数，而修正系数主要与重叠角、谐波次数等 有关。然而，对于谐波的等值电路，其计算公式为： ｎｘ （３） （ ） ＋（船Ｌ－ｘ ／ ） 其中， 代表电力系统的基波电抗，Ｘ 代表电力容器的基波容抗， ｘ１代表串联在电力电容器组支路的基波电抗。由公式（３）（４）可知， 当电力电容器组支路呈现容性时，电容器支路中谐波电流放大；当电 力容器呈现感性时，电容器组支路的电流较小；当电容器支路发生串 联谐振情况时，其起到滤波器的作用。然而，当电力电容器发生并联 谐振时，将可能威胁到电容器的运行安全，因此，在未连接串联电抗 器的情况，令ｘ１ ＝Ｏ，此时电力电容器发生并联谐振的条件为 ＝ｎ２ 。 ｔ ｌ ｚ 音 电力电容器谐波分析电路图 １．２ 谐波电流对输电线路的影响 谐波电流作用于电力系统的输电线路上，容易引起一系列的损耗， 其中，回路中的电阻值会随着谐波电流的频率增大而增加，进而增加 相应地损耗；在电感回路中，在有谐波电流的情况下，其计算公式为： 刍 一一，其中，Ｉ 为谐波电流，ｎ代表谐波次数，ｗ为角频率，Ｌ 代表电感值，与一般损耗计算公式 ＝１１ ｃｏＬ（Ｉ 代表基波电流）相比， 可得出有谐波电流的情况下损耗明显增加了。同理，对电容回路而言， 有谐波电流情况时，可明显看出损耗也增加了 Ｊ。 １．３ 谐波电流对继电保护整定的影响 在谐波电流较高的情况下，谐波电流容易入侵某一电网系统而影 响继电保护的整定值，容易错误地引起过电流、过电压情况的发生， 尤其是在负序性谐波的情况下，若出现三相电压不对称的情况下，容 易因操作失误将负序滤过器作为启动元件的保护装置。由于谐波电流 的产生，致使差动保护动作跳闸，大面积停电等事故，不仅造成了严 重的经济损失，也严重威胁到人们的生命财产安全。因此，面对谐波 电流对电力系统的影响，应采取相应的措施降低谐波电流，以保证电 力系统的运行安全。 ２ 电力系统在谐波条件下的改进措施 在电力系统中，随着非线性元件的不断增多，非线性负载会产生 较多的谐波，并产生脉冲型电流。由于谐波电流主要表现在电力系统 供电中断、电网发生谐振等方面，容易造成电力设备发热并损坏，严 重影响了电力系统的安全性和稳定性，特别是３次谐波产生的巨大的 中性线电流，因配电变压器的电压值超过了标准的电压值，严重影响 了电力设备的运行安全。因此，针对谐波电流对电力系统的影响，采 取相应的措施降低谐波电流，首先，电力电容器因谐波过载，在有谐 波电流的情况下，电容器可能会因谐波电流放大而造成负荷过载。因 此，在设计无功补偿电力电容器时，应充分考虑谐波对电力电容器的 影响，可采取的措施有：第一，增加整流相数，对于大功率的整流装 置来说，通过增加整流相数的方式，即增加脉动波数Ｐ，将各组整流 装置侧绕组对称地移相，抵消低次谐波分屠，这样既提高了整流装置 的整流效率，也有效减少了谐波电流对电力系统的影响；第二，在电 容器组支路中串接电抗器，使电力电容器组支路呈现感性；第三，改 变电容器容最等，从而有效避免并联谐振的发生。 其次，为了有效减少谐波电流对电力设备的影响，应尽量避免在 高电压、轻负荷的状态运行，加强电力系统的实时监控。然而，在变 压器群中产生谐波的情况下，可以将配变中间电压转接为Ｃ相或Ａ相， 通过改变电网线路的接线方式，可以减少谐波电流对电网及其他设备 的影响。除此之外，在有谐波电流回路的情况下，可以通过装设ＬＣ 滤波器来消除滤波电流。为了使电力系统中各支路的谐振频率等于谐 波电流幅值较高的几个谐振波频率，可以选择３￣５个谐振支路，按照 选择的原则，首先必须估计电容值Ｃ，然后根据公式： ＝［（２ 加） ］ 则可以计算出电感值Ｌｎ。确定完Ｌｃ滤波器的电感值与电容值后，适 当地装设ＬＣ滤波器，有效消除滤波电流。 最后，在降低谐波电流中，还应遵循“因地制宜 的原则，有针 对性地加强滤波源的治理。由于滤波装置主要分为有源、无源电力滤 波器，在电力系统中，若采用有源滤波器装置，可以通过滤波采样装 置对谐波源发出的谐波进行采集，并复制电流大小相等、方向相反的 谐波，将采集的谐波接入电网，最终抵消原来的谐波，有源滤波器实 际上属于一个大功率的谐波发生器。而无源电力滤波器是通过电感、 电容谐振的工作原理来组织１＇１次谐波，以保证电力系统中的电压畸变 率保持在一定范围内。 ３结束语 在电力系统运行中，面对谐波电流对电力系统的影响，对于供电 公司来说，应对其引起足够关注。若出现谐波源容量大、系统短路容 量小的情况，将会造成巨大的经济损失，甚至可能危及到人们的生命 财产安全。因此，分析谐波电流对电力电容器、电网、电力系统继电 保护等的影响，有针对性地采取相应的措施，采用增加滤波装置及 （下转第１４７页） 理 研究 柬工案投术 １４７ 湘北某高速公路滑坡特征及处治技术研究 刘少明 （广东华路交通科技有限公司，广州５１ ０４２０） 摘要：为了研究湘北某高速公路滑坡特征及处治技术，采取地质调查、槽探、综合分析的方法对滑坡展开研究，研究发现滑坡处岩土体主要 是板溪群强风化云母片岩，薄层状，岩层倾向和坡体倾向一致，构成了顺层边坡；公路边坡施工导致顺层边坡坡脚失去支撑引起边坡失稳，其 模式为滑移一拉裂；滑坡体体积为３．５万ｍ ，属中型滑坡体；采取清方减载、放缓边坡、有效排水、坡脚增设矮挡墙、坡面锚杆骨架内植草防 护等综合防护措施对滑坡进行处治。 关键词：滑坡特征；顺层边坡；滑移一拉裂；综合防护 天气的交替变化和地下水的不良作用下，蠕动不断加强从而导致边坡 坡体出现张拉裂隙。张拉裂隙的不断扩展和软弱面的不断发育，最终 湘北某高速公路是国家高速公路网中第十二横线杭瑞高速公路的 边坡岩土体沿某一贯通的软弱面开始滑移，导致边坡失稳一滑坡。 组成部分，是湖南省高速公路网规划“五纵七横”中的第一横。该高 该滑坡为牵引式岩质滑坡，破坏模式为滑移～拉裂。 速公路Ｋ３７＋３００～Ｋ３７＋４２０段右侧山体由于边坡坡脚开挖导致边坡 失稳顺层滑动，滑坡体长８Ｏ～１２０ｍ，宽５Ｏ～８０ｍ，厚度５～８ｍ， ５滑坡体综合治理 滑坡体面积为６４００ ｍ２，滑坡体体积为３．５万ｍ３，为一中型滑坡体。 该滑坡体为顺层岩质中型滑坡，仍处于不稳定状态，若不及时处 主滑线位于Ｋ３７＋３６０处，主滑方向与高速公路中线呈７５。相交。影 治，除其自身仍会进一步发展外，还会诱发其左侧的边坡失稳，故采 响公路长度约１５０ｍ。其左侧为更高、更陡的边坡，如不及时处治， 取综合治理方法对其进行处治。 会导致其左侧边坡大规模失稳，诱发更大的滑坡。 对于已经失稳的Ｋ３７＋３００～Ｋ３７＋４２０右侧边坡采取以下方式进 行处理： （１）滑动面以上已失稳的滑坡岩土进行全部清方处理。滑 ２滑坡地质背景 坡体采取卸载处理后，选取合理的边坡坡比，增加边坡的稳定性，一、 滑坡处属丘陵地貌区，地形起伏较大，原山坡坡度为３０～４ｏ。。 二级边坡坡比为１：１，三、四级边坡坡比１：１．２５进行削坡，坡高每 滑坡处主要地层岩性为第四系覆盖层和下伏基岩为板溪群云母片 ８ｍ设分级平台，坡面采用锚杆骨架内植草防护，坡顶设截水沟； （２） 岩，详情如下：（１）粉质粘土（Ｑｐ）：黄色，硬塑，稍湿，含少量砂， 边坡坡脚处增设矮挡墙护坡脚，挡墙基础以强风化云母片岩为持力层， 厚约Ｏ．５ｍ，全场分布； （２）云母片岩（Ｐ ３）：变质结构，薄层状构 挡墙进入持力层内不少于Ｏ．５ｍ； （３）做好滑坡体排水工作，沿滑坡 造，强风化状态，岩质软，节理裂隙较发育，岩体较破碎，厚度大于 体周界设截水沟，设置有效的排水沟槽及坡面渗沟。 １０．０ｍ。岩层产状为１６１。 ３０。。结构面胶结较差，岩层倾向边坡倾 其它地段的边坡为潜在不稳定岩土体，一级边坡、二级边坡坡比 向基本相同，在高速公路施工过程中，对原坡开挖至２８～３５。时（设 为１：Ｏ．７５，三、四级边坡坡比１：１进行削坡，坡高每８ｍ设分级平 计一级边坡坡角为６３。），岩层倾角小于边坡开挖坡角，形成不稳定 台并放缓边坡，坡面砼框架内植草＋部分节点锚杆防护。 的结构体，岩层易发生沿层面平面滑动。现场槽探孔发现，各滑动面 多位于强风化云母片岩结合较差层面，从出露的滑动面观察，滑动层 ６结论 面擦痕明显。 （１）湘北某高速公路滑坡体长８Ｏ～１２０ｍ，宽５０～８０ｍ，厚度 ５～８ｍ，滑坡体体积为３．５万ｍ３，为一中型滑坡体； （２）滑坡地层 ３滑坡体特征 主要是强风化云母片岩，薄层状，倾向与边坡倾向一致，构成了顺层 滑坡体呈扇形，滑坡后缘分布有明显的裂缝，裂缝宽０．５～１．０ｍ， 边坡，边坡失稳为顺层滑坡，失稳模式为滑移一拉裂； （３）滑坡体 滑坡后壁有陡坎，高２ ５～３．５ｍ，分布着强风化云母片岩。 呈扇形，后缘有拉裂缝和陡坎，滑坡两侧分布有剪裂缝，滑坡主滑方 滑坡前缘位于高速公路右侧路基，坡脚已破坏，滑坡两侧分布有 向与公路走向近于垂直； （４）采取综合措施对滑坡进行处治，包括 剪裂缝。 清方减载、放缓边坡、有效排水、坡脚增设矮挡墙、坡面锚杆骨架内 滑坡体坡面为平面型，坡体上不均匀分布３组裂缝，缝宽 植草防护等。 Ｏ．５～３．０ｍ，呈不规则状，但总体与后缘边界近于平行。 滑床面为强风化云母片岩，软弱层间结构面，胶结较差，但未见 参考文献： 地下水。滑床面高程一般在８５．７９～５８．７５ｍ间，其中主滑断面中部滑 ［１］韩琨．青藏高原山区某公路滑坡滑动机理及其稳定性分析［Ｊ］．煤 床面切深最大，标高在７０．２ｍ。 田地质与勘探，２ ０１ ３（４１）：６３－６７． 滑动面主滑线位于Ｋ３７＋３６０处，滑动方向与岳常高速公路中线近 【２］姚海林，游慧杰，范永丰等．柳家凹黄土滑坡滑动机制研究【Ｊ］． 于垂直，滑坡体长８０～１２０ｍ，宽５０～８０ｍ，厚度５～８ｍ，滑坡体 岩土力学，２ ０１ ３（０１）：１８２－１ ８８． 体积为３．５万ｍ 。 １ 前言 ４滑坡体形成机理 ［３］于兴国，宋响军，王恭先．磨刀溪岩石滑坡分析与治理［Ｊ］．山地 学报，２ ０１ ３（０１）：９２－１００． ［４］甄映红，程承杉，饶军应．理县营盘街小学后山滑坡综合治理技 滑坡处岩层倾向和坡体倾向一致，构成了岩质顺层边坡。高速施 术［Ｊ］．路基工程，２０１ ３（０１）：７５－８０． 工开挖过程中没有及时支护，导致边坡坡脚失去支持形成临空面，边 坡岩土体原有的平衡遭到破坏，整个边坡岩土体处于张拉状态。当边 作者简介：刘少明（１９８７一），广东从化市人，本科，助理工程师 坡中某些软弱面上的剪应力大于其抗剪强度时开始出现蠕动变形，在 主要从事公路检测及病害防治实践与研究 （上接第１１９页） ［２］孙波．谐波对电力系统的影响分析［Ｊ］．电子世界，２０１ ３（０１）：６ ３－６４． 增加整流相数的方式，减少滤波电流对电力系统的影响，以保证电力 系统的安全性、可靠性和稳定性。 参考文献： ［３］董泉，赵雨，职伟．电气化铁路谐波对电力系统的影响［Ｊ］．科技 信息，２０１ ０． ［４］郑丹．电动汽车对电力系统的影响以及交互作用研究［Ｄ］．华南理 ［１］刘乾勇．牵引负荷谐波和负序电流对电网运行影响研究【Ｄ］．湖南 大学，２０１２． 工大学，２０１ ３． ［５】那广宇，王瑁．电气化铁路供电系统及其对电力系统的影响［Ｊ］． 东北电力技术，２０１１（１１）：１ ３－１ ８．