简谈电源谐波产生的危害与治理

方力恒

（天津铁路信号有限责任公司,天津 300300）

为了保证铁路运输的安全、经济运行以及用电设备及用户人身的安全，必须对谐波造成的危害和影响加以限制。原水电部于1984年颁布《电力系统谐波管理暂行规定》（SD126-1984）;国家技术监督局于1993年颁布《电能质量公用电网谐波》（GB/T14549-1993）,体现国家与电力部门对谐波造成的危害和影响十分重视。因此谐波也是衡量电能质量的重要指标之一。

1 谐波的产生

在理想的供电系统中，在只含有线性元件（电阻、电感、电容）的简单电路里，电流和电压都是正弦。而在实际的供电系统中由于有非线性负荷存在，当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时就形成非正弦电流，从而产生谐波。由于系统中谐波阻抗的存在，这些高次谐波中电流也会引起电源电压波形畸变。

谐波的产生主要来自3个方面：1）发电源质量不高；2）输配电系统；3）用电设备。

铁路沿线站段用电，大部分由大的电厂供电，发电源多少会产生一些谐波，但一般来说很少。而由小水利发电的发电源质量较差，容易产生谐波。输配电系统中主要是变压器产生谐波，由于变压器铁芯的饱和、磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而产生奇次谐波。用电设备中产生的谐波最多，尤其是非线性负荷。

2 谐波的危害

电源电压波形奇变造成电源谐波污染，使发电源质量下降，输配电系统中的设备出现许多异常现象和故障，内容如下。

1）晶体管式集成电路装置的动作量非常小、动作时间非常短，因此它的启动数据容易受到谐波影响，而出现异常现象和故障。

2）利用信号过零取样的控制系统及数据过零点的数字式继电器式或微机保护都会受到谐波的影响和干扰。

3）对微机保护装置关键处理模块的正常工作产生干扰，从而引起保护装置误动作或拒动作。

4）对数字型差动保护装置由于电流波形畸变而出现误动作的可能。

5）对交流电动机，由于谐波电流通过使谐波附加损耗增加，引起电动机过热、机械振动和噪声增大，以至造成损坏。

6）谐振和谐波放大。

7）谐波电压对信号电源的影响。

由于电源被谐波污染后，电源输出三相电压忽高、忽低，使系统无法稳定工作。

3 谐波引发的问题及治理

有几种常见多发问题是由谐波引起的，如电压畸变、过零噪声、中性线过热、变压器过热、断路器的误动作等。谐波电流在电源系统内及保护装置内均会造成故障问题，但其影响和解决措施方法不一样，需要分别处理。

1）采用无源谐波滤波器：由电感、电容、电阻构成的谐波治理和无偿补偿。如图1所示。

它一般由若干个无源虑波器并联而成。在某一个频带内呈现低阻抗，吸收相应的谐波电流，从而使电网中谐波电流减少，达到抑制谐波的目的。同时无源滤波器还能补偿一定数量的无功。其优点是简单、方便。缺点是只能抑制固定的几次谐波，并对某次谐波在一定条件下会产生谐振而使谐波放大、体积重量较大。

2）采用隔离变压器：可以用一台DYN接法的隔离变压器来消弱谐波的影响。隔离变压器要适当提高额定值；否则，也会产生电压畸变和过热。

3）采用串联电抗器: 串联电抗器是根据检测出的谐波，恰当选择串联电抗器的百分电抗值，经过分析计算，由主要存在的谐波次数来选择电抗器的百分电抗值，如表1所示。

表1 串联电抗器选择情况

实测情况，电源电容引起的谐波电流以5次和7次为主，因此可选用6%～13%电抗值取：

4）采用有源谐波滤波器：目前有源滤波器被广泛应用，它在工作时主动地注入一个电流来精确地补偿由负荷产生的谐波电流，就会获得一个正弦波。这种滤波设备的工作是靠数字信号处理（DSP）技术来控制，并与供电系统并联工作，它只控制谐波电流，基波电流并不流过该滤波器。

5）加强非线性用电设备接入电源的管理工作：审定谐波源接入电源，是为了检查谐波源注入电源的谐波电流及其在系统中产生的谐波电压是否符合限制谐波标准的规定。如果不符合标准规定，应采取必要措施加以制止。

4 加强谐波管理工作

1）谐波情况的普查：测量电源中的谐波电压、电流和谐波潮流方向，以查明谐波源，为采取措施提供依据。

2）谐波的监测点设置：在电源中谐波或其他谐波畸变严重的链接点上设置谐波警报或谐波电流、电压表，监视该点的谐波变化以便采取措施。

3）加强新的谐波源负荷接入电源时的检测，不符合要求的负荷不允许接入电源。

4）加强谐波事故分析：特别要注意谐振和放大造成的事故，采取措施予以消除，并记录在案以备后查。

5 结束语

本文介绍了谐波的产生、危害以及采取的治理方法及管理办法。提醒大家对谐波所造成的事故危害性高度重视，避免事故的发生。

随着经济的发展及高新技术产品对高质量电能的要求，建设绿色电源将会提到更重要的日程，抑制谐波污染已成为人们为之共同努力的方向。

[1] 程浩忠，艾芊，朱子述.等.电能质量[M].北京：清华大学出版社，2006.