配网谐波的危害及抑制方法

黎浩钧

（东莞供电局 松山湖供电分局，广东 东莞523000）

0 前言

在人们的日常生活和生产中，电力半导体设备的广泛应用促进了科技生产力的快速发展，非线性电气设备和电力原件的数量也与日俱增。一些电力设备在日常的工作中，会产生一些谐波，这些谐波容易对电力设备和整个电网带来严重的危害，甚至会危害电力设备的用电安全。 如何将这些谐波抑制和消除是保证供电安全的重要举措，关于配网谐波的研究和治理已经得到了人们的高度重视。

1 谐波相关简介

1.1 谐波及其产生

在电力系统的正常运行中， 电压和电流是两个比较关键的元素，二者的波形通常呈现正弦波图像，但是在实际的应用中，电流和电压的波形会随着外界条件产生一定的变化，出现非正弦畸变。 如果一个电力系统的电压和电流波形出现了非正弦畸变现象，说明在电力系统中存在频率高于50Hz 的电压或者是电流成分，这些不属于正常范围内的电压或者电流成为就称为谐波。

配网中，谐波的产生一般分为两种情况，一种是由电源本身造成的谐波，另一种是有非线性负载所导致的谐波。 电源本身造成谐波的原因主要是因为发电机受制技术的限制而造成的电枢表面的磁感应强度分布偏离正常值，因此会产生感应电动势和感应电流，影响着电流和电压的正常波形。 在电力系统中，多数的谐波是由非线性负载导致的，在整个电力系统中，输电和配电的环节中，线路上有大量的变压器、开关、整流器、逆变器等等，这些元器件都容易产生谐波污染[1]。

1.2 谐波的相关特征

配网中，谐波污染严重影响着用电的安全性和可靠性，总结起来，谐波主要有三个重要特征。第一，谐波的产生不易觉察，尤其是在短时间内对电气设备的危害比较小；第二，谐波一旦产生，在电力系统中的存在时间非常长，并且影响的面积也很大，如不抑制长期下来对电力系统会有严重的影响；第三，在一定的条件下，谐波能够引起谐振现象，相比谐波而言，谐振对电气设备的危害更大。

2 配网谐波的危害

2.1 对变压器的危害

在配网中，谐波的产生会对一些元器件造成一定的危害。 变压器是由许多线圈缠绕构成的，谐波的产生会使得这些线圈在通电的过程中产生大量的热和趋肤效应，大量的热和趋肤效应会对变压器造成一定的危害。 谐波的产生容易导致变压器的绝缘材料寿命收到影响，并且随着谐波频率的增加，变压器中产生的趋肤效应愈发严重，因此会产生更多的热量，使得变压器的铜耗和铁耗增加。 谐波的产生使得变压器的工作温度较高，容易导致变压器外壳、外层硅钢片等部件的发热现象，容易烧坏变压器的其他部件。除此之外，谐波的产生还会加大变压器的噪声[2]。

2.2 对电动机的危害

电动机在使用的过程中会自动产生热量，而谐波的产生会使得电动机产生额外的热量和附加损耗。电动机绕组上的导线电阻值不是一成不变的，而是根据通过导线电流的变化而变化的，如果有效值相同，电路中谐波电流会产生大量的热量，这些热量不仅会影响电动机的使用寿命， 电动机在工作的过程中还会产生强烈的机械振动和噪声，影响其功能。

2.3 对电缆线路的危害

配网中会有大量的电缆线路进行电力能源的输送，谐波的产生对电缆线路也有一定的危害。 首先，配网中的谐波对着频率的增大会产生更多的热量和趋肤效应，这样一来，电缆线路中的电阻明显增大，使得电缆线路中电流的传输效率降低，因此，谐波的产生会导致电缆线路的发热现象和损耗增加问题。 其次，配网中谐波的产生会导致中性线电流增加。 通常来说，配网中使用的为三相电，如果是正常情况下，通过中性线路的电流矢量和为零，但是一旦出现了谐波，且谐波频率为基频3N 倍时，中性线中的谐波电流为单相线电流的三倍，容易引发火灾等严重问题。

2.4 对继电器的危害

配网供电中，继电器发挥着重要的作用，是保护供电系统的安全装置，而谐波的产生对这类保护装置也有一定的危害。一般情况下，继电器等自动保护装置是按照负序基波制造的，继电器的灵敏度非常高且整定值很小，能够有效地保护配网的用电安全。 如果在配网中出现了谐波，谐波和负序基波会产生叠加现象，导致继电器不能正常的发挥作用，引起一些误动作或者是拒动作，难以保障配网的安全运行。

2.5 其他危害

在配网中，谐波对于通信系统、电容器、用电设备等都有着一定的危害。谐波的产生容易干扰通信系统的信号，降低通话的清晰度，如果谐波影响严重还会使得通信信号中断等，严重影响通信系统的正常工作。 如果配网中的谐波引起谐振现象，会导致电容器中的电流急剧增大，容易导致电容器烧毁问题。除此之外，配网中的谐波对于用电设备也有危害性，影响设备的正常工作。

3 配网谐波的抑制方法

3.1 电源的供电能力应该适当提高

抑制配网中的谐波， 首先应当提高电源的供电能力。 配网中，测量、控制装置等都是耗电比较大的装置，应当给予较大的贮备量。在供电设备中，有些设备受到谐波的干扰作用较大，或者设备本身会产生较大的干扰，因此应当采用不同相线供电。在配网中，各个装置的负荷变动不同，因此互相间产生的干扰不同，只有将供电电源分开，才能将各个装置之间的干扰相互隔离，减少通过电源线的干扰，这就要求电源的供电能力足够大。

3.2 采用滤波器

在配网中，如果谐波的污染现象比较严重，可采取滤波器装置对谐波进行抑制，滤波器的安装位置一般是在配电网中变压器低压母线处。常用于抑制谐波的滤波器有三种：有源滤波器、无源滤波器和混合滤波器。有源滤波器的工作机理是通过滤波器产生的谐振来消除配网中的谐波电流，但是这种滤波器的限制较多，只能消除固定的谐波电流，如果处理不当，非常容易产生系统谐振，因此使用较少。 无源滤波器是一种可控的装置，主要元器件是半导体，通过控制半导体的功率来消除配网中的谐波电流，是一种常用的谐波抑制技术。 混合滤波器是一种混合的装置，在配网中也有良好地应用[3]。

3.3 对供电结构进行合理的设计与安排

配网中的各个负载都是容易产生谐波的源头，因此在进行配网设计时，应当对供电结构进行合理设计与安排，掌握配网的谐波源。在进行电气设备的合理安排时，应当尽可能地将产生谐波的电气设备连接于同一条母线中，这样一来，这些设备产生的谐波可以部分抵消，能够降低配网中的谐波总量， 将不产生谐波的设备连接在同一条母线上，使得设备收到谐波污染的几率大大降低。

4 结语

随着科技的进步，在各个行业中越来越追寻高效与可持续发展的目标，在电力消费中也是如此，逐渐向着高效与高质量的用电目标发展。 在电力应用中，配网中的谐波污染对于电力系统和用电设备来说都有着严重的危害， 不合符率和用电的要求，因此，必须采取相关措施加以抑制。谐波的治理工作是一个重要的工作，要从源头抓起，提高对谐波污染的认识，加强配网中各个电气设备的管理，防止谐波的产生，从最大程度上组织灾害的发生。

［1］苏志斌.配网谐波的危害及抑制方法探讨[J].电子制作,2013,19:209+184.

［2］宁雪伟.电力系统谐波的危害及抑制方法[J].科技信息,2010,23:375+407.

［3］张文嘉,苏成悦,王刘拴,刘金涛.电力系统中谐波的危害及抑制[J].科技创新导报,2012,29:126-127.