电力系统谐波产生的原因及治理措施分析

张建军++陈磊++毛俊杰

摘 要：在电网运行过程中，谐波的产生是不可避免的，谐波的存在会对电力系统运行的安全性带来较大的影响，所以需要针对谐波产生的来源及危害进行分析，并进一步对谐波的治理进行具体的阐述，从而降低谐波给电力系统安全运行带来的影响，确保电网安全、稳定的运行。

关键词：电力系统 谐波 原因 危害 治理

中图分类号：TM712 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（b）-0110-01

近年来，社会在发展过程中对电能的需求量不断增加，电力系统安全稳定的运行对电能稳定的供应至关重要。谐波的存在是电力系统在发电、输电和用电过程中不可避免的一个问题，其对发电、电能输送用用电方都会带来较大的影响，对电力系统带来较大的危害，所以需要对电力系统中的谐波进行有效的抑制，降低其所带来的危害，确保电力系统能够安全稳定的运行。

1 谐波概念及其产生来源

1.1 谐波概念

谐波属于正弦波，是频率为基波的整数倍，在电网中由于存在有非线性元件和非线性负载，这就导致电网中会有与基波频率成整数倍或是分数倍的其他正弦波存在，即电网谐波，目前在电力系统中所产生的谐波多为高于基波频率整数倍的高次谐波，其给电网带来的影响较大。

1.2 产生来源

电力系统谐波的产生是不可避免的，但其谐波产生的来源主要包括三大类，即铁磁饱和型、电子开关型和电弧型。在电力系统运行过程中，由于变电压和电抗器等铁芯设备，其铁磁饱和特性会呈现非线性，所以会导致谐波产生。

2 电力系统中谐波的危害

2.1 对供配电线路的危害

2.1.1 影响线路的稳定运行

目前在我国电力线路或是电力变压器运行过程中，为了能够在故障情况下确保线路及设备的安全，则其继电器通常选用的都是电磁式继电式、感应式继电器或是晶体管继电器，但无论是电磁式继电器、感应式继电器还是晶体管继电器自身都有其优缺点，特别是在运行过程中都极易受到谐波的影响，从而导致误动或是拒动的发生，使供配电系统运行的安全性受到较大的威胁。

2.1.2 影响电网的质量

民用配电系统中的中性线，其在运行过程中，在负载作用下会有大量的3次谐波产生；在三相配电线路上，相线上的3的整数倍谐波会在中线性进行叠加，这样就可以导致中性线上的电流值可能会比相线上的电流值高。同时，当谐波电压和谐波电流处于相同频率时，则会导致同次谐波的有功功率和无功功率产生，从而导致电网上的电压降低，导致电网容量的浪费。无论哪种情况，都会给电网的质量带来较大的影响，不利于电网安全稳定的运行。

2.2 对电力设备的危害

2.2.1 对电力电容器的危害

当电网存在谐波时，投入电容器后其端电压增大，通过电容器的电流增加得更大，使电容器损耗功率增加。对于膜纸复合介质电容器，虽然允许有谐波时的损耗功率为无谐波时损耗功率的1.38倍；对于全膜电容器允许有谐波时的损耗功率为无谐波时的1.43倍，但如果谐波含量较高，超出电容器允许条件，就会使电容器过电流和过负荷，损耗功率超过上述值，使电容器异常发热，在电场和温度的作用下绝缘介质会加速老化。尤其是电容器投入在电压已经畸变的电网中时，还可能使电网的谐波加剧，即产生谐波扩大现象。

2.2.2 对电力变压器的危害

谐波给电力变压器带来的危害是十分大的，其不仅会导致电力变压器的铜耗和铁耗增大，而且还会导致电力变压器的噪声增大。电力变压器作为电力系统中非常重要的设备之一，由于谐波的存在，会导致电力变压器电阻损耗、涡流损耗及杂散损耗增加，特别是在谐波作用下，电压波形会变差，这给导致变压器铁心中的磁滞损耗增加。所以在选择变压器，则需要确保所选择的变压器容量上要留出电网中的谐波含量。

2.2.3 对电动机的危害

当有谐波产生时，会导致电动机的附加损耗增加，电动机的功率下降，严重时还会导致电动机出现过热的情况。特别是电动机中负序谐波的存在，会导致负序旋转磁场的产生，由于其转矩与电动机旋转的方向相反，所以会对电动机的正常运转起到制动作用，使电动机的出力降低。电动机中的谐波电流，当其与某零件的固有频率接近时，则会导致机械振动的产生，从而导致运行中的电动机会产生较大的噪声。

2.2.4 对低压开关设备的危害

对于配电用断路器来说，全电磁型的断路器易受谐波电流的影响使铁耗增大而发热，同时由于对电磁铁的影响与涡流影响使脱扣困难，且谐波次数越高影响越大；热磁型的断路器，由于导体的集肤次应与铁耗增加而引起发热，使得额定电流降低与脱扣电流降低；电子型的断路器，谐波也要使其额定电流降低，尤其是检测峰值的电子断路器，额定电流降低得更多。由此可知，上述三种配电断路器都可能因谐波产生误动作。

3 电力系统谐波治理

3.1 增加整流变压器二次侧整流的相数

对于带有整流元件的设备，尽量增加整流的相数或脉动数，可以较好地消除低次特征谐波，该措施可减少谐波源产生的谐波含量，一般在工程设计中予以考虑。因为整流器是供电系统中的主要谐波源之一，通过增加整流的相数或脉动数，可有效地抑制低次谐波。不过，这种方法虽然在理论上可以实现，但是在实际应用中的投资过大，在技术上对消除谐波并不十分有效，该方法多用于大容量的整流装置负载。

3.2 尽量选用高功率因数的整流器

采用整流器的多重化来减少谐波是一种传统方法，用该方法构成的整流器还不足以称之为高功率因数整流器。高功率因数整流器是一种通过对整流器本身进行改造，使其尽量不产生谐波，其电流和电压同相位的组合装置，这种整流器可以被称为单位功率因数变流器（UPFC）。该方法只能在设备设计过程中加以注意，从而得到实践中的谐波抑制效果。

当然，除了基于改造谐波源本身的谐波抑制方法，还有基于谐波补偿装置功能的谐波抑制方法，它包括加装无源滤波器、加装有源滤波器、装设静止无功补偿装置（SVC）等等，在此就不再详细论述。

4 结语

随着现代信息技术，计算机技术和电子技术的发展，各种新技术和新设备都得以在电网中应用，先进的电能质量测试仪器及先进可靠的电能质量监测网络的建立，不仅可以及时分析和反映电网的电能质量水平，而且还能够找出电网中造成电能质量谐波及故障的原因，并采取相应的治理措施，为保证电网的安全、稳定、经济运行提供重要的保障。

参考文献

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