电网中谐波产生的原因、危害及治理措施

黄贤丽　张金刚

摘 要：随着我国经济的快速发展，电力用户中大量非线性电力设备的应用，谐波问题越发引起人们的广泛关注。在电网诞生之初，谐波就存在，因为发电机和变压器本身就能够产生谐波，但由于量小，并不会产生危害。然而，随着用电设备种类的增多，以及具有谐波放大效应的并联电容器的广泛应用，谐波的危害变得越来越严重。大量谐波的存在会污染电网、影响电网中的设备和负荷，因此问题不容忽视。了解谐波产出的原因及危害，有助于我们更好地制定治理措施。文章对谐波产生的原因及危害进行了分析，并出了若干治理措。

关键词：基波 谐波源 谐波治理

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（c）-0255-01

1 谐波源

如果电网中的电压或电流波形是不理想的正弦波，表明其中有频率高于50Hz的电压或电流成分，该成分即为谐波。随着非线性电力电子器件组成的电气传动自动化装置的广泛应用和容量的不断增加，谐波污染给公用电网和其他用电设备的带来的影响日益显著。所以必须考虑谐波产生的原因和它带来的危害，以及如何将危害减少到最小。

凡是能向电网注入谐波电流或谐波电压的电气设备统称为谐波源。例如：换流设备、电弧炉、铁芯设备、照明设备、某些生活日用电器等非线性电气设备。

整流器、逆变器和变频装置等这一类电气设备，这些设备的用途就是强行切断或连通电流，因此通常要用整流元件的导通、截止特性，而正是这一过程会导致了大量谐波电流的产生。

工业上钢铁企业中所用的电弧炉也是一个很大的谐波源。电弧炉的熔化过程中，会发生填料不完全融化并结焦成块状固体的现象，这会导致电弧阻抗不稳定。当电极插入熔化金属时，电极间会产生金属性短路，此时，短路电流的限制通常要依靠电炉变压器的阻抗和所串连的电抗器来完成。如果电弧的负阻抗特性（电弧的阻抗随电流的增大而急剧减小）和熔化期三相电极出现反复不规则短路以及断弧现象，那么此时电弧炉就会产生谐波电流。

各行各业中常用的各种变压器及铁芯电抗器的主要构成元件是铁芯设备。而这种设备通常有很强的非线性的磁化特性，再加上变压器的额定磁通密度B值一般都设计在其磁滞回线（B-H曲线）的拐点周围，这很容易导致变压器的励磁电流为变成非正弦波形，大量的谐波电流（奇次谐波）随之出现。

大部分工业和一部分日常生活中的照明设备。如高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯、荧光灯等。它们的发光原理是应用气体放电。由于其伏安特性具有明显的非线性特征，因而在发光过程中会产生一部分谐波电流。

在日常生活中常用的一些家用电器。如电磁炉、电冰箱、计算机、电视机、微波炉、电风扇、洗衣机、空调等家用电器，因内置调压整流元件，在使用过程中也会对电网产生高次奇谐波。

2 谐波造成的危害大致列舉如下

（1）使电网电压波形畸变，供电质量下降。供配电系统的电能质量包括电压质量、波形质量、频率质量。

（2）增肌交流发电机、电动机、发电机、线路等设备的损耗，变压器、电动机、线路等损耗，导致其因局部发热或绝缘老化等原因使用时间缩短。

（3）谐波电流引起无功功率增加，降低功率因素。

（4）造成电容器绝缘损坏。

（5）高次谐波含量高的电流能削弱断路器的开断能力。严重情况下，某些断路器磁吹线圈会丧失工作能力。

（6）导致电子计算机失去控制、电子设备误触发、电子元件无法测试。

（7）导致使继电保护动作失灵，如拒绝动作或动作有误等。

（8）降低感应型电度表计量的准确性。

（9）使通信线路、信息线路产生噪声，甚至造成故障。

（10）由谐波造成的大容量高压变压器的涌流过程能延续数秒，甚至更久，很可能会导致谐波过电压。

3 谐波治理的技术措施

既然谐波产生的危害如此之大，那么对于谐波的治理和改善应该被各行各业益加重视起来。对于谐波治理的技术措施主要有以下几个方面。

（1）采用短路容量较大的电网来对各类大功率非线性用电设备变压器进行供电。因为电网短路容量大，则承受非线性负荷的能力高。

（2）对大功率静止整流器，要想降低一次谐波含量，提高整流脉冲数是个行之有效的办法，因为整流脉冲数越高，次数低的谐波就会被削去。如何才能提高整流脉冲数呢？主要有两种方法：其一，调整整流变压器二次侧的相角差，可以通过增加整流装置数量和按照谐波次数装设分流滤波器的方式完成；其二，更改整理变压器二次侧的接线方式。

（3）选用D，yn11接线组别的三相配电变压器。与Y，yn0以接线方式相比，以D，yn11接线的同容量的变压器的空载损耗与负载要略大些，但三次及其整数倍以上的高次谐波激磁电流在原边结成三角形条件下，可在原边环流，与原边结成Y型的情况下相比，能够更好地抑制高次谐波电流。另外这种接线方式比Y，yn0接线方式具有小得多的零序阻抗，对解除单相接地故障十分有利。

（4）采用无源滤波方法。无源滤波是一种用电阻器、电容器和电抗器这些无源元件组成的滤波器来抑制进入公用电网的谐波电流的方法。其基本原理是使特定频率的谐波电流流入滤波器中，从而大大降低流入公用电网的谐波电流量，从而达到滤波的效果。这种方法主要利用了电容器与电抗器的阻抗与频率有关的特性，重点在于选择滤波器的拓扑形式和电容器、电抗器的参数，以便于滤波器对于某特定频率的谐波电流呈低阻抗。

4 结语

谐波治理对于电力系统的稳定运行有着重要的意义，它能改善电压质量，提高功率因数，减少设备损耗，延长用户设备使用寿命。对于工业用户来说不仅可以减少设备损耗，还可以提高产品质量，降低生产费用。我国已经指定谐波的限值标准。我国现行的国家标准是《电能质量 公用电网谐波》GB/T14549-l993，该标准对各类电网的谐波值做了明确限定，其中包括交流额定频率为50Hz，标称电压110kv及以下的公用电网。

参考文献

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