浅析配电网中高次谐波对电力设备的影响

霍斌斌

摘要：本文对谐波的产生、谐波源的分类作了简述，进而分析了谐波对配电网电气设备造成的危害，昀后提出了抑制谐波的方法。关键词：配网;谐波;抑制

引言

在现代的配电网中.可控和不可控整流元件的大量增加，将导致网络中非线性负荷的大量增加，它们所产生的大量高次谐波被注入电网，致使电力系统的电压和电流波形发生严重畸变，对电力系统的一、二次设备将造成了不良的影响：因此，谐波的这种“污染”，是电力配网的一种公害，故应设法予以抑制。

1谐波产生的原因产生谐波的原因

在交流发电机里，定子、转子间气隙中磁感应强度的分布。总会由于齿、槽的影响以及气隙不可能绝对均刀而导致各相电势波形虽然对称，却是非正弦波形，三相电势中含有奇次谐波。

即使电源电势是正弦波，但是电力线路上的许多用电设备（如非线性设备），也能产生谐波电流，谐波电流通过电力线路回流到电力电源中。

作用在同一线路中的数个正弦电势，如果它们的频率各不相同，那么电路中的电流将是各个不同频率电流分量的迭加，同样会产生谐波电流。

2配电网中的谐波源

从谐波源的性质上，可分为下列两类：第一类为恒压谐波源，它的特点是其谐波电压与外接阻抗无关。例如，电力系统中的发电机所产生的谐波电势只取决于发电机本身的结构和工作情况。第二类为恒流谐波源，它的特点是其谐波含量与电力系统的参数无关，主要取决于它本身的参数和工作情况，配电网中非线性用电设备则是这种谐波源的典型代表。在配电网中，第一类谐波源产生的谐波量较小：第二类谐波源产生的谐波是大量的。

从产生谐波的规律上.谐波源可分成下列三种：① 稳态谐波源这种谐波源的特点是注入网络中的谐波电流，当网络中的感性和容性负荷不变时，其谐波幅值也不变，例如，网络中的发电机、变压器、电动机、可控和不可控整流设备等，都属于这种谐波源。②动态谐波源这种谐波源的特点是随负荷的变化而剧烈变化，如大容量的冲击负荷、电气机车的换流设备、大型电弧炉等，都属于这种谐波源。③暂态谐波源这种谐波源的特点是稳态运行时不会向系统注入高次谐波，仅在过渡过程中产生暂態性谐波电流，其持续时间为数毫秒到几十毫秒。如变压器在空载投入时产生的励磁涌流、电容器的合闸涌流中均含有 2、3、4次高次谐波电流，这种谐波电流往往引起电力系统谐振和过电压。

3高次谐波对配电网的危害

据统计，由于高次谐波而损坏的电气设备中，电力电容器约占 40%（其中串联电抗器约占 30%），变压器约占 l0%、用电设备约占 7%，等等。

高次谐波对变压器的影响变压器既是谐波源，又是传递其它谐波源产生谐波的中间环节，高次谐波会致使变压器局部放电强度和介质损耗增长。使其工作噪声增大，并使变压器绕组发热，降低变压器的效率及寿命。

高次谐波对电力电容器的影响当电容器组回路阻抗呈容性时。并联电容器对高次谐波电流起放大作用，电容器对谐波电流。一般放大 2至 5倍，特别是当系统等值感抗和电容器组回路容抗构成谐振条件，产生电流谐振时，即使很小的高次谐波电流也会放大很多倍 f谐振时可达 3O

倍以上），从而使电容器过电流 f过负荷），同时增大了的谐振电流也致使电容器的介损急剧增加，引起电容器的过热或损坏。

高次谐波对电动机的影响在电动机内部，零序谐波产生不变动的磁场，因谐波频率较高，故磁性损耗大大增高而将谐波能量以热的方式散发。逆序谐波产生反方向的旋转磁场（相对于基波而言），而使电动机力矩下降，并和零序谐波一样，产生更多的损耗。正序谐波即基波，它产生正向旋转磁场来加大力矩，它和逆序分量一起，可造成电动机振动而降低寿命。

高次谐波对电缆的影响由于电缆的分布电容对谐波电流有放大作用，在电网低谷负荷下.当电网电压上升而使谐波电压也升高的时刻，电缆更容易出现故障。谐波引起电缆损坏的主要原因是浸渍绝缘的局部放电、介质和温升的增大。电缆的额定电压等级愈高。谐波引起的上述危害也愈大。

高次谐波对电能计量的影响当基波功率 P1和谐波功率通过感应式电能表时，电能表的转速为：Wn=K1PI+KnPn其中系数 K1要稍偏离理想值 1，这是由于表内铁磁元件的非线性所引起的，它是一种随机误差.故和它长期累计的电能计量误差更小。当谐波电压和电流达到基波量的 20%时，K1的偏离很难测出，Kn测得的结果如下：3次：K3=0.65次：K5=0. 47次：K7=0.28n愈高，Kn愈小，而且 Kn总小于 1，这是因为按工频设计的电能表，因高次谐波功率而产生的转矩比等量基波功率所产生的转矩要小。Kn为电能表反应谐波功率的转速与反应基波功率的转速之比。因谐波功率对圆盘产生的转矩方向与谐波功率潮流方向一致，故将引起计量误差。对非线性用户而言。因为用户是谐波源，它一方面从电网中吸收电能供给负荷消耗，一方面产生谐波向系统反馈，由于谐波潮流方向与基波潮流方向相反，故电能表的转速为：Wn=KIP1一 KnPn这将会小于用户的实际耗电量.即谐波源负荷用户（非线性用户）少付电费。据配电运行观察，当非线性用户投人时，常少计量了相当的供电量。

4防止高次谐波的对策及建议

根据我们的运行经验：谐波电流不应大于额定电流的 5%，当谐波电流超过以上数值时，可减轻变压器负荷率的办法来保证安全运行。

在电容回路中串入适当的电抗器。使电容回路对该次谐波呈现感性阻抗。串人电容回路中的电抗器的感抗按下式计算：XL=K（Xe/n2）式中 K为安全系数取1.5，xc为电容器的容抗，n为谐波次数。在配电网中.通常要抑制的高次谐波是 5次谐波以上，如令n=5，则有：XL=1.5Xe～2=0.06Xc上式说明，所串电抗器的基波阻抗为电容器基波阻抗的 6%。

对非线性负荷较大的用户，应设法装设滤波器，以减少谐波电流。对非线性负荷很大的用户，除装设滤波器减少谐波电流外，还应考虑装设分别计量基波电量和谐波电量的电能表。

参考文献

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[2]钟玉英. 配电网络高次谐波的产生和防止[J]. 铜业工程，2003.