电力系统谐波产生及治理探析

王占仓 祁国叶

[摘  要：随着电气自动化技术水平不断的提高，电力系统装机容量不断加大，电网 中电力电子元件的使用也越來越多，致使大量的谐波电流注入电网，造成正弦波畸变，电能质量下降，不但对电力系统的一些重要设备产生重大影响，对广大用户也产生了严重危害。研究和治理供配电系统中的高次谐波，对改于供电质量、确保电力系统安全、经济运行都有着十分重要的意义。经济飞速发展带来供电紧张，为解决供电紧张，谐波是导致电力损耗增加，供电质量下降的重要因素。不仅要建设许多新的电厂和输电线路，还要高效利用现有的电力资源，减少电力损耗。

关键词：电力系统;谐波;治理]

一、电力系统谐波产生的原因及危害

1.当正弦波电压施加在非线性电路上时，电流就变成非正弦波，非正弦电流在电网阻抗上产生压降，会使电压波形也变为非正弦波。非正弦波可用傅立叶级数分解，其中频率与工频相同的分量称为基波，频率大于基波的分量称为谐波。在电力系统中，谐波是指多少倍于工频频率的交流电，简称“次”，一般是指从2次到30次范围。如5次谐波电压（电流）的频率是250赫兹，7次谐波电压（电流）的频率是350赫兹;超过13次的谐波称高次谐波。电力谐波对电力网（包括用户）危害是十分严重的，它是一种电力污染。

2.由于线路，荧光灯、调光灯、计算机等负载，会产生大量的奇次谐波，其中3次谐波的含量较多，三相配电线路中，相线上的3的整数倍谐波在中性线上会叠加，使中性线的电流值可能超过相线上的电流。另外，相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率与无功功率，从而降低电网电压，浪费电网的容量，对电力设备的危害

（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。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，会使电容器鼓肚、击穿或爆炸。

（2）对电力变压器的危害

谐波使变压器的铜耗增大，其中包括电阻损耗、导体中的涡流损耗与导体外部因漏磁通引起的杂散损耗都要增加。谐波还使变压器的铁耗增大，这主要表现在铁心中的磁滞损耗增加，谐波使电压的波形变得越差，则磁滞损耗越大。

（3）对电力电缆的危害

由于谐波次数高频率上升，再加之电缆导体截面积越大趋肤效应越明显，从而导致导体的交流电阻增大，使得电缆的允许通过电流减小。另外，电缆的电阻、系统母线侧及线路感抗与系统串联，提高功率因数用的电容器及线路的容抗与系统并联，在一定数值的电感与电容下可能发生谐振。

（4）对用电设备的危害，对电动机的危害

谐波对异步电动机的影响，主要是增加电动机的附加损耗，降低效率，严重时使电动机过热。尤其是负序谐波在电动机中产生负序旋转磁场，形成与电动机旋转方向相反的转矩，起制动作用，从而减少电动机的出力。另外电动机中的谐波电流，当频率接近某零件的固有频率时还会使电动机产生机械振动，发出很大的噪声。

（5）对弱电系统设备的干扰

对于计算机网络、通信、有线电视、报警与楼宇自动化等弱电设备，电力系统中的谐波通过电磁感应、静电感应与传导方式耦合到这些系统中，产生干扰。其中电感应与静电感应的耦合强度与干扰频率成正比，传导则通过公共接地耦合，有大量不平衡电流流入接地极，从而干扰弱电系统。

（6）影响电力测量的准确性

目前采用的电力测量仪表中有磁电型和感应型，它们受谐波的影响较大。特别是电能表（多采用感应型），当谐波较大时将产生计量混乱，测量不准确。

二、电力系统谐波治理方法

想要最大限度的减少电力系统的损失，就要研究电力系统中的谐波治理方案。

1.在电力系统中加装交流滤波器

当已经确定谐波源设备以后，在近距离谐波源处安装滤波器是防止谐波电流注入电网的最有效办法。滤波器工作的基本原理就是在靠近谐波源的地方吸收谐波电流。而等到谐波电流进入高压电网后再采取措施，无论技术上还是经济上都是不可行的。

2.在谐波源附近加装有源滤波器

在谐波源处安装有源滤波器，它会向电网中注入与原有谐波电流幅值相等、相位相同，方向相反的电流，从而使电源的总谐波电流抵消为零。从而获得一正弦波。有源滤波器是与供电系统关联工作的，它只控制谐波电流，基波电流并不流过该有源滤波器。

3.加隔离变压器

隔离变压器可以消弱均衡的三次谐波电流传回到电源。通常在这种变压器的使用者会装设一个旁路的电路以避免在进行变压器的维护工作时长时期对负荷停止供电。使用隔离变压器的时候要适当提高额定值，否则也会产生电压畸变和过热。

4.在无功补偿的同时加装电抗器

将特定电抗百分率的串联电抗器配置到并联电容器组中，一般是用来限制谐波对电容器的危害及治理，以及改善电网电压波形的。谐波在电力系统中造成的各种电力污染，严重威胁着电力系统的安全运行，要长期坚持对电力谐波的治理措施才能从根本上改变电力现状，提高电力系统运营的安全性。

三、总结

随着现代信息技术，计算机技术和电子技术的发展，电能质量问题已越来越引起用户和供电部门的重视。应用先进的电能质量测试仪器不仅能大大提高电能质量的监测与治理水平，同时还可建立先进可靠的电能质量监测网络，及时分析和反映电网的电能质量水平，找出电网中造成电能质量谐波及故障的原因，采取相应的措施，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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作者简介

王占仓，男，讲师，从事电气运行教学工作。