摘要：在电气设备当中，谐波的产生会对电气设备产生一定危害，不利于电气设备的正常运行。为了减少谐波对电气设备的影响，有必要对其抑制技术展开讨论。文章将对谐波来源、危害以及抑制技术进行分析，以期为电气设备中谐波问题的有效抑制提供参考。
关键词：电气设备；谐波影响；抑制技术
引言：在新时代科学技术的迅速发展下，为人们的生活提供了极大的便利，并且也促进了生产工作效率的提升。在电气设备运行过程中，时常会受到谐波的影响，谐波产生的根本原因是由于给具有非线性阻抗特性的电气设备（又称为非线性负荷）供电的结果。这些非线性负荷所产生的电流与所加载的电压不成线性关系，在工作时间向电源反馈高次谐波，最终使得电气系统的电压与电流波形呈非正弦波，进而发生畸变，影响电力质量，影响着电气设备的运行。
一、电气设备中谐波的来源与危害分析
1、谐波来源
在电力系统中，产生谐波的原因、设备是很多的，很难一次集中概况全面，但是总结现场的经验来看，能够产生谐波的主要来源于以下几个方面：
（1）大大小小的整流设备、逆变设备、交流调压设备和变频设备。
（2）电网中的变压器群。
（3）较大的单相电力电子装置。
（4）工业用电弧炉。
（5）静止补偿装置中的可控电抗器和饱和电抗器。
（6）高新技术产品中的元件，如敏感电子器件等。由上面的分析可以看出，产生谐波的原因是多方面的。
2、谐波的危害分析
谐波属于电气系统内部的污染源，其会对系统内部的电磁环境产生污染。电磁环境属于电力系统中的关键组成部分，在受到谐波的作用下，会产生一系列的问题。当危害程度较轻时，会导致电气设备的运行效率逐渐下降，当危害程度较重时，很可能会直接威胁到电力系统运行的安全性，导致电力设备受损。谐波的危害主要表现为以下几点：
（1）电气设备在谐波作用下不正常升温，附加损耗过大。虽然谐波电流量与基波电流相比具有较大的差距，但是谐波的存在会使得设备集肤效应加剧，有效电阻在感知集肤效应的过程中，电阻值也会增长。对于一些特殊设备，还会产生较大的涡流损耗和磁滞损耗，比如带有铁心的电气设备。波形畸变到一定程度形成较大幅度的尖顶波时会使得局部放电强度加剧，在这种高消耗的情况下，很容易降低电气设备的使用寿命。
（2）电机有可能被引发机械振动。电机旋转磁场在受到谐波电流的影响作用下，会产生可以引起电机发生振动的脉动转矩。这种振动在受到电机自然频率的影响下很容易引发危害性较大的机械振动，进而导致电气设备质量大大降低，难以保障运行安全性。
（3）导致计算机设备和相关自动控制装置受到影响。通常来说，自动控制设备以及其它相关的自动控制系统均是以正常电流和加载电压作为设计依据，在谐波出现后，因自动控制系统未能实现考虑这一问题，进而导致实际运行受到影响，功能性也受到了制约。在谐波影响程度严重时，还会导致自动控制系统的操作程序发生变化，出现错误的引导。这一现象会威胁到系统的正常运行，引起严重的安全事故。
（4）谐波的存在还会造成其他很多不良影响。①误跳闸和停电。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆电气系统的断路器易受谐波引起的尖峰电流的影响，断路器保护装置会在谐波分量较大时，发生误跳闸，造成停电现象，这不仅使系统无法正常工作，而且还会使系统重新启动时所需的时间内导致的物质损失增加。②干扰敏感负荷。谐波会在高次谐波的频率接近载波频率时对邻近的通信系统产生干扰，轻者会产生噪声，使通信质量降低，重者则会导致信息的丢失，使通信系统的工作无法正常进行。③引起测量误差。工作中一般使用的感应式电能表当频率特性偏离50Hz时会出现误差，且偏离越远，误差越大，因为它是根据工频正弦电压波形设计的。在高频段，电磁型仪表误差也较大。
二、电气设备中的谐波抑制技术分析
1、开发新型变流器
电力电子装置是主要的谐波源，针对此谐波源不仅可以采用补偿装置对其谐波进行补偿，还可以通过开发新型变流器来抑制谐波的产生。
2、改进电气系统设计
设计电气系统时应充分考虑谐波产生的影响，并做出相应的设计，采用各方法来限制谐波的传播。
（1）调整非线性负荷的连接位置
通过对谐波的描述，可以看出：谐波经过的供电线路的阻抗的减少会减小畸变电压对电气系统的影响。所以，如果不考虑其他经济因素，将非线性负荷尽可能地连接在系统上游，同时，线性设备采用成组配置且不与其他设备用同一母线供电。
（2）安装电抗器
电容器组和变频控制回路上谐波抑制电抗器的安装可以增强对高次谐波的抑制，进而产生稳定电流。
3、装设LC 无源滤波器、有源滤波器（APF）或混合滤波装置（HAPF）
（1）无源滤波器
安装电容器组以改善功率因数的方案一般不宜在谐波含量较少的电气系统中使用，因为此种情况下，电容器组与电力网会形成并联谐振，进而放到谐波电流，这样会使电压和电流发生更大程度的畸变。所以，遇到系统中谐波较少的情况时应将改善功率因数的电容器组串接到调谐电抗器上。也就是由电容器和调谐电抗器串联组成该电容器组，并将使此回路的串联谐振频率低于最低次谐波。这样能使其呈现电容性，进而通过提供无功电流来改善功率因数。
（2）有源滤波器
有源滤波器通过在工作时主动注入一个电流，精确地对负荷产生的谐波电流进行补偿，就会得到一个标准的正弦波。有源滤波的工作是通过数字信号处理（DSP）技术控制快速绝缘栅双极晶体管（IGBT）。由于设备和供电系统是并联工作的，因此它只能控制谐波电流而不能控制基波电流。假如被过滤的谐波电流大于滤波器的容量，它就只能对谐波进行一定程度的限制并纠正部分波形。
（3）混合滤波器
混合滤波器是将有源滤波器与无源滤波器相结合，因此其具备这两种滤波器的优势，不仅能够降低有源滤波器的容量，还能够有效的克服无源滤波器的不足，同时在大范围功率与性能水平上依旧可以很好的运用。
4、合理选用变压器
尽量采用D.yn11 接线组别的配电变压器。由于三次谐波可在D 接线高压绕组的闭合回路流通，所以相电压中没有三次谐波分量，这样就抑制了高次谐波电流，从而使中性线中谐波电流减小。同时，在确定变压器额定容量时，应考虑谐波畸变而留有裕量，即可防范变压器发热引起的危害。
5、合理选用电力电缆
在对电缆截面进行选择时，需要了解到谐波引起电缆发热的危害，尤其是在为大量非线性负载供电阶段，要保证电缆载流量留设充足，可适当放大一级选择线缆截面。在三相四线制系统中，为了防范三次谐波和高次谐波引起的集肤效应对中性线的发热危害，选择中性线截面时应留有足够裕量。
6、合理选用开关设备
低压配电设计阶段，为了有效避免谐波畸变所引发的开关设备发热以及误动作情况，需要在实际选择断路器等开关设备时，合理控制额定电流；在对漏电保护器除适当降低额定电流使用外，还应在选择额定电流灵敏度时考虑谐波的泄漏电流。
结语：谐波问题是影响电能质量的关键性问题，其产生会对电气运行产生一系列的不良影响。引起谐波问题的原因有很多，同时谐波对于电气设备的影响也是多方面的，因此，要求相关电气技术人员能够增强对谐波问题的重视程度，合理运用谐波抑制技术，进而有效的降低因谐波污染所引起的相关问题，保证电气设备的正常运行。
参考文献：
[1]张生龙.浅析供电系统中谐波产生的危害及防范策略[J].中国新技术新产品.2017(08)
[2]邵阿红,叶永卫,田二明.调速变频器的谐波产生机理及治理措施研究[J].重庆三峡学院学报.2012(03)
[3]冯剑飞,王臻卓.浅析供电系统中谐波产生的原因、危害及防护措施[J].机电信息.2014(27)
论文作者:朱中元
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/25
标签：谐波论文; 电流论文; 电气设备论文; 滤波器论文; 抑制论文; 系统论文; 畸变论文; 《防护工程》2018年第33期论文;