摘要：随着科学技术的发展，工业生产水平和人民生活水平的提高，非线性用电设备在电网中大量投运，造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。供电系统中谐波干扰增大，造成电网电压、电流波形严重畸变，成为影响供电质量的新的突出问题，并严重危及电力系统及用电设备的安全经济运行。本文对电网谐波危害和抑制消除措施进行分析归纳。
关键词：电网谐波；治理措施
1 谐波的来源
电网中谐波主要来自于两方面：用户的非线性负荷和电源系统。
1.1来自非线性负荷
随着电力电子技术发展，供电系统中增加了大量非线性负载，从低压小容量家用电器到高压大容量的工业交、直流变换装置都有着广泛应用。非线性用电设备已是产生谐波的主要原因。
1.2来自系统的影响
（1）系统中交流发电机内部定子和转子间的气隙，由于受到铁心齿、槽和工艺的影响，分布不均匀，虽然各相电势的波形对称，但三相电势中含有一定数量的奇次谐波；（2）电网中大量变压器的励磁电流含有奇次谐波成分，当变压器空载或过励磁时则更为严重，并由此构成了主要的稳定性谐波源；（3）电网中投切空载变压器或电容器时，其合闸涌流注入电网也会形成突发性的谐波源。
2 谐波对电网的危害
电网中产生的谐波达到一定的程度时，会对电网运行、电网中电气设备以及连接的负载都会产生严重危害，主要表现在以下几个方面：
2.1谐波对电网运行的危害
谐波对电网运行的危害主要有：（1）谐波可使电力系统发生电压谐振，从而在线路上产生谐振过电压，这就有可能使线路和设备的绝缘被击穿，造成短路事故；（2）谐波还可造成系统的继电保护和自动装置误动作，影响系统的正常运行；（3）谐波量大时能使系统中反应工频正弦量的多数监视、测量仪表出现误差；（4）谐波的存在不仅影响通讯系统通话的清晰度，严重时会产生谐振干扰整个通讯系统；（5）谐波还会影响功率因数补偿效果；（6）谐波严重时可使计算机系统失控。
2.2谐波对电网电气设备的危害
谐波对电网电气设备的危害主要有：（1）对发电机、电动机的影响：感应电动势中的高次谐波在同步电机气隙中磁性磁场沿电枢表而的分布一般呈平顶波形。利用傅里叶级数可将其分解为基波和一系列小波形。谐波次数V=1、3、5、7，高次谐波电动势的存在，使发电机的电动势波形变坏，而且发电机本身的杂散损耗增大，温升增同，串入电网的谐波电流还会干扰通信；（2）对变压器的影响：由于变压器中磁路常出现饱和状态，这时，励磁电流中会出现三次谐波磁通，它通过油箱壁或其它构件时，将在这些构件中产生涡流损耗，从而使变压器效率变低，缩短变压器的使用寿命；（3）对电力电容器的影响：谐波电压加在电容器两端时，电容器对谐波电流呈现较小的阻抗，且谐波次数越高，阻抗越小，因此电容器很容易发生过载甚至烧毁。
3 谐波在配电网中的危害
开关设备：因谐波电流导致开关设备在起动瞬间产生很高的电流变化率，使暂态恢复峰值电压增大，破坏绝缘，还会引起开关跳脱、引起误动作。（2）电力电子设备：电力电子设备通常要靠精确电源零交叉原理或电压波形的形态来控制和操作，若电压有谐波成分时，零交叉移动、波形改变、以致造成许多误动作。（3）计量仪表：造成感应盘中产生额外转距，导致误差，精度降低，甚至烧毁线圈。（4）保护电器：电流中含有的谐波会产生额外力矩，改变电器动作特性，引起误动作，甚至改变其操作特性，或烧毁线圈。（5）感应电动机：如变压器一般，电流和电压谐波也能增加电动机铜损及铁损，温度升。同时谐波电流会改变电磁转距，产生振动力矩，使电动机发生周期性转速变动，影响输出效率，并发出噪声。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆（6）变压器：电流和电压谐波将增加变压器铜损及铁损，造成变压器温度上升，绝缘能力下降，容量裕度减小。谐波还能产生共振及噪声等。（7）电力电容器：当谐波产生时由于频率增大，电容器阻抗瞬间减小，涌入大量电流，造成过热甚至损坏电容器，还有可能发生共振，产生振动及噪声。
4 配电网谐波治理的对策
4.1 针对谐波的产生和传播的特点，采取相应的隔离、补偿和减小措施。在配电网中，主要存在的是三次谐波污染，可以在谐波检测的基础上，通过适当加装滤波设备来减小谐波注入电网。对于各种电气设备的设计者，在设计初始，就要考虑其设备的谐波污染度，将谐波限制在标准允许的范围内。
4.2 加装有源谐波调节器。由于边频带上的频率是随传动装置的速度而变化的，并且时常很接近于基波频率，因此由变流器或逆变器产生的边频带和谐波用普通的滤波器来处理，难度较大。而有源谐波调节器通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变换技术，将与谐波和无功分量大小相等、方向相反的电流注入供配电系统中，来精确地补偿由负荷产生的谐波电流，实现滤除谐波、动态补偿无功的功能。
4.3 加强管理，多方出资，共同治理。谐波的治理，需要大量的投资，不能仅仅靠供电部门，要调动电力供需环节中的各个方面，在分清谐波来源基础上，走共同治理之路。
4.4 加装隔离变压器。均衡的3次谐波电流传回到电源，可通过一台Dyn接法的隔离变压器来降低谐波。使用该变压器时，通常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地对负荷停止供电。在这种情况下，应采用中性线有足够大的通用四芯馈线。在重要的配电系统中，有时把隔离变压器就地装在每一配电盘上，以隔离3N次谐波电流与配电系统。隔离变压器要适当提高额定值，否则也会产生电压畸变和过热。
4.5 加强标准和相应规范的宣传贯彻。IEC 6100以及国标GB/T 14549-1993，对于谐波定义、测量等进行了宣传，明确谐波治理是一项互惠互利、节能增效，是保证电网和设备安全稳定运行的举措。
4.6 加装无源电力滤波器。由于由电力电子器件构成的非线性节能设备在低压配电网中被广泛应用，因此导致谐波污染相当严重，而并联电容器组的投入则会引起某次谐波的放大。过大的谐波含量可能导致电容器损坏，甚至使得系统电压严重畸变。为防止谐波放大，在该装置中每组电容器均与电抗器相串联构成无源滤波器，选择L、C参数时主要兼顾3、5次谐波的抑制问题。统一将电抗率设定为6%，使其在基波频率下呈现容性，既作为基波无功补偿装置，又兼作谐波滤波器，避免电容器组产生谐波过电流，降低系统谐波含有率。实验结果证明该方法可以有效地抑制3、5次谐波。
4.7 主管部门对所辖配电网进行系统分析。通过正确测量，以确定谐波源位置和产生的原因，为谐波治理准备充分的原始材料；在谐波产生起伏较大的地方，可设置长期观察点，收集可靠的数据。对电力用户而言，可以监督供电部门提供的电力是否满足要求；对于供电部门而言，可以评估电力用户的用电设备是否产生了超标的谐波污染。
5 结束语
随着我国经济建设的迅猛发展，城市化进程不断加快，城市中各种各样的电器不断增多，自动化程度也在不断提高。城市电网中因使用电器产生的谐波污染日益严重，对整个电力系统的正常运行产生了严重威胁，因此，研究谐波及其危害，采取相应措施进行治理消除，显得尤为重要。
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论文作者:于波
论文发表刊物:《电力设备》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/19
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