摘要：谐波会降低电能质量，影响电力系统安全运行，因此谐波的治理一直成为国内外研究的热点。文章对谐波的危害、形成原因及分析方法进行了阐述，并对治理和消除谐波的措施进行了探讨。
关键词：变电站；谐波；原因；消除方法
一、谐波形成原因分析
1、正弦供电电压加在非线性负荷上
谐波产生的根本原因是在正弦供电电压加在非线性负荷上，它产生的电流不再是完全的正弦波形。同时因系统阻抗的存在，该电流产生的电压降也是非正弦的，这样就会引起负荷端的电压畸变。
2、变压器的影响
在变电站中，变压器是一个谐波源，由于变压器的磁性材料大都工作在非线性或接近非线性的区域，这种情况下即使加入正弦电压，励磁电流也是非正弦的，因而电流中不可避免含有谐波成分，并以3次谐波为主。同样的道理，假如变压器励磁电流波形是正弦的，但电压也是非正弦的。类似的情况还包括电抗器等感性设备。
3、其他非线设备的影响
变电站负载中若含有电弧炉、旋转电机、晶闸管控制设备等大量的非线性设备，则会引入谐波成分。旋转电机的线圈是嵌入线槽内的，由于线槽不可能做成完全正弦分布，所以产生的磁动势必然畸变。家用电器、水银灯、荧光灯等也是谐波源，虽然就单体来说谐波量不大，但数量大，分布广，也会对电力系统产生较明显的影响。随着整流器、开关电源、晶闸管控制系统等电力电子设备广泛应用，它们产生的谐波成分同样不容小视。2.2.4 其他原因另外，如果发电质量不高，即发电设备的谐波成分未受到有效抑制，注入电网后也是不可忽视的谐波源。
二、谐波的危害
谐波对电网的污染主要表现在以下方面：
1、使旋转电机、变压器等电气设备由于过大的谐波电流而产生附加损耗，从而引起过热，使绝缘介质老化加速，导致绝缘损坏。并联电容器的容抗随谐波次数增大而减小，因而使电容器过电流发热导致绝缘击穿的故障增多。
2、谐波电压每半周可能有多个过零点，产生过零噪扰，使相位控制设备的正常工作因控制信号紊乱而受到干扰，如电子计算机误动作、电子设备误触发、电子元件测试无法进行、晶体管整流型距离保护、变压器及母线复合电压保护误动或拒动等。
3、使变压器产生磁致伸缩和噪声，电抗器产生振动和噪声，感应电动机引起固定数的振动力矩和转速的周期变动。
4、谐波还会在电网中产生局部的串联与并联谐振，从而使谐波放大，加剧各种危害，甚至造成事故。
5、使通信回路、弱电回路产生杂音，甚至造成故障。
6、谐波电流的集肤效应导致额外的损耗和局部发热，7 次以上谐波，集肤效应就很明显，使电气设备和电线电缆等要降容使用。
7、3N 次谐波电流在中性线中叠加，再加上不平衡电流流过，中性线电流有可能超过相线电流，引起中性线过负荷。对商业大厦案例的研究表明， 中性线电流经常在相线电流的150%到 210%。同时，谐波在中性线上产生电压降，使中性线出现零点漂移，对于比较敏感的计算机和大型精密电子仪器产生电压干扰，出现死机、无故重启，甚至造成损坏。
三、谐波的治理
无论从保障电力系统的安全、稳定、经济运行的角度，还是从用户用电设备的安全、正常工作的角度，有效地治理谐波，将其限制在允许范围内，已迫在眉睫。我国谐波治理水平还较低，限制谐波的主要措施有以下几个方面。
1、对大功率静止整流器采取下列措施：
（1）提高整流变压器二次侧的相数和增加整流器的整流脉冲数。理论上，若整流输出的波头数为 p，则进入电网的谐波电流次数 n=kp±1，k 为任意正整数。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆谐波电流大小与谐波次数 n 成反比。因此 p 越大，谐波含量越小。GB/T 14549-1993 规定：小功率电力电子装置用低压供电，一般多采用 6 脉冲整流，容量特别小的可用单相整流。中等容量的电力电子装置（容量在 1500kVA 以下，10kV 供电）一般采用 12 脉冲整流。大容量电力电子装置可采用 24 脉冲整流。
（2）多台相数相同的整流装置，使整流变压器的二次侧有适当的相角差。例如有两台 Y/D-Y 整流变压器，若将其中一台加移相线圈，使两台变压器有 15°相角差，两者的叠加效应可使两台12脉冲整流器变为24 脉冲整流器，大大减少注入电力系统的谐波。
2、各类大功率非线性用电设备由短路容量较大或高一级电压的电网供电电网短路容量大时，可以减小谐波电流引起的电网电压畸变，进而减小对其它用电设备的影响。
3、采用 Y，D 或 D，y 连接组别变压器消除3的整数倍次谐波。如采用 D，yn11连接组别的三相配电变压器，3N次谐波电流在三角形D绕组中循环，被有效吸收，对电网无影响。
4、改变谐波源的配置和工作方式，具有谐波互补性的设备应集中布置，否则应分散或交错使用，适当限制谐波量大的工作方式。改善三相不平衡度，可减少3次谐波。
5、采用专线或专用变压器供电。适合于对谐波敏感的电子设备，如大型计算机、核磁共振、CT机、X光机等。
6、采用无源滤波器、有源滤波器等新型抑制谐波措施。
（1）无源滤波器。无源滤波器只适用于设计的谐波频率。通常并联在母线上。当谐波含量稳定时，采用无源滤波器是经济合理的，多用以消除 5、7、11、13 次谐波，对13 次以上的谐波，通常设置高通滤波器，它对高次谐波具有较宽的通频带。
（2）有源滤波器。有源滤波器是根据电流互感器测量负载电流的谐波含量，控制电流发生器生成一个精确的负荷谐波电流，在下个周波回馈到电源，从而降低谐波电流的幅值。并且由于在谐波频率时的电源阻抗降低，使电压畸变也降低。对谐波含量变化幅度大而且变化频繁的大容量冲击性负荷尤为适合，技术复杂，造价高。
7、无功补偿装置兼做滤波器。当无功补偿电力电容器与系统电抗对n次谐波发生并联谐振时，回路总阻抗为无穷大，电容器将因谐振过电压而烧毁， 为此电力电容器通常采用串联电抗器增加回路的高频阻抗，使回路远离谐波的谐振点，从而抑制高次谐波。当电容器和电抗器串联回路对n次谐波发生串联谐振时，回路总阻抗为零，一般电网中以 5 次谐波电流为大，如要滤除5次谐波，便应该满足XL= XC/25=4% XC，即选 4%电抗器。因此将电容器组的某些支路改用相应的串联电抗器，可构成对应的无源滤波器。通常串联电抗器感抗为电容器容抗的 6%左右， 因为 6%串联电抗器可限制电容器的合闸涌流在5倍以下。TCR、TCT、SR 型动态无功补偿装置，其容性部分可按需要设计成滤波器。
8、采用串联电抗器。在用户进线处加串联电抗器，以增大和系统的电气距离，可减小谐波对地区电网的影响。
9、在谐波含量大的三相四线系统内，谐波电流大量流经中性线，使得中性线截面不得不取为正常相线截面的1倍、1.5倍，一直到2倍。谐波电流在中性线引起的压降也很大，使中性线上的电压有可能大于安全电压 50V，在维修时对人身安全有害，此时需采用4极开关，在切断电源的同时切断中性线。
结束语
变电站是电力系统的枢纽，除了发电端的谐波源、自身谐波源以外，还是众多小型谐波源汇聚之处，因此为了改善电能质量，提高电力系统的稳定性，需要对变电站谐波污染进行有效的治理。目前，谐波治理方法有多种，应结合各变电站的谐波特征，并综合经济性、适应性、安全性和兼容性，这样才能选出最佳方案。
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论文作者:李婷婷
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/9/20
标签：谐波论文; 电流论文; 滤波器论文; 电压论文; 电网论文; 变压器论文; 正弦论文; 《基层建设》2019年第20期论文;