摘要：本文简述了油田电网电系统中谐波产生的原因，分析了谐波对供配电系及其设备和弱电系统运行等方面产生的危害，最后提出了谐波的治理措施。
关键词：谐波、滤波、危害、治理
一、概述
在理想的干净供电系统中，电流和电压都是正弦波。在只含线性元件（电阻、电感和电容）的简单电路里，流过的电流与施加的电压成正比，流过的电流是正弦波。但在实际中供电系统中，当电流与所加电压不成线性关系的负荷时，就形成非正弦电流，即产生谐波。我们所说的供电系统中的谐波是指一些频率（在我国取工业用电频率50Hz为基波频率）整数倍的正弦分量又称为高次谐波。在供电系统中产生谐波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。
供电系统中的谐波问题已引起各界广泛关注，为保证供电系统中所有的电气、电子设备能在电磁兼容意义的基础上进行正常，必须采取治理措施。
二、谐波的危害
1、谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电输电及用电设备的效率。大量的3次谐波流过中性线会使线路过热，甚至发生火灾。
（1）对旋转电机的影响
谐波对旋转电机的危害主要是产生附加的损耗。由于集肤效应、磁滞、涡流等随着频率的增高而使旋转电机的铁心和绕组中产生的附加损耗增加。在供电系统中，用户的电动机负荷约占整个负荷的85%左右。因此，谐波使电力用户电动机附加损耗增加的影响最为显著，由于电动机的出力一般不能按发热情况来进行调整，由谐波引起电动机的发热效应是按它能随谐波电压折算成等值的基波负序电压来考虑的。试验表明，在额定功率下持续承受力3%额定电压和负序电压时，电动机的绝缘寿命要减少一半。因此，国际上一般建议在持续工作的条件下，电动机承受的负序电压不宜超过额定电压的2%。此外，谐波和负序电流引起的综合危害还引发过大容量发电机的跳闸。
（2）对变压器的影响
谐波电流使变压器的损耗增加，特别是3次及其倍数次谐波对角形连接的变压器会在其绕组中形成环流，使绕组过热；对星形连接的变压器，当绕组中性点接地，而该侧电网中分布电容较大或装有中性点接地的并联电容器时，可能形成3次谐波谐振，使变压器附加损耗增加。
（3）对输电线路的影响
由于输电线路阻抗的频率特性，线路电阻随着频率的升高而增加。在集肤效应的作用下，谐波电流使输电线路的附加损耗增加。在供应电网的损耗中，变压器和输电线路的损耗占了大部分，所以谐波使电网网损增大。谐波还使三相供电系统中的中性线的电流增大，导致中性线过载。输电线路存在着分布的线路电感和对地电容。它们与产生谐波的设备组成串联回路或并联回路时，在一定的参数配合条件下，会发生串联谐振或并联谐振。一般情况下，并联谐波谐振所产生的谐波过电压和过电流对相关设备的危害性较大。当注入电网的谐波的上频率位于在网络谐振点附近的谐振区内时，会激励电感、电容产生部分谐振，形成谐波放大。在这种情况下，谐波电压升高、谐波电流增大将会引起继点保护装置出现误动，以至损坏设备，与此同时还可以产生相当大的谐波网损。对于电力电缆线路，由于电缆的对地电容比架空线路约大10-20倍，而感抗约占架空线路的1/2-1/3，因此更容易激励出较大的谐波振荡和谐波放大，造成绝缘击穿的事故。
（4）对电力电容器的影响
随着谐波电压的增高，会加速电容器的老化，使电容器的损耗系数增大、附加损耗增加，从而容易发生故障和缩短电容器的使用寿命。
另一方面，电容器的电容与电网的感抗组的谐振回路的谐振频率等于或接近于某次谐波分谐波分量的频率时，就会产生谐波放大，使得电容器因过热、过电压等而不能正常运行，甚至损坏。
2、谐波会导致继电保护装置和自动装置的据动或误动作
谐波对电力系统中以负序（基波）量为基础的继电保护和自动装置的影响十分严重，这是由于这负序（基波）量整定的保护装置整定值小、灵敏度高。如果在负序基础上再叠加上谐波的干扰则会引起发电机负序电流保护误动，严重威胁电力系统的安全进行。
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3、使电力系统的测量仪表产生误差
由于电力计量装置都是按50Hz的标准的正弦波设计的，当供电电压或负荷电流中有谐波成分时，会影响感应式电能表的正常工作。在有谐波源的情况下，谐波源用户处的电能表记录了该用户吸收的基波电能并扣除一小部分谐波电能，从而谐波源虽然污染了电网，却反而少交电费；而与此同时，在线性负荷用户处，电能表记录的是该用户吸收的基波电能及部分的谐波电能，这部分谐波电能不但使线性负荷性能变坏，而且还要多交电费，因此电子式电能表更不利于供电部门而有利于非线性负荷用户。
4、谐波会对临近的通信系统产生干扰
电力线路上流过的3、5、7、11等幅值较大的奇次低频谐波通过磁场耦合，在邻近电力线的通信线路中产生干扰电压，干扰通信系统的工作，影响通信线路通话的清晰度，而且在谐波和基波的共同作用下，触发电话铃，甚至在极端情况下，还会威胁通信设备和人员的安全。另外高压直流域（HVDC）换流站换相过程中产生的电磁噪声（3-10KHZ）会干扰电力载波通信的正常工作，并利用载波工作的闭锁和继电保护装置动作失损，影响电网运行的安全。
三、谐波的治理技术
1、增加换流装置的相数
换流装置是供电系统的主要谐波源之一。理论分析表明，换流装置在其交流侧与直流侧产生的特征谐波次数分别为pk±1和pk（p为整流相数或脉动数，k为正整数）。当脉动数由P=6增加东欧阿p=12时，可以有效的消除幅度较大的低频率，（其特征谐波次数分别为12k±1和12k）,从而大大地降低了谐波电流的有效值。
2、加装滤波装置（包括无源滤波和有源滤波装置）
为了减少谐波对供电系统的影响，最根本的思想是从产生谐波的源头抓起，设法在谐波源附近减少谐波电流，从而降低谐波电压。
防止谐波电流危害的方法，装置交流滤波器，交流滤波器能有效地抑制谐波电流，是电网电压畸变减轻，送电质量提高，同时反过来又使大功率负荷的效率充分发挥，寿命相对延长，滤波器提供的容性无功，还有一定的无功补偿作用，使系统的功率因数提高。滤波器按主回路中是否含有源器件，可分为有源滤波器和无源滤波器两类。
（1）无源滤波器
失谐型滤波器：各并联电容器串同一个电抗率的电抗，按最低次谐波频率偏离大于
10%来选取点抗率。其功能主要是补偿，有一定的滤波作用。
调谐型滤波器：不同滤波次数串联电抗的电抗率不同，偏离调谐频率不大于10%。其功能主要是滤波，附带有补偿功能。
（2）有源滤波器
它是一种静态转换器，即向网络注入与谐波幅值相同但相位相反的谐波，从而得到标准的正弦波。滤波效率高，不受系统影响，不会产生谐振，也不会发生过载，可以滤波也可以同时无功补偿，但它的价格偏高。
3、装用D，yn11接法的隔离变压器
其一次为三角形联结，3的奇次倍谐波在原边绕组内形成环流，不至于将谐波电流注入公共电网造成污染。此外，D,yn11联结组别变压器还能提供更小的零序阻抗，有利于切除单相接地故障。
参考文献
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作者简介
张晶，大学本科，现从事第二采油厂电力维修大队副小队长。
论文作者:张晶
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/19
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