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摘要：随着科学技术的进步，许多新的电气装置和电子产品不断涌现，这些在促进工农业生产和给人们的日常生活带来便利的同时，也造成了一些负影响，因为这些电气装置和电子产品很多都含有半导体开关器件，所以从本质上讲是非线性负载。这一事实使得电网电压及电流将发生畸变，不再是严格的正弦波。这会产生大量的电力谐波，这不仅会使电损耗增大，还会带来各种各样的危害和影响。基于此，本文对电力谐波对电力设备的影响进行分析探讨。
关键词：电力谐波；电力设备；影响
谐波电流在供电系统中已经出现多年，电子行业中普遍应用的高频电源、电子镇流器、开关电源等电源设备，日常生活中大量使用的日光灯、家用电器等电器设备，以及矿山、化工、冶金企业中使用的大功率负荷的运行整流设备、炉、变频调速设备等，都导致了大量的谐波电流注入电网，造成严重的电能质量下降，正弦波畸变。这样不仅严重危害到广大用户，也严重威胁到电力系统中的一些主要供电设备的安全运行。
1谐波的形成
在理想干净的电力系统中，电流和电压都是纯粹的正弦波。在只含线性元件（电阻、电感及电容）的简单电路里，流过的电流和施加的电压成正比。所以如果所加电压是正弦的话，流过的电流就是正弦的。实际上，当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时，就形成非正弦电流。
所谓非线性设备，其特点就是其流过的电流与其两端的电压之间的关系是非线性的。即是加在非线性负荷上的电压波形为正弦波，其负荷电流波形将为非正弦的，即由于谐波的出现，电流波形将发生畸变。
正常情况下，电网提供的电压是—个正弦波，但非线性负荷用户的负荷电流是非正弦的，而畸变电流通过配电变压器等设备流入系统，并在系统内流动，其所经过的各种元件会产生压降，与基波电压相叠加，从而引起各点的电压波形产生不同程度的畸变。特别是邻近该用户的网络各点电压波形畸变相对严重些（尤其是发生电容器放大时）。最终影响由该电压供电的各类用户。
2谐波对用电设备的影响
2.1谐波对变压器的影响
三相变压器对高次谐波的响应状况取决于所用的连接方式（星形的或三角形的连接）。对于星/星（Y/Y）接法，相电流间的任何不平衡结果会使星点电气位移，使相线对中线的电压不相等。3N倍的谐波电流在一次及二次的相线对中线的电压上均造成谐波电压并使星点的电压脉动。如果一次是四线制的（即星点连接中线），电压就不会有畸变，但一次中线上要流过谐波电流，就会引起电源系统的畸变。加上第三个三角形接法的绕阻就可以克服这个问题（容量为变压器额定值的30％），它给循环不均衡的及3N次谐波提供了通路，这样就可防止它们传回入配电系统。对于三角形/星形（△/Y）接法，不平衡和3N次谐波电流在一次绕阻循环流动而不会传到电源系统中去。这种接法是配电变压器中最常用的一种。
2.2谐波对电网的影响
谐波会影响电网的可靠性、稳定性、安全性，主要表现在使正常的供电中断、电网解裂、可能引起电网发生谐振等方面。它会使电动机、电力电缆、电力变压器等设备发热并损坏，并且使绝缘材料加速老化。谐波还会影响短路器的开断容盘，导致短路器电弧的熄灭时间延长。电网的设备寿命缩短、线路和设备过热、功率损耗、增加接地保护功能失常等也会因谐波的产生而常有发生，尤其是三次谐波产生的巨大的中性线电流，会导致配电变压器的零线电流值或电压值超过相线的电流值或电压值，影响设备的安全运行。
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2.3谐波对输电线路的影响
流入电网的谐波电流对输电线路产生的影响如下：增加了电流波形的有效值，因此引起了附加输电的损耗；在各种电路的阻抗上谐波电流会产生谐波电压降。在电缆正在输电的时候，通过正比于其幅值电压的形式，谐波电压增加了介质的电场强度，因此会使电缆的使用寿命缩短。输电线路的长距离的输电线路，辐射的网架结构、分布电感和对地电容对谐波放大表现突出。同时不能忽视输电线路的系统谐振问题及谐波的放大。
2.4电压畸变
因为供电系统有内阻抗，所以谐波负荷电流将造成电压波形的谐波电压畸变。此阻抗有两个组成部分：公共耦合点（PCC）的内部电缆走线的阻抗，以及在PCC上供电系统的固有阻抗。由非线性负荷形成的畸变的负荷电流在电缆的阻抗上产生一个畸变的电压降。合成的畸变电压波形，加到与此同一电路相连的全部的别的负荷上去，而形成谐波电流在其上流过，甚至它们是线性的负荷时也是如此。
2.5谐波对电力电容器的影响
含有电力谐波的电压加在电容器两端时，由于电容器对电力谐波阻抗很小，谐波电流叠加在电容器的基波上，使电容器电流变大，温度升高，寿命缩短，引起电容器过负荷甚至爆炸，其中要特别注意的是，由于电容器是容性负载，能与电网上的感性设备配合，构成共振条件，这样即使很小的谐波电流也会放大很多倍，从而使电容器过电流，同时增大了的谐振电流也致使电容器的损耗急剧增加，引起电容器的过热或损坏。
3电力谐波的控制措施
3.1主动型控制措施
要最大限度降低电力谐波的产生，就要从谐波源上加强治理，注重谐波源设备的设计、选择、安装和使用，了解谐波对不同电力设备的危害，掌握谐波产生原因、传播规律，加大谐波检测，尽量避免谐波对电网和电力用户的污染。这就需要加大投入，共同治理，不仅要依靠供电部门，与电力供需各个环节有关的各个方面都应积极参与谐波治理。为了降低甚至避免谐波产生，应从谐波源本身出发，选择最为合理的供电电压和接线方式，保证三相电压平衡，以提高供电系统谐波承受能力；作为电网中最重要的谐波源之一，整变流装置相数可相应增加，从而将幅值较大的低频波予以消除，降低谐波电流有效值；也可在电网中采用脉冲调制技术或改变谐波源设备的配置方式或提高变流器的功率因数，加大对先进技术的研发和引入，尽量采用多重化、自动化技术。
3.2被动型控制措施
首先，可增加输电线路导线截面，尽量减小供电半径，增加中性线截面，尽量将低压回路阻抗降到最低。其次，由于大型变压器的制作原理主要是电磁感应原理，所以当谐波穿过变压器进入接地系统中会对整个电力系统的安全运行带来威胁，应改变变压器接线方式，可增设平衡线圈，避免谐波的穿越，有效降低谐波电流的产生，防止高次谐波向低压或高压侧的流动。再次，可在电容器上加设限流装置，以有效防止谐波产生和放大，这种方法主要是针对大容量的电力设备；对于有谐波源的电网，可在电容器中增设串联电抗器，将电力谐波同无功补偿联合起来进行治理。第四，要对谐波源设备进行经济技术分析，在条件允许情况下，可在谐波源处装设动态无功补偿装置或对当前使用的静态同步补偿装置进行升级，实现对补偿装置功率因数的改善，使补偿装置发挥滤除电力谐波的作用，将电力谐波注入电网的量降到最低。
结束语：
近年来，产生谐波的设备类型及数量在急剧增长并将继续增长。谐波负荷电流是由所有的非线性符合产生的，了解谐波的产生及对设备造成的影响，为我们消除、减少谐波对人们生产、生活所带来的不利影响提供了依据和保证。
参考文献：
[1]浅析电力谐波对电力设备的影响[J].杜建民.黑龙江科技信息.2014（18）
[2]浅析电力谐波对电力设备的影响[J].纪磊，张晶.黑龙江科技信息.2015（36）
[3]电力谐波对电力设备的影响及其应对策略研究[J].邢大江.中国设备工程.2018（06）
论文作者:任晋阳1,吕继涛2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/17
标签：谐波论文; 电流论文; 电压论文; 畸变论文; 电网论文; 电容器论文; 电力论文; 《电力设备》2018年第32期论文;