摘要：谐波污染是影响电力系统安全稳定运行的主要因素之一,谐波不仅影响了电力系统中的电能质量,而且还会产生谐波损耗,降低发电输电效率及用电设备使用的效率。谐波污染的有效治理,在电力系统的经济运行中具有重要的意义。本文介绍了电力系统中常见的谐波污染源种类,分析了谐波污染的危害,并对谐波治理方法进行了总结。
关键词：电力系统；谐波污染；谐波治理
理想的电力系统向用户提供的应该是一个恒定工频的正弦波形电压，但是这种理想状态在实际中无法存在，如今广泛应用的用电设备大多是非线性的，如开关电源、整流器、节能灯、变频电机等，随着各种阻感负载和新型电力电子装置的大量应用，这些非线性负载会产生大量谐波并注入电网，使电网电压产生畸变。还有很多冲击性和波动性负载，如电弧炉、焊接设备等不仅会在运行中产生大量的高次谐波，而且还会引起电压波动和闪变，这些电压波动和闪变同样会注入电网，影响电力系统和用电设备的安全。因此，谐波污染会对电网和用户产生严重危害，必须引起我们的高度重视，现就电力系统中谐波的产生、危害及治理谈一些我个人的体会。
1 电力谐波的产生
电力电子装置的应用随着科技的发展越来越广。电力电子装置成为了最主要的谐波源。谐波主要是由谐波电流源产生，电力系统中存在两类谐波源：一类是含半导体电阻的非线性元件；另一类是带非线性设备的谐波源。
1.1发电源质量不高产生的谐波
发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心同样 做到绝对均匀一致等原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。
1.2输配电系统产生的谐波
输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性等，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波，其中3次谐波电流可高达额定电流的0.5%。
1.3用电设备产生的谐波
（1）晶闸管装置：晶闸管整流装置采用移相控制。从电网吸收的是缺角的正弦波.从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中就含有大量的谐波。如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则会含有奇次谐波电流。其中3次谐波的含量可达基波的30%：接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。如果整流装置为三相全控桥6脉整流器，变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流：如果是l2脉冲整流器，也还有Il次及以上奇次谐波电流：经统计表明：由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是最大的谐波源。
（2）变频装置：变频装置由于采用了相位控制，谐波成份除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。
（3）电弧炉、电石炉：由于三相负荷难以平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。其中主要是27次的谐波，平均可达基波的8%～20%o，最大可达45%。
（4）气体放电类电光源：分析与测量这类电光源的伏安特性，可知其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。
（5）家用电器：具有调压整流装置的家用电器，会产生较大的奇次谐波。在有绕组设备的电器中，因不平衡电流的变化也能使波形改变一这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。
2 谐波污染的危害
谐波产生的根本原因是由于电力线路呈一定阻抗，等效为电阻、电感和电容构成的无源网络，非线性负载产生的非正弦电流造成了电路中电流和电压畸变。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆谐波污染带来的危害主要作用于电力系统本身和用户两个方面，下文进行分析：
2.1谐波对电力系统的危害
（1）对电网的影响。电网中如果产生高次谐波电流，将增加输电线路功耗，如果电缆输电，还容易形成谐波谐振，导致绝缘击穿。谐波还能造成电网电压与电流波形发生畸变，影响三相交流电的对称性，影响电力正常输送。
（2）对电动机和发电机的损害。谐波造成电动机过热，增加了电动机的附加损耗，降低了工作效率。其中负序谐波产生负序旋转磁场，形成与电动机旋转方向相反的转矩，起制动作用，从而减少电动机的出力。在电力设备中，3、5次谐波对发电机的危害最为严重，涡流的产生使发电机噪声变大，使用寿命减短，引起发电机震荡，严重时造成转轴扭曲，金属疲劳断裂。
（3）对继电保护的危害。继电保护装置若是按基波负序量整定其整定值大小，当谐波干扰叠加到极低的整定值上时，就引起继电保护及自动装置误动或拒动，动作失去选择性，可靠性降低，从而造成系统事故，严重威胁电力系统的安全运行。
（4）对无功补偿电容器的影响。谐波电流的产生将会加重电容器的负担，导致电容器因过负荷或过电压而损坏，由谐波引起的发热和电压升高意味着电容器使用寿命的缩短。
除以上提到的危害，谐波对变压器、熔断器、断路器等其他设备也造成了不同程度的危害，有待进一步研究和探讨。
2.2谐波对电力用户的影响
产生谐波负荷的用户，从系统中吸收基波功率而向系统送出谐波功率。这样受谐波影响的用户既从系统吸收基波功率又从谐波源吸收无用的谐波功率，其后果是谐波源用户少付电费而受害的用户反要多付电费。另外，谐波的产生对用户电动机、补偿电容器、自动控制装置、生活用电、用电安全等均有影响。
3 电力系统谐波的治理措施
对电力系统中谐波的治理应该从两方面来考虑,一是产生谐波的非线性负荷;二是受谐波污染危害的电力设备和装置。这两个方面应该相互配合,统一协调。谐波的治理具体可采用以下方法:
3.1加装无源滤波器:无源滤波器由L、C、R元件构成谐波共振回路,当LC回路的谐波频率和某一次高次谐波电流频率相同时,即可阻止高次谐波流入电网。无源滤波器特点是投资少、频率高、结构简单、运行可靠及维护方便。无源滤波器缺点是滤波易受系统参数的影响,对某些次谐波有放大的可能、耗费多、体积大。
3.2加装有源滤波器:有源滤波器通过对电流中高次谐波进行检测,根据检测结果输入与高次谐波成分具有相反相位电流,达到实时补偿谐波电流的目的。与无源滤波器相比具有高度可控性和快速响应性。且可消除与系统阻抗发生谐振危险。也可自动跟踪补偿变化的谐波。但存在容量大,价格高等缺点。
3.3加装无功功率静止型无功补偿装置:对于大型冲击性负荷,可装设无功功率的静止型无功补偿装置,以获得补偿负荷快速变动的无功需求,改善功率因数,滤除系统谐波,减少向系统注入谐波电流,稳定母线电压,降低三相电压不平衡度,提高供电系统承受谐波能力。
3.4供电线路分开:因电源系统内有阻抗,所以谐波负荷电流将造成电压波形的谐波电压畸形。把产生谐波的负荷的供电线路和对谐波敏感的负荷供电线路分开,使非线性负荷产生的畸变电压不会传导到线性负荷上去。
3.5使用理想化的无谐波污染的供配电设备,保证设备输入和输出电流都是正弦波。
4 结束语
综上所述，本文从电网、电力设备、用户等方面分析了谐波污染的危害，并提出了治理谐波污染的一些具体办法，对于保证电力系统正常的经济运行具有重要的意义。随着技术的进步，在治理谐波污染的问题上必定会研究出更科学的措施，从而更加高效地抑制谐波对电网的污染，提高供电质量。
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[3]郭汉桥，罗乾超，褚丽丽.电力系统中谐波的产生、危害及综合治理[J].电气开关，2008，（2）.
论文作者:徐燕
论文发表刊物:《电力设备》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/19
标签：谐波论文; 电流论文; 电力系统论文; 电网论文; 装置论文; 无源论文; 电压论文; 《电力设备》2017年第13期论文;