摘要：随着人们生活水平的提高以及现代工业的发展,在人们对电能需求量日益增加的同时,对供电质量的要求也越来越高。但是,大量的电力电子设备在给人们生活提供便利的同时,也导致非线性负载越来越多,大量的谐波电流注入电网,造成电压正弦波形畸变,使电能质量下降,给发供电设备及用户用电设备带来严重危害。本文对电力系统谐波危害进行了详细分析，并提出了相关的防治措施。
关键词：电力系统；谐波危害；防治措施；研究；分析
1、什么是谐波
在复杂的周期性振荡中,包含基波和谐波,和该振荡最长周期相等的正弦波分量称为基波,相应于这个周期的频率称为基本频率,频率等于基本频率的整倍数的正弦波分量称为谐波。
在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶(M．Fourier)分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。谐波可以I区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、1 4，6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz时，2次谐波为lOOHz，3次谐波则是150Hz。一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。对于三相整流负载，出现的谐波电流是6n±1次谐波，例如5、7，11、13、17、19等，变频器主要产生5、7次谐波。
2、电网谐波的来源
2.1发电源质量不高产生谐波：
发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。
2.2输配电系统产生谐波：
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，加上设计变压器时考虑经济性，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。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流0.5%。
2.3用电设备产生的谐波：
晶闸管整流设备。由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。我们知道，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，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12脉冲整流器，也还有11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。
3、谐波污染对电网的影响主要表现
3.1造成电网的功率损耗增加、设备寿命缩短、接地保护功能失常、遥控功能失常、线路和设备过热等，特别是三次谐波会产生非常大的中性线电流，使得配电变压器的零线电流甚至超过相线电流值，造成设备的不安全运行。谐波对电网的安全性、稳定性、可靠性电流影响还表现在可能引起电网发生谐振、使正常的供电中断、事故扩大、电网解裂。例如，葛一上线500kV直流输电运行后,出现多次由谐波造成的姚双凤线行波保护误动，葛岗云线保护振荡闭锁装置误动。谐波问题直接影响相差高频保护误动等，又如，陕西330kV韩金线、安徽220kV三条线路、山西220kV章长线、河南220kV许驻线都发生过谐波问题导致的保护误动，出现大面积停电。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当谐波问题造成电网谐振时，其影响程度更大，例如丰沙大电气化铁路和湘渝电气化铁路都发生过因谐振而导致保护误动每日百次以上；丰一沙一大电气化铁路的谐波和负序曾造成大同二电厂200MW发电机负序电流过负荷保护动作切机，导致了大面积停电。由于谐波问题造成主变保护误动使得停电面积扩大的现象在国内已发生多起，谐波问题导致并联无功补偿装置误动、不能正常投运的事故更是不胜枚举。例如曾经发生的青海电网与西北主电网解列事故、龙羊峡水电厂运行机组调速系统组滞事故等，造成青海电网频率先上摆到55Hz然后又下摆到35Hz,在接近43.2Hz时电网参数的配合进入接近5次谐波谐振的条件，当时的5次频率是216Hz，在达到41Hz时达到了谐振最高点，5次频率为205Hz，从43.2～41 H z , 5次谐波电流和电压迅猛增大，7次谐波也迅速增大，从41～35Hz，5次谐波电压电流畸变率为45% (146.3KV)和156% (271A)，所幸此时主变压器跳闸，历时较短，才未酿成重大设备损坏事故。
3.2引起变电站局部的并联或串联谐振，造成电压互感器设备损坏；造成变电站系统中的设备元件产生附加的谐波损耗，引起电力变压器、电力电缆、电动机等设备发热，电容器损坏并加速绝缘材料的老化；造成断路器电弧熄灭时间的延长，影响断路器的开断容量；造成电子元器件的继电保护或自动装置误动作；影响电子仪表和通信系统的正常工作，降低通信质量；增大附加磁场的干扰等。
3.3谐波对电力电容器的影响
当配电系统非线性用电负荷比重较大，并联电容器组投入时一方面由于电容器组的谐波阻抗小，注入电容器组的谐波电流大，使电容器过负荷而严重影响其使用寿命，另一方面当电容器组的谐波容抗与系统等效谐波感抗相等而发生谐振时，引起电容器谐波电流严重放大使电容器过热而导致损坏。因此，电压谐波和电流谐波超标，都会使电容器的工作电流增大和出现异常，例如对于常用自愈式并联电容器，其允许过电流倍数是1.3倍频定电流，当电容器的电流超过这一限值时，将会造成电容器的损耗增加、发热异常、绝缘加速老化而导致使用寿命降低，甚至造成损坏事故。同时，谐波使工频正弦波形发生畸变，产生锯齿状尖顶波，易在绝缘介质中引发局部放电，长时间的局部放电也会加速绝缘介质的老化、自愈性能下降，而容易导致电容器损坏。
3.4谐波对电力变压器的危害
谐波电流使变压器的铜耗增加，引起局部过热，振动，噪声增大，绕组附加发热等。谐波电压引起的附加损耗使变压器的磁滞及涡流损耗增加，当系统运行电压偏高或三相不对称时，励磁电流中的谐波分量增加，绝缘材料承受的电气应力增大，影响绝缘的局部放电和介质增大。对三角形连接的绕组，零序性谐波在绕组内形成环流，使绕组温度升高。变压器励磁电流中含谐波电流，引起合闸涌流中谐波电流过大，这种谐波电流在发生谐振时的条件下对变压器的安全运行将造成威胁。
4、电力系统谐波危害的防止措施
4.1必须建立谐波监督管理体系，明确职责，认真开展谐波的测试、研究、分析以及技术培训。认真分析产生谐波的原因，积极开展事故预想，制定切实可行的反事故措施，对发生的谐波事故及异常的原因查不清不放过，防范措施不落实不放过。
4.2认真做好业扩、报装接电及现有非线性负荷谐波的设计、审查、统计工作，建立完善的技术资料档案。采取行政手段，强化谐波检测仪器、仪表的检验和认证工作，积极推广治理谐波的新技术，切实抓好超标客户的谐波管理。
4.3整流设备是电网中主要的谐波源之一，通过改造换流装置，采取特殊的接线方式或将相数较少的换流变压器联结成等效的多相形式，增加换流器相数，或利用相互间有一定移相角的换流变压器，有效的消除较大的低次谐波。通过加大技术改造力度，既可节省大量资金，而且能够达到抑制或降低谐波分量的理想效果。
5、结束语
在电力系统中，由于非线性负荷的作用，使电压和电流的波形发生畸变，电网中出现了大量的高次谐波，从而导致电能质量下降。随着各类非线性负荷所占比例的逐年增大，谐波问题愈加突出，严重时已威胁到电力系统的安全和经济运行，谐波污染到了不得不治理的时候了。
参考文献：
[1]《电力系统谐波危害及其治理措施的分析》，陈必荣，《电气时代Electric Age》，2016年08期.
[2]《变电站补偿电容器的谐波问题研究》，王绪雄，郑州大学，河南省，211工程院校.
论文作者:靳罡
论文发表刊物:《基层建设》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/14
标签：谐波论文; 电流论文; 电网论文; 电容器论文; 基波论文; 谐振论文; 变压器论文; 《基层建设》2017年第8期论文;