电力系统谐波的产生危害及其抑制

电力系统谐波的产生、危害及其抑制

方重秋

四川攀枝花（攀枝花学院电气信息工程学院，

摘要：电力系统中大量非线性负荷的存在是产生谐波的根本原因。本文对电力系统谐波的产生、危害及抑制进行了综述。

关键词：电力系统０引言

理想的电力系统在工频下，电压、电流的波形应是正弦波，但实际的波形总有不同程度的非正弦畸变，即出现谐波。国际上公认的谐波含义为：“谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。”

早在２０世纪２０年代和３０年代的德国，人们就注意到使用静止汞弧变流器会造成电压、电流波形的畸变。到了５０年代和由于高压直流输电技术的发展，人们对变流器引起的６０年代，

随着电力电子技术电力系统谐波问题更加重视。７０年代以来，

的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。

１谐波的产生

产生谐波的根本原因在于电力系统中存在大量非线性负荷。当正弦基波电压（设电源阻抗为零时）作用于非线性负荷时，负荷吸收的电流与施加的电压波形不同；同时，畸变的电流又会影响电流回路中的其它设备。但在实际系统中，电源阻抗不为零，畸变电流将在电源阻抗上产生压降，使电源端电压发生畸变，从而对系统中所有负荷产生影响。非线性负荷产生的谐波电流分量的数值与基波电压值和电力系统的阻抗无关。因此，大部分谐波源可看成是恒流源。通常，谐波源可以被分成三类：

（１）电力电子装置。包括变速传动装置、不间断电源

谐波

６１７０００）

（、整流器、逆变器、开关电源和晶闸管控制系统等。ＵＰＳ）

（电弧装置。包括电弧炉、荧光灯和水银灯等。２）

（饱和设备。如变压器、电动机和发电机等。３）２谐波的危害

２．１对电气一次设备的影响与危害对旋转电机的影响与危害（１）

谐波电流除了在电机的定子绕组中产生有功损耗以外，还产生旋转磁场，在转子的铁芯中和转子的绕组中感应电流，从而产生有功附加损耗。这些附加损耗使电机的定子和转子温升增大。另外，谐波电流和基波磁场相互作用产生的扭力矩作用在转子上，激发汽轮发电机周期性振动，并伴有噪声。如果谐波电流的频率接近定子零部件的固有振动频率时，可能引起发电机的强烈振动，造成汽轮机的轴和叶片因疲劳而损坏。

对变压器的影响与危害（２）

变压器中谐波电流的影响主要是增加其铜损和铁损，并随频率的增大而增大。谐波损耗产生的局部过热会降低变压器的绝缘寿命。当附加损耗达到一定值时，需要降低出力运行。

若变压器绕组的电抗和电容器组发生串联谐振时，将产生谐波过电压，使局部放电量增加，加速绝缘老化。严重时还会发生绝缘击穿事故。

对电力电容器的影响与危害（３）

电力系统中的谐波会增加电容器的介质损耗，使温升增高，从而降低其寿命。谐波产生的损耗与谐波次数成正比。高次谐波的含量越大，产生的损耗也越大。由于电容器的结构不利于散热，造成电容器的温度升高与介质损耗增加形成恶性循环，最后可能导致热击穿。

隐患和严重职业危害的尽快处理；按照国家有关规定发放职工劳动安全卫生防护用品及对职工进行健康检查；落实工伤待遇和职业病赔偿；女职工、未成年工的特殊保护等

等，工会该参与的应当理直气壮地参与，该提出意见的应当直言不讳地提出，该立即制止的应当当机立断站出来制止，任何犹豫、退缩、放任都很可能造成难以弥补的重大损失。同时，也要注意和行政部门的协调与配合，对行政方面所采取的劳动保护措施要积极配合执行，做好助手，对行政方面应做而尚未做的工作也要据理力争，说明情况，争取得到行政方面的支持和理解。只有如此，才能真正实现安全生产、劳动保护双丰收，贯彻落实好“国家监察、群众监督、劳动者遵章守纪”的安全生产、劳动保护的方针。

职工劳动保护是工会组织永远推卸不了的一副重担，我们要紧紧抓住贯彻《全国安全生产法》的极好机遇，明确责任，与时俱进，扎实努力，全面强化基层职工劳动保护工作，开创职工劳动保护、企业安全生产的新局面，进一步落实“十一五”规划制定的奋斗目标，为建设和谐社会发挥工会组织的应有作用。

作用，使绝缘老化，甚至击穿。

２．２对二次设备的影响与危害（对测量设备的影响与危害１）

传统的功率定义大都是建立在平均值基础上的。但当电路中含有谐波时，传统的功率概念已无法对谐波电路的功率现象进行解释和描述。迄今为止，还未找到彻底解决问题的理论和方法。以至于同一厂家制造的同一种仪表对同一电气量进行测量，按照不同的定义所得的结果有时竟相存在谐波时功率的分类和定义直接影差２０％—３０％。因此，

响功率和电能的测量以及与之有关的收费问题。

（对继电保护和自动装置的影响与危害２）

正常运行时，变压器空载合闸时励磁涌流含有大量的谐波分量，使变压器二次电流波形严重畸变，以致电流幅值可能超过过电流继电器的整定值而误动作。在故障情况下，谐波影响比较大的是距离保护。阻抗继电器是按系统的基波阻抗整定的，３次谐波会引起很大的测量误差，严重时可能拒动或误动。对于高阻接地故障，因故障电流中的谐波含量较大，如果没有滤波装置，误动作的可能性较大。３次谐波电流也容易引起接地保护装置的误动作。

晶体管继电保护装置的组成元器件对各次谐波所呈现的阻抗不同，往往使比较器上的谐波含量比一次系统的含量大得多，因此，谐波容易使电压（或电流）的幅值增加，并引起交流量过零的机会增多，微分的脉冲次数增多，都可能引起晶体管继电保护的误动作。

２．３对用电设备的影响与危害

谐波会干扰用户负载，尤其是计算机系统。谐波会引起计算机磁性元件（如磁盘等）和数据处理系统的精度和性能。对电视机来讲，主要影响电压幅值，引起图像尺寸和亮度的变化。谐波还会缩短白炽灯的寿命和引起荧光灯故障。谐波对可控硅设备的影响主要是电压波形的畸变可能引起常规触发角的触发脉冲间隔不等，使整流器的工作不稳定；其次，对逆变器则会发生连续换相失败而无法工作等；第三，可控硅原件是一种对温度以及

ｄｉｄｕ

和都很敏感的元件，在含有ｄｔｄｔ

容量的供电点或由高一级电压的电网供电。

利用变流器中的相位抵消或谐波控制（２）

一个ｐ脉波变流器产生谐波的次数为ｈ＝ｐｎ±形状接近１，方波的合成相电流的谐波含量理论值为Ｉｈ≈

１

。因此，为减ｈ

小主要的谐波次数及总谐波含量，提高相数是有效的。

（开发有效的过程和方法来控制、减小或消除电力系３）

统及其设备的谐波

从电源电压、线路阻抗、负荷特性等找出三相不平衡原有利因，并加以消除。这样可以有效地减小３次谐波的产生，于设备的正常供电，减小损耗。

采用静止无功发生器ＳＶＧ，利用桥式变流电路的多重化技术、多电平技术或ＰＷＭ技术来进行处理，以消除次数较低的谐波，并使较高次数的谐波电流减小到可以接受的程度。另外，在用户进线处加串联电抗器，增大与系统的电气距离，可以减小谐波的相互影响。

补救性的解决方法是指为克服既存谐波问题所采用的技术，包括：

使用滤波器。（１）

在谐波源附近安装若干单调谐及高通滤波电路，或采用有源滤波器等新型抑制谐波的措施，以吸收谐波电流。

（电路解谐。２）

改变谐波源的配置或工作方式。将具有谐波互补性的装置集中，否则应适当分散或交错使用，适当限制谐波量大的工作方式。这样可以减小谐波的影响，但对装置的配置和工作方式有一定的要求。

避免电力电容器组对谐波的放大。即改变电容器组的串联电抗器，或将电容器组的某些支路改为滤波器，或限定电容器组的投入容量，可以有效地减小电容器组对谐波的放大并保证电容器组的安全运行。

总之，实际抑制谐波方案的选择要根据谐波达标水平、方案的效果、经济性和技术成熟程度等综合比较后确定。

参考文献：

中国电力出版社，［１］吴竞昌．供电系统谐波．北京：１９９８．［２］ＧｅｏｒｇｅＪ．Ｗａｋｉｌｅｈ，ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＨａｒｍｏｎｉｃｓ：Ｆｕｎｄａ－徐政译北京：机械工业出ｍｅｎｔａｌｓ，ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＦｉｌｔｅｒＤｅｓｉｇｎ，版社，２００５．

贺景亮．电力系统电磁兼容．武汉：武汉大学［３］王洪新，出版社，２００４．

杨君等．谐波抑制和无功功率补偿．北京：机［４］王兆安，械工业出版社，２００４．

中［５］李群湛．电气化铁道并联综合补偿及其应用．北京：国铁道出版社，１９９３．

危害及其防护对策．高［６］朗维川．供电系统谐波的产生、电压技术，：２００２，２８（６）３０．

较大的高次谐波电流和电压的作用下，可能遭到破坏。

２．４对通信系统的影响与危害

谐波通过感性耦合干扰通信线路，引起通信系统的噪声，降低通信的清晰度。干扰严重时会引起信号的丢失，在谐波和基波的共同作用下引起电话铃响，更为严重的是危及设备和人身安全。

３对电力系统谐波的抑制

电力系统谐波问题的解决方法可分为预防性的和补救性的两大类。

预防性的解决方法是指避免谐波及其后果出现的措施，包括：

提高设备或装置抗谐波干扰能力，改善谐波保护性能（１）