基于虚拟仪器的谐波分析与研究

摘要随着当前科学技术的飞速发展，电力在社会生产及其生活中起到了重要作用，但是在电力传输的过程中也产生了很多问题，这些问题会影响电能质量，对生产生活造成很大危害，所以对电能质量各指标的检测显得尤为重要。与计算机技术相结合，是测试仪器发展的主流，由此而产生的虚拟仪器技术，已经成为测试仪器技术中的重要领域。本课题将虚拟仪器技术引入电网谐波测试之中，LabVIEW 作为虚拟仪器的软件平台，使用 FFT 算法进行谐波分析。论文首先分析了电能质量及谐波的概念以及谐波的产生原因，危害，国内外谐波研究现状以及谐波测量算法，介绍了虚拟仪器的开发技术，系统所依据的基本理论以及系统软硬件开发平台。然后详细说明了系统软件体系结构，采用 LABVIEW 软件分析电力系统中谐波信号的方法，利用 labview 软件模拟正弦波信号，设计程序，LabVIEW 的软件应用程序设计。对采样的数据使用 FFT 算法进行实时谐波分析。关键词：LabVIEW,谐波虚拟仪器,FFTAbstractThe mainstream of test instruments development is that it is combined with the computer technology. Therefore virtual instruments technology has become an important field of test instruments technology. In this paper the virtual instrument technology is used to the power system harmonics measurement and the virtual instrument on harmonics analysis is developed and stud ied using a computer and UA301A data acquisition as the hardware platform and LabVIEW as the software platform of the virtual instrument. FFT algorithm is used for harmonics analysis. First ly it is the analysis of the harmonics hazards, the harmonics research status in home and aboard and the measurement algorithms on harmonics in the paper . Then it introduces the development technology of virtual instruments, the basic theory that the system depends on and the hardware and software development platform of the system, and then a detailed description of the system software architecture is shown, including the interface driving program design between the data acquirement and LabVIEW and the software application program design using the way of the quasi-synchronous sampling and synchronous sampling to acquire data of the signal. FFT algorithm is used to make the realtime harmonics analysis. Finally it carrys through a simulation, the experiment circuit design and the measurement of parameters of the experiment system. The software of the system is composed by the human-machine interface, data transmission and data processing. The measurement functions of the main interface in the system include three modules-spectrum measurements, harmonics analysis and power measurements. The measured data are saved to excel format and the shown graphics are saved to bmp format. Through the simulation and the measurement of parameters in experiment system, it proves that the design of the system is reasonable and feasible. Key Words: LabVIEW, Harmonics, Virtual Instrument s, FFT目录 摘要 .1Abstract .2第 1 章 绪 论 .11.1 课题背景 .11.2 选题内容 .11.3 选题意义 .270 年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，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。世界各国都对谐波问题予以充分的关注。国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。 .2第 2 章 电能质量 .32.1 电能质量定义 .32.2 电能质量的主要指标 .32.2.1 电压允许偏差 .32.2.2 频率偏差 .32.2.3 谐波含量 .3谐波含量 .32.2.4 电压波动 .42.3 电能质量的检测 .42.4 我国电力产业现状 .52.5 电能质量新发展 .52.6 电能质量问题的解决之道 .6第 3 章 谐波 .83.1 谐波定义 .83.2 谐波产生原理 .83.3 谐波产生原因 .83.4 谐波的危害 .93.4.1 对电力电容器的影响 .93.4.2 对电力变压器的影响 .103.4.3 对电力避雷器的影响 .103.4.4 对输电线路的影响 .103.4.5 对电力电缆的影响 .103.4.6 对继电保护及自动装置的影响 .103.4.7 对继电保护整定的影响 .113.4.8 对电力用户的影响 .113.5 对谐波的检测 .123.6 谐波畸变的指标 .133.7 谐波测量中的采样问题 .143.8 谐波限值标准 .143.9 谐波分析原理 .14第 4 章 虚拟仪器 .164.1 虚拟仪器简介 .164.2 虚拟仪器构成 .174.3 LabVIEW8.5 的安装及应用 .184.4 设计中用到的结构 .214.5 电能质量和虚拟仪器 .21第 5 章 软件设计 .225.1 系统的总体结构 .225.1.1 系统的硬件部分 .225.1.2 系统的软件部分 .255.2 系统的功能模块 .255.3 各电能质量参数的数字化实现 .265.4 调试和优化程序 .27第 6 章 程序设计 .286.1 设计说明 .286.2 程序流程图 .316.3 总程序图 .32总结 .33参考文献 .34致谢 .35第 1 章 绪 论1.1 课题背景电力系统的谐波问题早在 20 世纪 20 年代和 30 年代就引起了人们的注意。当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。1945 年J.C.Read 发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。从严格的意义来讲，谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。从广义上讲，由于交流电网有效分量为工频单一频率，因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波，这时“谐波”这个词的的意义已经变得与原意有些不符。正是因为广义的谐波概念，才有了“分数谐波” 、 “间谐波” 、 “次谐波”等等说法。根据傅立叶级数的原理，周期函数都可以展开为常数与一组具有共同周期的正弦函数和余弦函数之和。其展开式中，常数表达的部分称之为直流分量，最小正周期等于原函数的周期的部分称之为基波或一次谐波，最小正周期的若干倍等于原函数的周期的部分称之为高次谐波。因此高次谐波的频率必然也等于基波的频率的若干倍，基波频率 3 倍的波称之为三次谐波，基波频率 5 倍的波称之为五次谐波，以此类推。不管几次谐波，他们都是正弦波。当前，电力电子设备越来越广泛地应用在工业和商业，例如：变频调速设备、整流器、不间断电源 UPS、直流电源、焊机、计算机、电视机、节能灯、复印机等。这些非线性负荷在给人们的生产和生活带来便利的同时，会产生大量的谐波并注入到电网中，导致电流和电压波形畸变，电能质量下降，并危害电网及电网中的其它设备。谐波对供电设备的危害谐波对供电设备的危害：电力变压器和发电机损耗增大，电缆过热，绝缘老化；电力电容器介质损耗增大，线电流增大，过热；敏感性负载受干扰，计算机出错，死机；保护装置异常动作，开关误跳闸；伺服电机产生脉动，交流电机产生振动，噪音增大；产生线路传导电磁干扰，数字传输故障，通讯广播剪断；照明设备和显示器产生闪烁；电网的品质变坏，波形失真增大，频率改变；过度地消耗电网中的无功功率和电流有效值；电网的负担加重，可用容量下降。1.2 选题内容随着科学技术的迅猛发展，设备和技术向集成化、数字化和高速化方向发展，但是也伴随着一个重要的问题谐波失真，它带给工业生产的巨大危害是不能忽视的，公用电网中的谐波电压和谐波电流就是对电网环境最严重的一种污染，已成为影响电能质量的公害。Labview 是由美国 NI 公司开发的、优秀的图形化编程开发平台，是 Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench 的简称，即实验室虚拟仪器工程平台。所谓虚拟仪器，就是在通用计算机平台上，用户根据自己的需求来定义和设计仪器的测量功能。其实质是将拥有完整功能的硬件和最新计算机软件技术充分地结合起来，用以实现和扩充传统仪器的功能，来完成数据采集、分析及显示。虚拟仪器系统技术的基础是计算机系统，核心是软件技术。这次设计的目的就是运用 Labview 制作测量谐波的虚拟仪器。虚拟仪器比传统器开发周期更短，精度更高，更经济。1.3 选题意义70 年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，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。世界各国都对谐波问题予以充分的关注。国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。因为谐波的危害十分严重谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生震动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰，所以必须对电力谐波进行检测与分析。第 2 章 电能质量2.1 电能质量定义电能质量(Power Quality)，从严格意思上讲，衡量电能质量的主要指标有电压、频率和波形。从普遍意义上讲是指优质供电，包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、瞬时或暂态过电压、波形畸变（谐波） 、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等在现代电力系统中，电压暂降，暂升和短时中断，谐波产生的电压波形畸变，已成为最重要的电能质量问题。谐波分为公用电网谐波，公用电网间谐波。2.2 电能质量的主要指标2.2.1 电压允许偏差电压是电能质量的重要指标之一，电压质量好坏对电力系统的安全与经济运行，对保证用户安全生产和产品质量以及电气设备的安全与寿命有着重要的影响。电力系统的无功补偿与无功平衡，是保证电压质量的基本条件。电压允许偏差是指电力系统电压缓慢变化时，电力系统供电实测电压对额定电压的偏差。其计算公式为：电压偏差（）（Umax-Umin）/UN100。2.2.2 频率偏差频率偏差是指电力系统的实际值与额定值之差。一般来讲，频率在额定值附近微小变动和偏离，短时不易察觉，但是其累计效果确实明显的。电力系统若长期处于低频下运行，电钟计时就会不准，电动机转速就会下降，实际负荷功率也讲降低，有些工厂可能出现次品；对于发电厂的汽轮机来说，当频率下降时叶片震动变大，甚至产生共振现象；某些形式的汽轮机若长时间在频率低于 4949.5Hz 下运行，叶片容易断裂。当然，系统频率过高也是不行的。2.2.3 谐波含量谐波含量是指对周期性交流量进行傅立叶级数分解，得到频率为基波频率，大于 1 的整次倍分量。对谐波的测量一般包括：各次谐波量、各次谐波含有率、奇次谐波含有率、偶次谐波含有率、总谐波畸变率。在电能质量的各项指标中，受干扰负荷影响时，谐波是最普遍的，这是因为非线性负荷在快速增长，电网的谐波水平在不断提高。由于谐波干扰导致电气设备异常的情况有逐年增加的趋势，因此公用电网谐波标准在控制谐波危害，保障电网和用户的安全、经济运行和正常生产上的重要作用。电网谐波含量的增加，将导致电气设备寿命缩短，网损加大，系统发生谐波谐振的可能性增加，同时可能引起继电保护和自动装置的误动，仪器指示和电度计量不准以及通讯受干扰等一系列问题。即使各级电网谐波限制在标准之内，由于谐波引起的损耗以及电气设备绝缘寿命的缩短所造成的等值损失电量也很可观，约为用电量的 7。2.2.4 电压波动电压波动和闪变电力网的瞬时值电压随时间作周期性变化，在工程上通常以电压整周期的方均根来衡量电压的大小。供电电压在两个相邻的，持续 1s 以上的电压方均根值 U1 和 U2 之间的差值，称为电压变动，通常多以标准电压 Un 的百分数来表示电压变动的相对百分值 d，即 d=(U1-U2)/Un100电压波动为一系列电压变动或连续的改变。电压波动值为相邻电压方均根值的两个极值 Umax 和 Umin 之差，常多以标准电压 Un 的百分数来表示电压波动的相对百分值 d 即d（Umax Umin）/Un100电压波动常会使许多电工设备不能正常工作。一般说来，对电子计算机和控制设备不需要特别去关注，因为他们的容量小并能在相对耗资不大的条件下加设抗干扰设施。电压闪变是指人眼对由电压波动所引起的照明异常而产生的视觉感受。它通常是以白炽灯的通光量作为判断。影响闪变的因素包括供电电压的波动、照明装置和人的视感度等。闪变可分为周期性和非周期性两种。前者主要是由于周期性的电压波动引起的，如往复式压缩机、电弧炉灯。后者往往与随机性电压波动有关，如电焊机等。2.3 电能质量的检测采用符合规范的测试仪器或设备对电网中所关心节点的电能质量相关指标进行测量并与限值对比分析的过程称为电能质量的检测。测量分析公用电网供电到用户受电端的交流电能质量，其测量分析的指标为：供电频率偏差、供电电压偏差、供电电压波动和闪变、供电三相电压允许不平衡度。测量分析各种用电设备在不同运行状态下对公用电网电能质量的影响包括定时记录和存储电压、电流、有功功率、无功功率、频率、相位等电力参数的变化趋势。电力设备调整及运行过程动态监视，帮助用户解决电力设备调整及投运过程中出现的问题。测试分析电力系统中断路器动作、变压器过热、电机烧毁、自动装置误动作等故障原因。2.4 我国电力产业现状我国目前的能源现状是能源丰富地区远离经济发达地区。我国 2/3 以上的经济可开发水能资源分布在四川、西藏和云南，2/3 以上探明煤炭资源分布在山西、陕西和内蒙古。东部地区经济发达，能源消费量大，但能源资源十分匮乏。西部能源基地与东部负荷中心距离在 500-2000km 左右。因此，长距离、大容量输电是我国未来电网发展的必然趋势。截止 2001 年底，我国已建成 500kV 输电线路31483km、330kV 输电线路约 9177km、220kV 输电线路约 135976km，实现了东北和华北电网的交流联网，实现了华中和华东电网的直流联网，华中与川渝电网的交流联网，以及广东、云南、贵州、广西交直流联网形成了南方互联电网。我国电力工业已开始从大电网、大机组、超高压、高自动化阶段进入到优化资源配置、实施全国联网建设的新阶段。以特高压输电、高压直流输电和轻型直流输电作为电网目前和将来的重要输供电方式。这同时带来了一系列的问题，超高压远距离输电容易引起电网振荡，使电压与频率不能满足电能质量的要求。同时直流输电的引进，也使得大功率电力电子装置的开关向电网输入许多谐波，造成电网的谐波污染。电力系统电压的稳定和频率的稳定很重要，若电压超出了允许的范围，说明电网的无功潮流分布不合理，很可能造成电压崩溃，使电网最终瘫痪。频率若超出允许范围则说明有功潮流分布不合理，可能使同步运行的发电机解列运行，最终导致电网崩溃。 2.5 电能质量新发展对于电能质量治理领域而言，一个新市场正在兴起，那就是光伏发电。它已经替代风电成为迅速成长的新兴市场。国家出台了一系列从规范光伏行业发展到鼓励光伏电站建设、并网的扶持政策，我国国内光伏电站建设大幕开启。而一旦并网就意味着电站所发电量需要满足电力系统的质量要求，作为一种不稳定的可再生能源，光伏发电为电能质量治理开设了新课题。新能源新课题光伏发电系统通常分两大类：一是独立光伏发电系统，二是并网光伏发电系统。前者主要用于偏远地区，解决缺电困境;后者可以直接并网，也可以自发自用、余电上网，并且电网为用户提供备用。据悉，全世界的并网光伏发电系统比例已达 80%以上，光伏并网无疑是一种未来发展趋势，由此也带来一系列的电能质量问题。光伏发电系统并网所产生的电能质量问题主要包括谐波、电压波动、闪变等，影响有功及无功潮流、频率控制等特性。由于受天气、环境温度、光伏板安装位置等因素影响，光伏电站的输出功率会有所变化，最大变化率甚至超过额定量的10%，因此产生了发电量的不稳定问题，会对馈入电网的谐波产生影响。光伏电站的并网需要应用到逆变器，这一产品的控制技术与光伏发电馈入电网的品质也密切相关。目前，为最大利用逆变器容量和最大发电量，厂家会将并网逆变器的功率因数设定在 0.99。但随着光伏电站装机容量的增加，由于光伏发电的功率波动性，逆变器的高功率因数运行对电网的稳定性造成威胁，有功不变时，无功几乎不能调节，需要额外的无功来维持电压。另外，逆变器输出轻载时，谐波会明显变大，在 10%额定出力以下时，电流的总谐波畸变率甚至会达到 20%以上。在有些光伏电站可能会采用多个逆变器控制运行，也可能会遇到多台逆变器之间的孤岛保护问题。当光伏电站容量相对于负载比例小时，电网消失后，电压、频率会快速衰减，孤岛可以被准确检测。但当光伏电站容量加大后，特别是电站所采用并网逆变器由不同厂商生产、属于不同类型时，可能会互相干扰，在出现发电功率与负载基本平衡时，孤岛检测的时间会明显增加，甚至可能出现检测失败。大规模光伏电站并网还会对配电网的运行产生影响，如果处理不当会影响到系统的电压形态、网损、短路电流、频率控制等。光伏发电功率随日照强度变化对电网负荷特性产生影响，它的接入改变了电网潮流方向，将对现有电网的规划、调度运行方式产生影响。而且光伏发电单位不具有调度自动化功能，加大了电网控制与调度运行的难度。若大量光伏发电系统接入电网终端，将加剧电压波动，可能引起电压无功调节装置的频繁动作; 而若高比例光伏发电系统引入，将使得配电网从传统的单电源辐射状网络变成双端甚至多端网络，从而改变故障电流的大小、持续时间等，影响到系统的保护。并网光伏系统按照接入的方式和规模又可以分为集中式光伏电站和分布式光伏电站。目前由于各国政策的鼓励，分布式光伏市场份额要远大于集中式，有着广阔的发展前景，我国也不例外，已经出台了相关的并网支持政策。与集中式光伏电站并网一样，分布式光伏电站并网同样面临电能质量方面的问题，国内外研究机构为此也都开展了大量研究。如河北省电力研究院就开展了分布式光伏电源并网运行对配电网的影响、典型配电网接纳分布式光伏电源能力等研究。2.6 电能质量问题的解决之道保证电能质量的应对对策包括以下几方面： 1、治理的基础性工作：首先要掌握供电网络运行状态，对电能质量开展实时监测，以掌握其动态；第二是分析诊断其变化，即在详细分析电能质量数据的基础上，利用仿真软件对电网结构的固有谐振特性进行计算与分析，排除虚假的谐波干扰；第三是开展系统的合理设计和改造，变电站的设计和投运以及新的电力用户投运之前都要进行谐波源负荷及电能质量要求等方面的技术咨询，线路网络改造和建设也要结合运行负荷的特点和措施，以降低线损，降低设备损失事故，最后才是开展滤波装置或无功补偿装置的研制、调试和现场测试，以了解治理后的效果，并总结经验。2、无源滤波装置：该装置由电容器、电抗器，有时还包括电阻器等无源元件组成，以对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路，以达到抑制高次谐波的作用；由于 SVC 的调节范围要由感性区扩大到容性区，所以滤波器与动态控制的电抗器一起并联，这样既满足无功补偿、改善功率因数，又能消除高次谐波的影响。国际上广泛使用的滤波器种类有：各阶次单调谐滤波器、双调谐滤波器、二阶宽颇带与三阶宽频带高通滤波器等。 1)单调谐滤波器：一阶单调谐滤波器的优点是滤波效果好，结构简单；缺点是电能损耗比较大，但随着品质因数的提高而减少，同时又随谐波次数的减少而增加。二阶单调谐滤波器当品质因数在 50 以下时，基波损耗可减少 2050，属节能型，滤波效果等效。三阶单调谐滤波器是损耗最小的滤波器，但组成复杂些，投资也高些。 2)高通 (宽频带 )滤波器，一般用于某次及以上次的谐波抑制。对 5 次以上起滤波作用时，通过参数调整，可形成该滤波器回路对 5 次及以上次谐波的低阻抗通路。 3、有源滤波器 虽然无源滤波器具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点，在现阶段广泛用于配电网中，但由于滤波器特性受系统参数影响大，只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用，甚至谐振现象等因素。随着电力电子技术的发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器(Active PowerFliter，缩写为 APF)。APF 即利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。它与无源滤波器相比，有以下特点：a 不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上较为合理；b滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；c具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波，即具有高度可控性和快速响应性等特点。 通过以上这些对策以求达到改善电能质量的目的。第 3 章 谐波3.1 谐波定义有关谐波的数学分析在 18 世纪和 19 世纪已经奠定了良好的基础。傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用。谐波是一个数学或物理学概念，是指周期函数或周期性的波形中不能用常数、与原函数的最小正周期相同的正弦函数和余弦函数的线性组合表达的部分。3.2 谐波产生原理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、电感及电容)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。 用傅立叶分析原理，能够把非正弦曲线信号分解成基本部分和它的倍数。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，即电路中有谐波产生。谐波电流的产生是与功率转换器的脉冲数相关的。6 脉冲设备仅有 5、7、11、13、17、19 n 倍于电网频率。功率变换器的脉冲数越高，最低次的谐波分量的频率的次数就越高。其他功率消耗装置，例如荧光灯的电子控制调节器产生大强度的 3 次谐波(150 赫兹)。在供电网络阻抗(电阻)下这样的非正弦曲线电流导致一个非正弦曲线的电压降。在供电网络阻抗下产生谐波电压的振幅等于相应谐波电流和对应于该电流频率的供电网络阻抗 Z 的乘积。次数越高，谐波分量的振幅越低。3.3 谐波产生原因谐波来自于三个方面：一是发电源质量不高产生谐波；二是输配电系统产生谐波；三是用电设备产生的谐波，其中用电设备产生的谐波最多。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。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的 0.5%。下面一些设备都能产生谐波（1）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，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 脉冲整流器，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。（2）变频装置：变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成份很复杂，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，随着变频调速的使用的增多，对电网造成的谐波也越来越多。（3）电弧炉、电石炉：由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，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%，最大可达 45%。（4）气体放电类电光源：荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。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：电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装置，会产生较深的奇次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中，因不平衡电流的变化也能使波形改变。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。3.4 谐波的危害3.4.1 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 倍额定电流，当电容器的电流超过这一限制时，将会造成电容器的损坏增加、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。3.4.2 对电力变压器的影响1.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。2.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换流，使绕组温度升高。3.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。3.4.3 对电力避雷器的影响变电站大容量、高电压的变压器由于合闸涌流的过程时间比较长，能够延续数秒或更长的时间，有时还会引起谐振过电压，并使相关避雷器的放电时间过长而受到损坏。这一问题对选择保护高压滤波器中电感或电容元件用的避雷器参数带来较大的困难。3.4.4 对输电线路的影响1.谐波污染增加了输电线路的损耗。输电线路中的谐波电流加上集肤效应的影响，将产生附加损耗，使得输电线路损耗增加。特别是在电力系统三相不对称运行时，对中性点直接接地的供电系统线损的增加尤为显著。2.谐波污染增大了中性线电流，引起中性点漂移。在低压配电网络中，零序电流和零序性的谐波电流(3 次，6 次、9 次)不仅会引起中性线电流大大增加，造成过负荷发热，使损耗增加，而且产生压降，引起零电位漂移，降低了供电的电能质量。3.4.5 对电力电缆的影响谐波污染将会使电缆的介质损耗、输电损耗增大，泄漏电流上升，温升增大及干式电缆的局部放电增加，引发单相接地故障的可能性增加。由于电力电缆的分布电容对谐波电流有放大作用，在系统负荷低谷时，系统电压上升，谐波电压也相应升高。电缆的额定电压等级越高，谐波引起电缆介质不稳定的危险性越大，更容易发生故障。3.4.6 对继电保护及自动装置的影响1.对继电保护及自动装置运行环境的影响(1)在谐波严重超标的电弧炉负荷、电气化铁路等谐波含量大的局部电网中会受到影响。(2)频繁出现变压器严重涌流且涌流衰减缓慢的变电站受到涌流产生谐波的干扰。(3)在系统因短路容量太小而可能出现较大谐波电压影响的场所会受到影响。(4)在易发生谐波谐振的配电系统、输电系统、变电站网架近会受到影响。(5)在谐波受到电容器组或其他原因而被放大严重的网络附近会受到影响。2.继电保护及自动装置利用的启动量小利用负序电流或电压、零序电流或电压、差动电流或电压启动会受到谐波的影响。其中利用负序量启动的对谐波的敏感性最大。3.继电器或启动元件本身对谐波敏感(1)晶体管或集成电路保护装置的动作量非常小和动作时间非常少，因此它的启动判据容易受到谐波影响而出现较大的误差。(2)利用信号过零取样的控制系统及利用数据过零点的数字式继电器或微机保护，都会受到谐波的影响和干扰。3.4.7 对继电保护整定的影响继电保护正常运行中，当电源谐波分量较高时，可能会引起过电压保护、过电流保护的误动作。当三相严重不对称时，在正序性谐波或负序性谐波含量较高的情况下，