电谐波的危害与抑制技术

1、.DOC资料.电谐波的危害与抑制技术作者:日期:电网谐波的危害及抑制技术摘要：电网中谐波问题日益严重，文章对此综述了谐波危害及抑制谐波的方 法。关键词：电网谐波危害抑制技术随着工业、农业和人民生活水平的不断提高，除了需要电能成倍增长，对 供电质量及供电可靠性的要求也越来越多，电力质量(Power Q u a 1 i t y )受到人们的日益重视。例如，工业生产中的大型生产线、飞机场、大型 金融商厦、大型医院等重要场合的计算机系统一旦失电，或因受电力网上瞬态 电磁干扰影响，致使计算机系统无常运行，将会带来巨大的经济损失。电梯、 空调等变频设备、电视机、计算机、复印机、电子式镇流器荧光灯等已成为人

2、 民日常生活的一部分，如果这些装置不能正常运行，必定扰乱人们的正常生 活。但是，电视机、计算机、复印机、电子式照明设备、变频调速装置、开关 电源、电弧炉等用电负载大都是非线性负载，都是谐波源，如将这些谐波电流 注入公用电网，必然污染公用电网，使公用电网电源的波形畸变，增加谐波成 份。近几年，传感技术、光纤、微电子技术、计算机技术及信息技术日臻成 熟。集成度愈来愈高的微电子技术使计算器的功能更加完美，体积愈来愈小， 从而促使各种电器设备的控制向智能型控制器方向发展。随着微电子技术集成 度的提高，微电子器件工作电压变得更低，耐压水平也相对更低，更易受外界 电磁场干扰而导致控制单元损坏或失灵。例如，

3、2 0世纪7 0年代计算机迅速 普遍推广，电磁干扰及抑制问题更是十分突出，一些功能正常的计算机常岀现 误动作，而无法找出原因。1 9 6 6年日本三基电子工业公司率先开发了 “模 拟脉冲的高频噪音模拟器”，将它产生的脉冲注入被试计算机的电源部分，结 果发现计算机在注入1 0 02 0 0 V脉冲时就误动作，难怪计算机在现场无 常工作，其原因之一是计算机的电源受到了污染。因此，受谐波电流污染的公 用电源，轻者干扰设备正常运行，影响人们的正常生活，重者致使工业上的大 型生产线、系统运行瘫痪，会造成严重经济损失。国际电工委员会（I EC）已于1 9 8 8年开始对谐波限定提出了明确的 要求。美国I

4、E E E电子电气工程师协会”于1 9 9 2年制定了谐波限定标 准 IEEE10 00。在 IEEEstd. 5 1 9 1 9 9 2 标准中明确规 定了计算机或类似设备的谐波电压畸变因数（TIID）应在5%以下，而对于 医院、飞机场等关键场所则要求T II D应低于3%。1电网谐波的产生1.1电源本身谐波由于发电机制造工艺的问题，致使电枢表面的磁感应强度分布稍稍偏离正 弦波，因此，产生的感应电动势也会稍稍偏离正弦电动势，即所产生的电流稍 偏离正弦电流。当然，几个这样的电源并网时，总电源的电流也将偏离正弦 波。1.2由非线性负载所致1.2.1非线性负载谐波产生的另一个原因是由于非线性负载。

5、当电流流经线性负载时，负载 上电流与施加电压呈线性关系；而电流流经非线性负载时，则负载上电流为非 正弦电波，即产生了谐波。1.2.2主要非线性负载装置（1）开关电源的高次谐波：开关电源由五部分组成：一次整流、开关振 荡回路、二次整流、负载和控制，这几个部分产生的噪声不完全一样。这几种 干扰可以通过电源线等产生辐射干扰，也可以通过电源产生传导干扰。（2）变压器空载合闸涌流产生谐波铁心中磁通变化时，会产生81 5倍额定电流的涌流，由于线圈电阻的 存在，变压器空载合闸涌流一般经过几个周波即可达到稳定。所产生的励磁涌 流所含的谐波成份以3次谐波为主。（3）单相电容器组开断时的瞬态过电压干扰：电力电子调

6、速系统普遍应 用于工业中改进电机效率及灵活性设备，调速装置电力电子器件对过电压特别 敏感，因此线路中瞬态过电压会造成调速系统的过电压保护误跳闸。由于与中 压母线相连的电容器要经常操作，这意味着调速系统误跳闸事故会经常发生；（4 ）电压互感器铁磁谐振过电压：在我国1 0 k V、3 5 k V等级的中 性点不接地配电网中，为了监视对地绝缘，一般采用三相五柱式电压互感器。 在正常情况下，三相对地电压是平衡的，但是由于发生单相接地故障等原因， 会导致三相对地电压平衡的破坏，还有可能使电压互感器线圈电感L和系统对 地电容C在参数上配合，而产生谐振过电压。（5 ）整流器和逆变器产生的谐波电压、电流：整流

7、器的作用将交流电转 成直流电，而逆变器是将直流电转变成交流电。其电路中的二极管视为理想二 极管，即正向阻抗接近零，反向阻抗无穷大。因此，只允许电流单方向流动， 从整流器的输出端看，每相电流波形为矩形波，不是正弦波，利用傅氏级数展 开式展开周期的矩形波形，可以看到除了工频正弦波（5 0Hz基波）外，还 叠加了一系列高次波形一一谐波。应该说电动机采用变频器进行调速，可以髙 水平完成调速外，也可以节省大量电能（近3 0%），但如前面分析，变频调 速过程中要产生高次谐波，即形成高次谐波污染，造成厂区的电视、音响系统 不能正常工作，还要干扰二次仪表一一压力、流量、可编程控制器及智能控制 器正常工作，谐波

8、还要使变压器、电动机、电容器及电抗器产生过热。（6 ）电弧炉运行引起电压波动：随着冶炼工业的发展，当然会更多地使 用电弧炉，这是一个重要负荷。运行时，电极和金属碎粒之间会发生频繁断 路，而在熔化期间，电源两相短路，一旦熔化金属从电极上落下，电弧熄灭， 电源又开路，因此，可以说冶炼过程是频繁的短路一开路一短路的过程，会引 起用户端电压波动及白炽灯闪烁，一般电压波动频率是0. 1 II Z几十II Z,这种谐波是以3次谐波为主。2谐波的危害2. 1污染公用电网如果公用电网的谐波特别严重，则不但使接入该电网的设备（电视机、计 算机等）无常工作，甚至会造成故障，而且还会造成向公用电网的中性线注入 更多

9、电流，造成超载、发热，影响电力正常输送。2.2影响变压器工作谐波电流，特别是3次（及其倍数）谐波侵入三角形连接的变压器，会在 其绕组中形成环流，使绕组发热。对Y形连接中性线接地系统中，侵入变压器 的中性线的3次谐波电流会使中性线发热。2.3影响继电保护的可靠性如果继电保护装置是按基波负序量整定其整定值大小，此时，若谐波干扰 叠加到极低的整定值上，则可能会引起负序保护装置的误动作，影响电力系统 安全。2.4加速金属化膜电容器老化在电网中金属化膜电容器被大量用于无功补偿或滤波器，而在谐波的长期 作用下，金属化膜电容器会加速老化。2.5增加输电线路功耗如果电网中含有高次谐波电流，那么，高次谐波电流会

10、使输电线路功耗增 加。如果输电线是电缆线路，与架空线路相比，电缆线路对地电容要大1 0 2 0倍，而感抗仅为其1 / 31 / 2 ,所以很容易形成谐波谐振，造成绝缘 击穿。2.6增加旋转电机的损耗国际上一般认为电动机在正常持续运行条件下，电网中负序电压不超过额 定电压的2 %,如果电网中谐波电压折算成等值基波负序电压大于这个数值， 则附加功耗明显增加。2.7影响或干扰测量控制仪器、通讯系统工作例如，直流输电中，直流换流站换相时会产生31 0 k II z高频噪声， 会干扰电力载波通信的正常工作。3谐波抑制技术3.1整机电源需留有较大贮备量为了使测量、控制装置能满足负载较大变化围，因此在设计整

11、机电源时， 可给予较大贮备量，一般选取0. 51倍余量；3.2对干扰大的设备与测控装置采用不同相线供电因为测量、控制装置的许多干扰是由电源线窜入的，因此在规划供电线路 时，对干扰大的设备与测控装置采用不同相线供电，；3.3将测量、控制装置的供电与动力装置的供电分开因为动力装置的负荷变动大，测量、控制、微机及电视机的负荷小，动力 装置产生的干扰大，供电电源分开后，测量、控制、微机及电视机的电源与动 力装置的电源相互隔离，可以大大减少通过电源线的干扰。3.4其余抑制髙次谐波的技术3.4.1开关电源干扰的抑制技术一般采用的办法是：电源滤波、屏蔽及减少开关电源本身干扰能量。采用电源滤波器，电源滤波器可

12、以阻止电网中的干扰进入开关电源，也可 以阻止开关电源的干扰进入电网。屏蔽技术可以有效地防止向外辐射干扰。减少开关电源本身干扰，利用改善线圈绕制工艺，确保绕组之间紧密耦 合，以减少变压器漏感。还可以在高频整流二极管上串入可饱和磁芯线圈，利 用流过反向电流时，因磁芯不饱和而产生的较大电势阻止反向电流上升。3.4.2变压器空载合闸涌流抑止方法根据方程1 = c o s（3t+a） =6 ms i n w t ,如果合闸 时，a =90 （即U 1 =U 1 m便合闸），则：6 1= Cmc o s（3t+a） =6ms i not没有暂态分量，合闸 后磁通立即进入稳定状态，理论上可以避免冲击涌流过程

13、。3.4.3抑制单相电容器组开断瞬态过电压方法如果采用选相断路器投切电容器，则可以消除或大大降低投切电容器产生 的瞬态过电压，从而使接在母线上的电力电子调速系统可以稳定地工作，接在 母线上的其余设备也可不受过电压干扰的影响。3.4.4抑制电压互感器铁磁谐振方法其方法是要使它脱离谐振区，采用中性点不接地的电压互感器或采用电容 分压器可以从根本上避免铁磁谐振。3.4.5抑止整流和逆变产生的谐波（1）在变频器前加装电源滤波器。一种成本比较低的方法是在电源侧加 装三只6 8 0 P f 2 5 0 VAC的电容，（分别接在L N上） 这种方法 可使电磁干扰电流降至原来的1 / 1 0,效果较明显；（2）变频器的电源电缆采用屏蔽电缆，屏蔽电缆穿铁管并接地，输出电 缆也穿铁管并接地，屏蔽层应在接变频器处和电机处两端都接地。3.4.6抑止电弧炉运行时的干扰（1）在合适地段加入电容补偿装