电力系统谐波的危害与治理

电力系统谐波的危害与治理

【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，谐波影响/电力系统中的电能质量，会产生附加的谐波损耗，降低

发电、输电及用电设备的效率。对谐波污染的有效治理，对于保证电

力系统的经济运行具有重要的意义。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】电力系统谐波治理

1电力系统中谐波的来源

谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的

大于基波频率整数倍的各次分量,而基波是指其频率与工频相同的分

量。就电力系统中的三相交流发电机发出的电压来说,其正常波形是

正弦量，即电压波形基本上无直流和谐波分量。随着电网中各种电力

电子设备的增加，电网的谐波污染日益严重。谐波会使电网中电压和

电流波形发生畸变,严重影响电力系统中的电能质量。对电力系统中

谐波污染的有效治理，对于保证电力系统的安全稳定运行具有重要的

意义。

电力系统中的谐波主要由非线性或者对电流进行周期性开断控

制的电气设备产生C电力系统中的谐波源主要有以下两种：一是具有

非线性电流电压特性的设备，如感应炉、电弧炉、变压器等。还有就

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是装有电力电子器件对电流进行控制的设备，如变流装置、变频器、

交流控制器等。

这些谐波源中，在设备的电源侧有整流回路的都会产生因其非线

性引起的谐波。在输出侧的逆变电路中，对于电压型电路来说,输出电

压是矩形波。对电流型电路来说,输出电流是矩形波。矩形波中含有

较多的谐波，对负载会产生不利影响，因此即使电力系统中电源的电

压是正弦波,也会由于这些非线性元件的存在使得电网中总有谐波电

流或电压的存在。因此电网谐波的存在主要在于电力系统中存在各种

非线性元件。

2电力系统谐波的危害

电力系统中由于谐波所引起的不良反应十分广泛。谐波污染会使

系统中的设备产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效

率。大量的三次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾。谐波会

引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，引起严重

事故。谐波影响各种电器设备的正常工作，使电机发生机械振动、噪

声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热，使绝

缘老化,寿命缩短以至损坏。谐波会对邻近的通信系统产生干扰,轻者

产生噪声，降低通信质量,重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工

作。谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并使电气测量仪表计

量不准确。

电力系统谐波对于系统中供配电设备的主要危害具体表现在：

(1)谐波的增加可能使供电系统发生谐振。最常见的谐波谐振是

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在接有谐波源的用户母线上发生，因为母线上除谐波源外,还有电容、

电缆、供电变压器及电动机等负载。这些设备处于经常性的变动中，

容易构成谐振条件。一旦发生谐振，将会发生系统过电压而跳闸，甚至

绝缘击穿。

(2)对电动机的影响。电压谐波会导致直接的感应电动机的额外

损耗。高次谐波导致的扭矩脉动在联轴器和轴承处会产生磨损和裂纹。

由于速度是固定的,谐波中储藏的能量就以额外的热量形式散发了，

导致设备过早老化。

(3)对变压器的影响。谐波电压可使变压器的磁滞及涡流损耗增

加,使绝缘材料承受的电气应力增大,谐波电流使变压器的铜耗增加。

这种危害对换流变压器尤为严重，因为交流滤波器通常装在交流侧，

谐波电流仍能通过换流变压器,滤波器对它不起作用。

(4)对电容器和电缆的影响。在谐波电压作用下，使电容器产生额

外的功率损耗。电容器对供电系统其他部分产生串联、并联谐振，可

能发生危险的过电压及过电流，这往往引起电容器熔丝熔断或使电容

器损坏。在谐波电压作用下，电缆的介质损耗增加，使电力电缆绝缘损

坏，电缆发生单相接地故障的次数明显增加。

(5)对继电保护装置的影响。配电回路的谐波电流含量高会使断

路器遮断能力降低°这是因为畸变电流过零点时，电弧电流随时间的

变化率要比工频正弦电流大，电弧电压的恢复要迅速得多，使电弧容

易重燃,导致误跳闸或在该跳闸的时候根本不跳闸。剩余电流可能会

达到使剩余电流保护装置动作的设定值，引起误跳闸。_

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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：

(1)加装无源滤波器：尢源滤波器由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。

(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，价格高等特点。

(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，以或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。

(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诸波

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。

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(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

本文主要针对电力系统中谐波治理技术进行了探讨分析。在介绍

r电力系统谐波污染的来源的基础上，分析r电力系统中谐波污染的

危害,对谐波的常用治理措施做了总结。随着电力电子技术的飞速发

展，在治理电力系统谐波问题上将会有更多的治理措施涌现，从而可

以更加有效抑制谐波对电网的污染,提高电能质量。

参考文献：

[1]程浩忠.电能质量