電力系統諧波產生的原因及治理措施分析

張建軍++陳磊++毛俊杰

摘 要：在電網運行過程中，諧波的產生是不可避免的，諧波的存在會對電力系統運行的安全性帶來較大的影響，所以需要針對諧波產生的來源及危害進行分析，并進一步對諧波的治理進行具體的闡述，從而降低諧波給電力系統安全運行帶來的影響，確保電網安全、穩定的運行。

關鍵詞：電力系統 諧波 原因 危害 治理

中圖分類號：TM712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（b）-0110-01

近年來，社會在發展過程中對電能的需求量不斷增加，電力系統安全穩定的運行對電能穩定的供應至關重要。諧波的存在是電力系統在發電、輸電和用電過程中不可避免的一個問題，其對發電、電能輸送用用電方都會帶來較大的影響，對電力系統帶來較大的危害，所以需要對電力系統中的諧波進行有效的抑制，降低其所帶來的危害，確保電力系統能夠安全穩定的運行。

1 諧波概念及其產生來源

1.1 諧波概念

諧波屬于正弦波，是頻率為基波的整數倍，在電網中由于存在有非線性元件和非線性負載，這就導致電網中會有與基波頻率成整數倍或是分數倍的其他正弦波存在，即電網諧波，目前在電力系統中所產生的諧波多為高于基波頻率整數倍的高次諧波，其給電網帶來的影響較大。

1.2 產生來源

電力系統諧波的產生是不可避免的，但其諧波產生的來源主要包括三大類，即鐵磁飽和型、電子開關型和電弧型。在電力系統運行過程中，由于變電壓和電抗器等鐵芯設備，其鐵磁飽和特性會呈現非線性，所以會導致諧波產生。

2 電力系統中諧波的危害

2.1 對供配電線路的危害

2.1.1 影響線路的穩定運行

目前在我國電力線路或是電力變壓器運行過程中，為了能夠在故障情況下確保線路及設備的安全，則其繼電器通常選用的都是電磁式繼電式、感應式繼電器或是晶體管繼電器，但無論是電磁式繼電器、感應式繼電器還是晶體管繼電器自身都有其優缺點，特別是在運行過程中都極易受到諧波的影響，從而導致誤動或是拒動的發生，使供配電系統運行的安全性受到較大的威脅。

2.1.2 影響電網的質量

民用配電系統中的中性線，其在運行過程中，在負載作用下會有大量的3次諧波產生；在三相配電線路上，相線上的3的整數倍諧波會在中線性進行疊加，這樣就可以導致中性線上的電流值可能會比相線上的電流值高。同時，當諧波電壓和諧波電流處于相同頻率時，則會導致同次諧波的有功功率和無功功率產生，從而導致電網上的電壓降低，導致電網容量的浪費。無論哪種情況，都會給電網的質量帶來較大的影響，不利于電網安全穩定的運行。

2.2 對電力設備的危害

2.2.1 對電力電容器的危害

當電網存在諧波時，投入電容器后其端電壓增大，通過電容器的電流增加得更大，使電容器損耗功率增加。對于膜紙復合介質電容器，雖然允許有諧波時的損耗功率為無諧波時損耗功率的1.38倍；對于全膜電容器允許有諧波時的損耗功率為無諧波時的1.43倍，但如果諧波含量較高，超出電容器允許條件，就會使電容器過電流和過負荷，損耗功率超過上述值，使電容器異常發熱，在電場和溫度的作用下絕緣介質會加速老化。尤其是電容器投入在電壓已經畸變的電網中時，還可能使電網的諧波加劇，即產生諧波擴大現象。

2.2.2 對電力變壓器的危害

諧波給電力變壓器帶來的危害是十分大的，其不僅會導致電力變壓器的銅耗和鐵耗增大，而且還會導致電力變壓器的噪聲增大。電力變壓器作為電力系統中非常重要的設備之一，由于諧波的存在，會導致電力變壓器電阻損耗、渦流損耗及雜散損耗增加，特別是在諧波作用下，電壓波形會變差，這給導致變壓器鐵心中的磁滯損耗增加。所以在選擇變壓器，則需要確保所選擇的變壓器容量上要留出電網中的諧波含量。

2.2.3 對電動機的危害

當有諧波產生時，會導致電動機的附加損耗增加，電動機的功率下降，嚴重時還會導致電動機出現過熱的情況。特別是電動機中負序諧波的存在，會導致負序旋轉磁場的產生，由于其轉矩與電動機旋轉的方向相反，所以會對電動機的正常運轉起到制動作用，使電動機的出力降低。電動機中的諧波電流，當其與某零件的固有頻率接近時，則會導致機械振動的產生，從而導致運行中的電動機會產生較大的噪聲。

2.2.4 對低壓開關設備的危害

對于配電用斷路器來說，全電磁型的斷路器易受諧波電流的影響使鐵耗增大而發熱，同時由于對電磁鐵的影響與渦流影響使脫扣困難，且諧波次數越高影響越大；熱磁型的斷路器，由于導體的集膚次應與鐵耗增加而引起發熱，使得額定電流降低與脫扣電流降低；電子型的斷路器，諧波也要使其額定電流降低，尤其是檢測峰值的電子斷路器，額定電流降低得更多。由此可知，上述三種配電斷路器都可能因諧波產生誤動作。

3 電力系統諧波治理

3.1 增加整流變壓器二次側整流的相數

對于帶有整流元件的設備，盡量增加整流的相數或脈動數，可以較好地消除低次特征諧波，該措施可減少諧波源產生的諧波含量，一般在工程設計中予以考慮。因為整流器是供電系統中的主要諧波源之一，通過增加整流的相數或脈動數，可有效地抑制低次諧波。不過，這種方法雖然在理論上可以實現，但是在實際應用中的投資過大，在技術上對消除諧波并不十分有效，該方法多用于大容量的整流裝置負載。

3.2 盡量選用高功率因數的整流器

采用整流器的多重化來減少諧波是一種傳統方法，用該方法構成的整流器還不足以稱之為高功率因數整流器。高功率因數整流器是一種通過對整流器本身進行改造，使其盡量不產生諧波，其電流和電壓同相位的組合裝置，這種整流器可以被稱為單位功率因數變流器（UPFC）。該方法只能在設備設計過程中加以注意，從而得到實踐中的諧波抑制效果。

當然，除了基于改造諧波源本身的諧波抑制方法，還有基于諧波補償裝置功能的諧波抑制方法，它包括加裝無源濾波器、加裝有源濾波器、裝設靜止無功補償裝置（SVC）等等，在此就不再詳細論述。

4 結語

隨著現代信息技術，計算機技術和電子技術的發展，各種新技術和新設備都得以在電網中應用，先進的電能質量測試儀器及先進可靠的電能質量監測網絡的建立，不僅可以及時分析和反映電網的電能質量水平，而且還能夠找出電網中造成電能質量諧波及故障的原因，并采取相應的治理措施，為保證電網的安全、穩定、經濟運行提供重要的保障。

參考文獻

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