供电系统中的谐波及抑制

【摘要】在供电系统中，产生谐波的根本原因是由于给具有非线性阻抗特性的电气设备供电的结果。本文阐述了谐波产生的原因、危害及抑制方法。

【关键词】供电系统；谐波

中图分类号：TM7

文献标识码：A

文章编号：1006-0278（2015）03-112-01

一、概述

在理想的情况下，优质的电力供应应该提供具有正弦波形的电压。但在实际中供电电压的波形会由于某些原因而偏离正弦波形，即产生谐波。我们所说的供电系统中的谐波是指一些频率为基波频率（在我国取工业用电频率50Hz为基波频率）整数倍的正弦波分量，又称为高次谐波。这些非线性负荷在工作时向电源反馈高次谐波，导致供电系统的电压、电流波形畸变，使电力质量变坏。因此，谐波是电力质量的重要指标之一。

二、谐波产生的原因

在电力的生产，传输、转换和使用的各个环节中都会产生谐波。在发电环节，当对发电机的结构和接线采取一些措施后，可以认为发电机供给的是具有基波频率的正弦波形的电压。

在其它几个环节中，谐波的产生主要是来自下列具有非线性特性的电气设备：（1）具有铁磁饱和特性的铁芯没备，如：变压器、电抗器等；（2）以具有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备，如：气体放电灯、交流弧焊机、炼钢电弧炉等；（3）以电力电子元件为基础的开关电源设备，如：各种电力变流设备（整流器、逆变器、变频器）、相控调速和调压装置，大容量的电力晶闸管可控开关设备等。以上这些非线性电气设备（或称之为非线性负荷）的显著的特点是它们从电网取用非正弦电流，也就是说，即使电源给这些负荷供给的是正弦波形的电压，但由于它们只有其电流不随着电压同步变化的非线性的电压一电流特性，使得流过电网的电流是非正弦波形的，这种电流波形是由基波和与基波频率成整数倍的谐波组成，即产生了谐波，使电网电压严重失真，此外电网还必须向这类负荷产生的谐波提供额外的电能。

三、谐波的危害

供电系统中的谐波危害主要表现在以下几个方而：

1.增加了发、输、供和用电设备的附加损耗，使设备过热，降低设备的效率和利用率。由于谐波电流的频率为基波频率的整数倍，高频电流流过导体时，因集肤效应的作用，使导体对谐波电流的有效电阻增加，从而增加了设备的功率损耗、电能损耗，使导体的发热严重。

（1）对变压器的影响

谐波电流使变压器的铜耗增加，特别是3次及其倍数次谐波对三角形连接的变压器，会在其绕组中形成环流，使绕组过热；对全星形连接的变压器，当绕组中性点按地，而该侧电网中分布电容较大或者装有中性点接地的并联电容器时，可能形成3次谐波谐振，使变压器附加损耗增加。

（2）对输电线路的影响

由于输电线路阻抗的频率特性，线路电阻随着频率的升高而增加。在集肤效应的作用下，谐波电流使输电线路的附加损耗增加。在供应电网的损耗中，变压器和输电线路的损耗占了大部分，所以谐波使电网网损增大。谐波还使二相供电系统中的中性线的电流增大，导致中性线过载。

（3）对电力电容器的影响

随着谐波电压的增高，会加速电容器的老化，使电容器的损耗系数增大、附加损耗增加，从而容易发生故障和缩短电容器的寿命。另一方而，电容器的电容与电网的感抗组成的谐振回路的谐振频率等于或接近于某次谐波分量的频率时，就会产生谐波电流放大，使得电容器因过热、过电压等而不能正常运行。

2.影响继电保护和白动装置的工作和可靠性

谐波对电力系统中以负序（基波）量为基础的继电保护和白动装置的影响十分严重，如果在负序基础上再叠加上谐波的干扰（如电气化铁道、电弧炉等谐波源还是负序源）则会引起发电机负序电流保护误动（若误动引起跳闸，则后果严重）、变电站主变的复合电压启动过电流保护装置负序电压元件误动，母线差动保护的负序电压闭锁元件误动以及线路各种型号的距离保护、高频保护、故障录波器、白动准同期装置等发生误动，严重威胁电力系统的安全运行。

四、谐波的治理

谐波的传播途径是传导和辐射。解决传导干扰主要是在电路中把传导的高频电流滤掉或者隔离；解决辐射干扰就是对辐射源或扰的线路进行屏蔽。常用的方法有变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立，或在变频器和其它用电设备的输入侧隔离变压器，切断谐波电流；在变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器，或安装谐波滤波器，滤波器的组成必须是LC型，吸收谐波和增大电源或负载的阻抗，达到抑制谐波的目的。

下而我就治理变频器谐波干扰谈几点常用方法，并以此类推，在抑制其它类型的谐波中举一反二。

1.电动机和变频器之间电缆应穿钢管敷设或用铠装电缆，并与其它弱电线路在不同的电缆沟分别敷设，避免辐射干扰。

2.信号线应采用屏蔽线，且布线时与变频器主回路控制线错开一定距离（至少20厘米以上），切断辐射干扰。

3.变频器使用专用接地线，且用粗短线接地，邻近其它电器设备的地线必须与变频器配线分开，使用短线。

4当变频切换控制系统变频器启动运行正常，而邻近液位计读数偏高，一次表输入4毫安时，液位显示不是下限值，液位未达到上限值时，液位计却显示上限，致使变频器接收停机指令，迫使变频器停止运行。这显然是变频器的高次谐波干扰液位计，干扰传播途径是液位计的电源回路或信号线。这时可以将液位计的供电电源取自另一供电变压器，谐波干扰减弱，再将信号线穿入钢管敷设，并与变频器主回路线隔开一定距离，经这样处理后，谐波干扰基本抑制，液位计工作恢复正常。

参考文献：

[1]陈正岳.电工基础[M]水利电力出版社出版，1987