浅谈电力谐波的危害与治理

摘 要：随着电力网的迅速发展，非线性负载引起的谐波电压、谐波电流和电磁干扰对电力网的电能质量造成恶劣影响。鉴于电网的谐波污染日益严重的状况，本文阐述了谐波污染对我们的生产生活带来的危害，提出了目前谐波治理的几种方案，希望能对电网建设和人民生产生活有所帮助。

关键词：电力谐波 ；电力电子； 谐波危害 ； 谐波治理

严格地来讲，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。

在理想的干净电力系统中，电流和电压都是正弦波的。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。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。当电流流经非线性负载时，与所加的电压不呈线性关系，基波电流发生畸变形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。主要非线性负载有电弧加热设备：如电弧炉、电焊机等。交流整流的直流用电设备：如电力机车、电解、电镀等。交流整流再逆变用电设备：如变频调速、变频空调等。开关电源设备：如中频炉、彩色电视机、电脑、电子整流器等。

谐波的危害主要表现在以下几个方面：

（1）在三相四线制系统中，由于荧光灯、调光灯、计算机等负载，中性线会由于流过大量的3次及其倍数次谐波电流，使中性线的电流值可能超过相线上的电流造成零线过热，严重时造成电缆火灾。相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率与无功功率，从而降低电网电压，增加电网线损浪费电网的容量。

（2）谐波会产生额外的热效应从而引起用电设备发热，使绝缘老化，降低设备的使用寿命，甚至关键部件的频繁损坏。如果电网中装有补偿电容器，谐波容易使电网与补偿电容器之间发生谐振。电容器投入在电压已经畸变的电网中时其端电压增大，通过电容器的电流也增大，谐波电流放大几倍甚至数十倍，造成过电流和过负荷，电容器损耗功率增加。当超出电容器允许条件时，就会使电容器鼓肚、击穿或爆炸，发生重大事故。

（3）谐波会对附近系统的信号传输产生干扰。对于计算机网络、通信、有线电视、报警与楼宇自动化等设备，电力系统中的谐波通过电磁感应、静电感应与传导方式耦合到这些系统中，轻者引入噪声，重者导致计算机、数据传送和自动控制系统数据丢失，使系统无法正常工作，造成生产线线上废品率的增加。

（4）电力线路与电力变压器一般采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护，使其在故障情况下保证线路与设备的安全。但谐波达到40%时电磁式继电器与感应式继电器会误动作，不能全面有效地起到保护作用。晶体管继电器虽然具有许多优点，但由于采用了整流取样电路，容易受谐波影响，产生误动或拒动引起事故。这样，谐波将严重威胁供配电系统的稳定与安全运行。

（5）电网谐波污染，导致输电线路、变压器和电机损耗增加，浪费能源。谐波使变压器、旋转电机等铁芯磁感应环流增加，大大加大电气设备发热损耗，加速绝缘老化，影响设备寿命；谐波对异步电动机的影响，主要是增加电动机的附加损耗，降低效率，严重时使电动机过热。尤其是负序谐波在电动机中产生负序旋转磁场，形成与电动机旋转方向相反的转矩，起制动作用，从而减少电动机的出力。当电动机中的谐波电流频率接近某零件的固有频率时还会使电动机产生机械谐振，发出很大的噪声，使旋转电机转速不稳，烧毁旋转电机。

（6）谐波会引起一些敏感的自动化设备误动作，也会导致电气测量仪表计量不准确。全电磁型的断路器易受谐波电流的影响使铁耗增大而发热，同时由于对电磁铁的影响与涡流影响使脱扣困难，且谐波次数越高影响越大；热磁型的断路器，由于导体的集肤次应与铁耗增加而引起发热，使得额定电流降低与脱扣电流降低；电子型的断路器，谐波也要使其额定电流降低，尤其是检测峰值的电子断路器，额定电流降低得更多。由此可知，上述三种配电断路器都可能因谐波产生误动作。 对于漏电断路器来说，由于谐波汇漏电流的作用，可能使断路器异常发热，出现误动作或不动作。对于电磁继电器来说，谐波电流使磁体部件温升增大，影响接点，线圈温度升高使额定电流降低。对于热继电器来说，因受谐波电流的影响也要使额定电流降低。在工作中它们都有可能造成误动作。目前采用的电力测量仪表中有磁电型和感应型，它们受谐波的影响较大。特别是电能表（多采用感应型），当谐波较大时将产生计量混乱，测量不准确。

谐波治理的方法主要有以下几种：

（1）使用无源滤波器或有源滤波器；使用无源滤波器其主要是改变在特殊频率下电源的阻抗，适用于稳定、不改变的系统。传统的方式多选用无源滤波器，无源滤波器出现最早，因其结构简单、投资少、运行可靠性较高以及运行费用较低，至今仍是谐波抑制的主要手段。LC滤波器是传统的无源谐波抑制装置，具有滤波作用外，还有无功补偿的作用。这种装置存在一些较难克服的缺点，主要是容易过载，在过载时会被烧损；另外，无源滤波器不能受控，随着时间的推移滤波效果下降。无源滤波器只能过滤一种谐波成份（如有的滤波器只能滤除三次谐波），如果过滤不同的谐波频率，则要分别用不同的滤波器，增加设备投资。

（2）增加变压器的容量，减少回路的阻抗及切断传输线路法；减少回路的阻抗及切断传输线路法。谐波产生的根本原因是由于使用了非线性负载，因此，解决的根本办法是把产生谐波的负载的供电线路和对谐波敏感的负载的供电线路分开。目前，国内较多采用提高变压器容量，增大电缆截面积，特别是加大中性线电缆截面，以及选用整定值较大的断路器、熔断器等保护元件等办法，减少回路的阻抗减少谐波。将线性负载与非线性负载从同一电源接口点（PCC）就开始分别的电路供电，这样可以使由非线性负载产生的畸变电压不会传导到线性负载上去。这是目前治理谐波问题较为理想的解决方案。装用D，yn11接法的变压器，其一次为三角形联结，3的奇次倍谐波在原边绕组内形成环流，不至于将谐波电流注入公共电网造成污染。

（3）使用无谐波污染的绿色设备。研制新型高功率因数、低谐波的整流电路和控制方式或对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波，目前，无谐波污染的绿色变频器、PWM整流器和带斩波器的二极管整流电路在各种开关电源中使用。从而在根本上解决谐波问题。

综上所述，随着电力网的迅速发展，非线性负载引起的谐波电压、谐波电流和电磁干扰对电力网的电能质量造成恶劣影响。鉴于电网的谐波污染日益严重的状况，本文阐述了谐波污染对我们的生产生活带来的危害，提出了目前谐波治理的几种方案，希望能对电网建设和人民生产生活有所帮助。将电力谐波控制在最小范围内，达到科学合理用电，抑制电网污染，提高电源质量、提高人民生产生活质量。