浅析电网谐波污染的研究

[摘 要]电力污染随着现代电力的发展不断出现并日趋严重。电力污染与系统关系密切，实质上是电能质量问题，涉及面广，具有独特的复杂性，难于认识并难于治理。电力谐波污染也随着技术的发展可以得到有效的控制，并最终将与电网运行控制结合起来。

[关键词]电网谐波、谐波污染

中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）02-0000-01

电力污染随着现代电力的发展不断出现并日趋严重。电力污染与系统关系密切，实质上是电能质量问题，涉及面广，具有独特的复杂性，难于认识并难于治理。电力谐波污染也随着技术的发展可以得到有效的控制，并最终将与电网运行控制结合起来。电力污染的理论发展与实践，逐步形成自己的理论体系与工程实践，由此电网污染问题的解决则日趋严重。

所谓电网谐波.就是电网正弦电压波形畸变后，其波形可以按傅立叶级数进行分解.除了基波（50Hz）之外，还有一系列频率为基波频率整数倍的正（余）弦波，这些正（余）弦波称之为谐波。正是由于这些谐波注入电网，就使得电网电压波形畸变。

1.谐波的危害

（1）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，浪费电网容鼠。

（2）高次谐波的作用，能使电容器出现过电流与过负荷，温度增高，寿命减少，甚至出现发热、鼓肚、击穿或爆炸事故。同时在电压已经畸变的电网中，电容器的投入，还可能使电网的谐波加剧（谐波放大现象）。

（3）谐波往往引起继电保护不工作或误动作，从而造成设备与系统的事故，尤其是半导体继电保护与整流型继电保护更为严重。

2.谐波的产生

电网谐波来源于三个方面：其一是发电源质量不高产生谐波；其二是输电网产生的谐波；其三是用电设备产生的谐波。其中以用电设备产生的谐波最多，具体情况如下：

（1）整流设备由于晶闸管整流的广泛应用（如电力机车、铝电解槽、电池充电器等），给电网造成大量的谐波。我们知道，晶闸管整流装置从电网吸收的是缺角的正弦波砒，从而给电网留下的也是另一部分是缺角的正弦波u2，如图1所示，显然u1中含有大量的谐波。统计表明：由于整流装置产生的谐波占所有谐波的40%左右，这是最大的谐波源。

（2）电弧炉、电石炉由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的形连接线圈而注入电网。其中主要是2一7次的谐波，平均可达基波的8%一20%，最大值可达45%。

（3）电力变压器由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其厂作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波，其3次谐波电流可达额定电流的0.5%。另外变压器空载合闸时出现的涌流中也含有很大的谐波量。

（4）家用电器如电视机、录象机、电子调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装置，会产生较深的奇次谐波；在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中，因不平衡电流的变化也能使波形改变。

3.谐波的抑制方法

为了减少谐波的危害，根据谐波的来源，抑制谐波的方法大致从三个方面考虑

（1）确保电源的质量从发电机本身来说，产生的谐波是很少的，这主要就是要从管理_L保证发配电的质量，尤其是对于自发电设备的企业，要制定相应的措施予以保证。

（2）减少输电网谐波的产生与磁辐射如尽可能采用高压直流输电；低压供电尽可能采用地下电缆；高层建筑内部的供电线应用铁骨来防止磁辐射，还应做好大楼建筑的接地系统的设计与实施安装。

（3）限制用电负荷产生的谐波前已述及，用电负荷是电网谐波的最主要的来源。首先要求用户对电网电压的畸变率与谐波电流的限制要做到符合国家要求。

（4） 提高系统容量提高系统容量能够相对减小谐波对系统的影响效果。但该方法有以下不足：不能消除系统中谐波；增加系统建设投资；不适用已建项目；新建配电系统时需要考虑系统谐波情况而增加系统容量。

（5）串联电抗器串联电抗器能够滤除部分谐波。但该方法有以下不足：滤波效率低；串联电抗器电抗率过高会影响设备出力，电压降过大；整流器前必需安装进线电抗器。

（6） 变压器接线不同方式三相整流变压器采用Y/或/Y的接线形式，这样可以消除3的整数倍次的电力谐波，从而使注入电网的谐波电流只有5、7、11……等次谐波。采用Dyn11变压器可以阻止零序谐波进入变压器高压侧。不足点在于：零序谐波在低压侧依然存在，零序谐波在变压器原边三角形绕组感应形成环流，导致变压器发热、过载。

（7）调谐型滤波器当前调谐型滤波器最常用的可能要数LC型的了，因为其在可以同时使谐波和无功功率均得到补偿。串联电抗的电抗率随着滤波次数的改变而不同，偏离调谐频率一般在10%以内，滤波作用为主，效果比较理想，补偿作用为辅，较适用，结构简单，成本小。但LC调谐型滤波器也存在难以克服的不足：电网阻抗以及其运行状态会明显影响到该滤波器的补偿特性，如同系统产生并联谐振的情况，增大谐波干扰，导致LC滤波器过载，严重时烧毁；对基波补无功，难免出现过补偿情况；滤波效率偏低，对谐波频率要求比较苛刻，要求其状态不变，每次谐波需要一组滤波器，容易过载；难以兼顾滤波及无功补偿两个方面；工程设计较为繁琐，产品标准化难以实现。

总之，面对日趋严重的电网谐波污染，必须引起高度重视，这就需要发供电部门、用户及电气设备的制造厂家都从大局出发，共同努力，清扫和维护电网的“公共卫生”。同时只有这样，才能有利于各行各业的生产发展，才能有利于人民生活水平的不断提高。

电网谐波污染的危害：

1.对电力电缆的危害：由于谐波次数高频率上升，再加之电缆导体截面积越大趋肤效应越明显，从而导致导体的交流电阻增大，使得电缆的允许通过电流减小。另外，电缆的电阻、系统母线侧及线路感抗与系统串联，提高功率因数用的电容器及线路的容抗与系统并联，在一定数值的电感与电容下可能发生谐振。

2.对用电设备的危害

（1）对电动机的危害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。另外电动机中的谐波电流，当频率接近某零件的固有频率时还会使电动机产生机械振动，发出很大的噪声。

（2）对低压开关设备的危害对于配电用断路器来说，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。

对于电磁接角器来说，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。

3.对弱电系统设备的干扰：对于计算机网络、通信、有线电视、报警与楼宇自动化等弱电设备，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，产生干扰。其中电感应与静电感应的耦合强度与干扰频率成正比，传导则通过公共接地耦合，有大量不平衡电流流入接地极，从而干扰弱电系统。

4.影响电力测量的准确性：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。

结语：随着用电市场的越来越大，电网谐波污染也越来越严重，防止谐波污染的研究则越来越迫在眉睫，首先我们需要从思想上提升对谐波污染的防治的治理。