现代电能质量谐波问题分析

1 谐波的定义

国际上公认的谐波定义为 ：谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。由于谐波的频率是基波频率的整数倍，也常称之为高次谐波。

2 谐波的性质

1）谐波次数n必须是正整数

例如，我国电力系统的额定频率为50Hz，2次谐波为100Hz，3次谐波为150Hz。n不能为非整数，因此也不能有非整数谐波。 2）谐波和暂态现象必须加以区别

通常认为谐波现象的波形保持不变，而暂态现象则是每周的波形都发生变化或有衰减现象等。

3）短时间谐波和暂态现象中的谐波分量

这是指晶闸管控制的轧钢机等设备工作时产生的短时间突发电流脉冲。这种突发的脉冲包含着暂态分量及谐波分量。

3 电力系统谐波的来源

电力系统本身包含的能产生谐波电流的非线性元件主要是变压器，交直流换流站的可控硅控制元件，可控硅控制的电容器、电抗器等。但是，电力系统谐波更主要的来源是各种非线性负荷用户，如各种整流设备、调节设备、电弧炉、轧钢机及电气拖动设备。另外，各种抵押电气设备和家用电气所产生的谐波电流也能从低压侧馈入高压侧。

4 谐波对电网的影响和危害

谐波会对电力系统或并联的负载产生种种危害。

4.1 谐波对电网的影响

1）电网内的谐振现象，谐振的产生对电力系统和电容器本身都是不利的。

2）谐波影响潮流计算的有效性 3）增加网络损耗

4.2 谐波对高压设备的影响

（1）谐波对同步发电机的影响：主要是引起附加损耗，此外还产生机械振动、噪声和谐波过电压。

（2）谐波对变压器的影响：谐波电流会引起变压器绕组附加损耗，引起外壳、外层硅钢片和某些紧固件发热，并且有可能引起局部的过热。另外，谐波能使变压器噪声增大。

4.3 谐波对电缆和输电线路的影响

1）谐波对电缆的影响：在电网低谷负荷是，电网电压上升而使谐波电压也

升高，电缆更容易出现故障。电缆的额定电压等级越高，谐波引起的危害就越大。

2）谐波对输电线路的影响：超高压长距离的输电线路，常采用单相自动重合闸来提高电力系统的暂态稳定性，较大的高次谐波电流能显著地延缓潜供电流的熄灭，导致单相重合闸失败，或不能获得较短时间的自动重合闸时间。

4.4 谐波对电网电气设备的影响

1）谐波对大型换流装置的影响：使整流器工作不稳定，使逆变器不能换相成

功。

2）谐波对消弧线圈的影响：谐波较大会延迟或阻碍消弧线圈的灭弧作用。

4.5 谐波对低压用电设备的影响

谐波电流的流入会导致整个设备过热，并降低绝缘寿命，例如：电阻电感负荷、弧光灯、熔丝、电动机、电压表、电流表、功率表、电话线路、整流装置及其负荷、电流互感器电压互感器等。

4.6 谐波对继电保护的影响

无论在正常负荷状态还是在暂态过程中，系统谐波从各方面影响继电器，可能导致继电器误动作。受其影响的继电保护装置包括：电磁型继电器、感应型继电器、整流型继电器、静态继电器等。

4.7 谐波对远动自动装置的影响

对于远动装置，如果载波系统所产生的谐波与载波相结合时，可能会发生

错误的操作。

4.8 谐波对通信线路的干扰

谐波对于通信线路的干扰影响可分为静电感应影响、电磁干扰影响等。

5 电力系统谐波的抑制

为保证供电质量，防止谐波对电网及电力设备的危害，除对发、供、用电系统加强管理外，还必须采取必要的措施来抑制谐波。抑制谐波的措施应从两方面考虑：一是产生谐波的非线性负荷；二是受危害的电力设备和装置。

1)减少谐波源的谐波含量：增加晶闸管变换装置脉冲数、改变供电系统的运行方式、减少发电机产生的谐波

2）在电容器回路中串接电抗器 3）安装交流滤波器 4）采用有源滤波器

5）其他方法：加大供电系统容量、选择合理的供电电压、选择系统与变压

器的连接方式

6）采用相数倍增法清除谐波