电力系统中谐波污染的危害与治理研究

摘要：日趋严重的谐波污染不仅影响供电可靠性，还严重危害电力设备，其与功率因数降低、电磁干扰并称电力系统的三大公害。文章结合实际工作经验，分析了电力系统中谐波污染的危害，并提出了相关治理办法。

关键词：电力系统；谐波污染；电能损耗

中图分类号：TM714 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）01-0057-02

随着经济的发展和社会生活水平的提高，供电可靠性和稳定性日益重要。在供电系统中，当正弦基波电压施加于非线性元件和设备（主要指各种整流设备、变流器、交直流换流设备、PWM变频器等节能和控制用的电力电子设备，日光灯、交流电弧炉、变压器、发电机组及铁磁谐振设备等）时，由于设备吸收的电流与施加的电压波形不同，致使电流发生了畸变，谐波电流注入到与负荷相连的电网中，从而产生了谐波。研究谐波污染的抑制对于电力系统安全运行有着非常重要的意义。

1 谐波污染的危害

谐波产生的根本原因是由于电力线路呈一定阻抗，等效为电阻、电感和电容构成的无源网络，非线性负载产生的非正弦电流造成了电路中电流和电压畸变。谐波污染带来的危害主要作用于电力系统本身和用户两个方面，下文进行分析：

1.1 谐波对电力系统的危害

1.1.1 对电网的影响。电网中如果产生高次谐波电流，将增加输电线路功耗，如果电缆输电，还容易形成谐波谐振，导致绝缘击穿。谐波还能造成电网电压与电流波形发生畸变，影响三相交流电的对称性，影响电力正常输送。

1.1.2 对电动机和发电机的损害。谐波造成电动机过热，增加了电动机的附加损耗，降低了工作效率。其中负序谐波产生负序旋转磁场，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。在电力设备中，3、5次谐波对发电机的危害最为严重，涡流的产生使发电机噪声变大，使用寿命减短，引起发电机震荡，严重时造成转轴扭曲，金属疲劳断裂。

1.1.3 对继电保护的危害。继电保护装置若是按基波负序量整定其整定值大小，当谐波干扰叠加到极低的整定值上时，就引起继电保护及自动装置误动或拒动，动作失去选择性，可靠性降低，从而造成系统事故，严重威胁电力系统的安全运行。

1.1.4 对无功补偿电容器的影响。谐波电流的产生将会加重电容器的负担，导致电容器因过负荷或过电压而损坏，由谐波引起的发热和电压升高意味着电容器使用寿命的缩短。

除以上提到的危害，谐波对变压器、熔断器、断路器等其他设备也造成了不同程度的危害，有待进一步重视和探讨。

1.2 谐波对电力用户的影响

产生谐波负荷的用户，从系统中吸收基波功率而向系统送出谐波功率。这样受谐波影响的用户既从系统吸收基波功率又从谐波源吸收无用的谐波功率，其后果是谐波源用户少付电费而受害的用户反要多付电费。另外，谐波的产生对用户电动机、补偿电容器、自动控制装置、生活用电、用电安全等均有影响。

2 谐波治理措施

谐波的治理途径就是降低谐波源的谐波含量，可以从产生谐波的非线性负荷和受谐波污染危害的电力设备和装置两方面着手：

2.1 加装滤波器

滤波器分为无源滤波器和有源滤波器两种，作用是阻止高次谐波进入电网，其原理是运用由L、R、C元件构成谐振回路，可阻止与谐振回路的谐振频率相同或相近频率的谐波进入电网。由于无源滤波器容易受系统参数影响，对某些谐波具有放大作用，因而建议安装有源滤波器，其可控性和响应性较高，而且可以消除与系统阻抗发生谐振危险，同时也能自动跟踪补偿变化的谐波。

2.2 加强管理，阻止谐波的传输

由于谐波是以电流的形式传输的，因此可以通过加强管理的方法使谐波的传输范围得到控制。首先是加强对供电线路的管理，将产生谐波的负荷的供电线路和对谐波敏感的负荷供电线路分开，这样就可以阻止非线性负荷产生的畸变电压传导到线性负荷上去，防止谐波负荷电流造成的谐波电压畸形产生。电路要实现多重化和多元化，降低谐波成分。

各部门各负其责，尽量不把本部门管辖范围内的谐波传送到其他线路，加强监测，实时控制，提高电网抗谐波的能力。把好投运关，对具有谐波源和系统公用电网系统，进行谐波预测计算，对于超出允许值的客户，需采取限制谐波的措施，与公用设备同时投运，也就是说，对客户工程同时设计、同时施工、同时接入使用。新设备投运后，进行谐波实测复核，合格者才允许正式接网运行。

2.3 加装无功功率静止型无功补偿装置

对于大型冲击型负荷，可装设无功功率的静止型无功补偿装置，以获得补偿负荷快速变动的无功需求，改善功率因数，滤除系统谐波，减少向系统注入谐波电流，稳定母线电压，降低三相电压不平衡度，提高供电系统承受谐波能力。本文推荐以自饱和电抗型的无功功率静止型无功补偿装置，其可靠性高，容易操作，反应速度快，能够有效解决大型非线性负荷产生的电压波动、电压闪变、负序电压、谐波危害等。

2.4 增加换流装置的相数

换流装置是供电系统的主要谐波源之一。理论分析表明，换流装置在其交流侧与直流侧产生的特征谐波次数分别为pk±1和pk（p为整流相数或脉动数，k为正整数）。当脉动数由p=6增加到p=12时，可以有效地消除幅值较大的低频项（其特征谐波次数分别为12k±1和12k），从而大大地降低谐波电流的有效值。

2.5 开关电源干扰的抑制

一般采用的办法是电源滤波、屏蔽及减少开关电源本身干扰能量。减少开关电源本身干扰，利用改善线圈绕制工艺，确保绕组之间紧密耦合，以减少变压器漏感。还可以在高频整流二极管上串入可饱和磁芯线圈，利用流过反向电流时因磁芯不饱和而产生的较大电势阻止反向电流

上升。

3 结语

综上所述，本文从电网、电力设备、用户等方面分析了谐波污染的危害，并提出了治理谐波污染的一些具体办法，对于保证电力系统正常的经济运行具有重要的意义。随着技术的进步，在治理谐波污染的问题上必定会产生更科学的措施，从而更加高效地抑制谐波对电网的污染，提高供电质量。

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作者简介：章颖（1983—），女，浙江杭州人，浙江省天正设计工程有限公司工程师，研究方向：供配电。endprint