电力谐波对电力设备的影响及其应对策略研究

邢大江

（国家电投集团河南电力检修工程有限公司，河南 新乡 453011）

伴随科学技术的不断发展，各式各样的非线性用电装置等在电力系统中的使用十分普遍，给电力系统造成了一定的谐波污染，并且降低了电能供给的质量，扰乱了电力系统的可持续发展。电力谐波含量会影响到波形的质量，同时对电力系统造成极大威胁，导致电力设备发热、减少使用周期、引发电流谐振或者电压谐振等，进而对全面电力系统的有序运行造成不利影响，所以要求对电力谐波分布状况产生的原因展开分析，制定可行针对的应对策略。因此，就电力谐波对电力设备的影响及其应对策略开展研究，有着十分重要的现实意义。

1 电力谐波概述

（1）电力谐波。对于电力谐波含义的界定，在国际层面较为统一的认识是：电力谐波是指一个周期电气量的正弦波的分量，其频率为工频基波频率的整倍数；在我国的国家标准中，电力谐波是指借助傅里叶级数，对周期性交流量开展分解，获取频率在1以上的整数倍的分量；而从广义角度而言，不论是何种与交流电网中工频频率不同的成分，均可称为电力谐波。因为正弦加压于非线性负载，基波电流引发畸变形成谐波。其中，较为常见的非线性负载包括有整流器、变频器、开关电源、不间断电源等。

（2）电力谐波形成原因。①发电系统形成的电力谐波。由于制造工艺技术的制约，好比铁心绝对均匀技术、发电机三相绕组绝对对称技术等，生成电源基波电势期间必然会一并生成谐波电势，该种电势受自身性能的制约会使得电网波形发生转变，因为电力系统对应产生的谐波幅值相对小，因而当前即便认识到此期间会形成电力谐波，然而有效的应对策略相对不足，往往会直接予以忽略。②电力系统形成的电力谐波。电力变压器铁心饱和、非线性磁化曲线等因素均会致使形成电力谐波，并且电力谐波的实际大小、影响覆盖面与该部分因素的实际情况紧密关联，依托对电力系统的全面剖析，该种原因形成的电力谐波的规模相对小，因而倘若对其制定相应的应对策略会造成不必要的人力、物力损耗，因而在治理过程中，通常不将该部分的电力谐波视为重点。③用电设备形成的电力谐波。经由对电力谐波检测可知，非线性用电设备直接与电网进行连接是形成电力谐波的主要原因，非整数次谐波、整数次谐波等多元化、影响水平较高的电力谐波，都是非线性用电设备所造成，因而针对电力谐波的治理大多集中在用电设备形成的电力谐波上。

2 电力谐波对电力系统的危害

（1）电力谐波在电力线路中的危害。①电力谐波不利于电力线路的正常运行。电力系统中的电路显露、电力变压器大部分均由电磁式继电器来检测，进而在故障出现的状况下，为电力线路及设备安全提供可靠保障。然而因为电磁式继电器、晶体管继电器、感应式继电器通常会受到电力谐波的影响而产生误动作，所以自身保护作用往往难以得到有效发挥。如此一来，电力谐波必然会对电力系统的有序运行造成极大危害。②电力谐波不利于电能质量。电力系统中电力谐波会使得电流、电压波形出现改变。例如，在三相配电线路中，相线中3整倍数谐波会在中性线上累积，从而使得中性线电流水平大于相线上的电流；民用电力系统中的中性线会形成诸多的奇次谐波，且尤为3次谐波含量最多。

（2）电力谐波在电力设备中的危害。①电力谐波不利于电力变压器。电力变压器不仅是谐波源，还是传递其它谐波源并产生谐波的重要环节。电力谐波会致使电力变压器局部放电强度及介质损耗增多，所以要缩减电力变压器的实际使用容量，即在对电力变压器额定容量进行选取的过程中，应当权衡流出电力系统的谐波含量。同时，谐波的出现还会使电力变压器出现更大的噪音，时常还会形成金属声。②电力谐波不利于电力电容器。倘若电力电容器组回路的阻抗呈容性时，并联电力电容器的谐波电流会发挥放大作用，尤其是倘若系统等值感抗、电力电容器组回路容抗生成谐振前提，形成电流谐振时，就算是极小的谐波电流同样会放大数倍，进一步使得电力电容器过电流，并且加大了谐振电流，同样会造成电力电容器损耗的加剧，导致电力电容器过热或者损坏。③电力谐波不利于电力电缆。在电力谐波次数为高频率升高的情况下，再加上伴随电缆导体截面积的不断增大，趋肤效应会越来越显著，进一步造成导体交流电阻升高，导致电缆允许通过的电流缩减。

（3）电力谐波在用电设备中的危害。①电力谐波不利于电动机。在电动机运行过程中，电力谐波的出现，会在很大程度上提升电动机的附加损耗，还可能使电动机出现温度过高的情况。特别是在电动机运行期间，倘若出现负序谐波，则会产生对应的负序旋转磁场，进而对电动机带来制动影响，使得电动机无法正常出力。②电力谐波不利于电压开关设备。在配电用断路器的运行过程中，通常而言，在谐波电流的影响下，会使电磁性断路器出现铁耗提升而发热的情况；会使得电子型、热磁型断路器出现额定电流下降的问题。由此表明，电力谐波的出现极可能导致断路器出现误动作。

3 电力谐波的应对策略

电力谐波问题俨然转变成为一类电力污染及公害，得到社会各界的热点关注。伴随节能减排、发展低碳经济呼声的不断高涨，采取科学有效的技术手段对电力谐波开展治理变得尤为必要。如何进一步促进电力设备的安全有序运行，可以将下述策略作为切入点。

（1）合理调节非线性用电设备与电源相互间的电气距离。合理调节两者的电气距离是由有意识地缩减电力系统阻抗，促使供电电压等级升高，将电力谐波产生的实际危害得以有效降低。就好比通过反复的电力谐波治理后，某供电厂逐一在2个100kV变电所设置一回35kV专线母线上的谐波测量值依旧十分接近国家标准，然而供电局在这一供电厂周边区域新设立220kV变电所，凭借较大容量的同步发电机的作用，直接通过5回35kV专线供电，基于电气距离相较之前的显著降低，使电力设备所受电力谐波的危害得以有效减少，因而可起到治理电力谐波的作用。值得一提的是，这种方法对人力、物力投入及电力规划的协调适用性提出了较为严苛的要求。

（2）抑制电容器电压。倘若在电力系统中，选取选相断路器对电力电容器予以投切，可有效消除投切电容器期间形成的瞬态电压，进一步缓解电力谐波的出现。如果电力谐波与电力电容器一同存在，电容器则会使得谐波电流更加强劲，进而对电力系统造成负面影响。对此可以选择使用滤波电抗器来减少谐波频率，进一步达到缩减谐波电流的目的。

（3）调节电力谐波隔距。众多实践得出，电力系统中形成的电力谐波不仅会对本级电力系统造成威胁，在电力变压器处理后，还会对上级甚至若干级电力系统造成影响，因而在治理期间，务必要对其影响程度及影响范围开展治理，秉承该种思路，研究人员展开了反复的探索研究，如在对三相整流变压器开展接线的过程中，选取YO/Y、Y/△、YO/△的应对策略，对3次及3的倍数次谐波均可收获可靠的治理成效，使电力谐波在全面电力系统中的影响程度及影响范围得到尽可能缩减。

（4）设置滤波器。滤波器包括有源和无源滤波器。其中有源滤波器是一类新型用以实时抑制电力谐波、补偿无功的电力电子装置，汇集有高速计算机、电力电子自动调节等技术，可凭借电流互感装置检测到的负荷电流谐波含量，经由对应的处理，借助逆变器，形成与系统各次谐波大小一致、相位相反的谐波电流，传输至电力系统中，对电力谐波开展消除或中和。无源滤波器通常利用电路的谐振原理来达到消除谐波的目的，其中涵盖了电阻、电抗器等结构。在实际应用过程中能够与谐波源进行连接，实时抑制电力谐波、补偿无功的效果。无源滤波装置原理简单、投入成本小、后期使用与维护方便，对于吸收高次谐波可发挥尤为明显的成效。相较于无源滤波器，有源滤波器具备以下优势：①结合电力系统中的电力谐波，开展自动控制，无需对负荷谐波次数予以考虑；②不会出现过载危险；③与电源设备具备可靠的兼容性；④可与电气网络任意位置开展了解；⑤可与相同电力系统中并联多个，提升电力谐波治理的质量及效率；⑥有效弥补以往电力谐波抑制剂无功补偿手段中的弊端，达成实时跟踪补偿。在滤波器实际设置中，通常为了获取理想的滤波成效，会对有源与无源滤波器开展联合设置，由此可使它们各自的优势得到全面发挥，促进收获最佳的滤波成效。

4 结语

在电力系统中，电力谐波必然存在，其产生的负面影响并非一时形成，而是日月累计的。在影响初期并不突出，但随着时间的推移而累积，电力谐波的危害会逐步显现，导致不可估量的后果。伴随节能减排、发展低碳经济呼声的不断高涨，采取科学有效的技术手段治理电力谐波变得尤为必要。鉴于此，电力企业相关人员务必要不断钻研研究、总结经验，提高对电力谐波内涵及其成因的有效认识，强化对电力谐波危害的全面分析，结合电力谐波的实际情况，通过“合理调节非线性用电设备与电源相互间的电气距离”、“抑制电容器电压”、“调节电力谐波隔距”、“设置滤波器”等，积极促进电力系统的有序健康发展。

[1]支海东.谐波对电力设备的影响及其处理方法[J].硅谷，2010，13（20）：41.

[2]曾立群.刍议电力谐波对供配电系统的影响和治理策略[J].江西建材，2014，17（14）：213.