浅谈谐波的产生、危害及治理

文/张善强（河南省商丘市永城市新城区永煤公司供电分公司）

一、谐波的产生

电力系统中会产生谐波的设备是多种多样的。国际电工委员会（IEC）规定，发电机实际的端电压波形在任何瞬间与基波波形之差不得大于基波幅值的5%，因而，可以认为发电机电势具有纯正弦波形，没有谐波分量。系统中涉及的谐波源存在非线性特性的用电设备。即便为这些设备提供所需的正弦电压波，其所选用的电流仍然为非正弦，也就意味着谐波电流的存在。具体谐波电流含量会与特性和工作实际情况有着密切的关系，与电力系统参数的关系比较小。因而这些具有非线性特性的用电设备可以看作是谐波恒流源。用电设备所产生的谐波电流会进入到电力系统当中，造成系统中电压出现谐波分量。

二、谐波的危害

谐波对电力系统的污染日益严重，如不采取措施加以抑制，它们将窜到电力系统和其他用户中引起许多不良影响。归纳起来，谐波造成的不良影响有：

（一）使电网的电压和电流波形发生畸变，致使电能品质变坏

若是公用电网拥有较为严重的谐波，会影响接入电网的相关设备的正常运作，提升设备故障发生概率，造成供用电网中性线注入更多的电流。这种情况会引发超载、发热情况的加剧，对电网的安全运行造成不利影响。此外，由于相同频率的谐波电压会与谐波电流产生相应的有功功率和无功功率，进而造成电网电压的下降，造成电网容量的浪费。

（二）使电器设备的铁损增加，造成电器设备过热，降低正常出力

谐波电流，特别是3次（及其倍数）谐波侵入三角形连接的变压器，会在其绕组中形成环流，使绕组发热，加快绝缘介质的老化速度。对星形连接的中性线接地系统中，侵入变压器的中性线的3次谐波电流会使中性线发热，影响变压器正常工作。

（三）使电介质加速老化，绝缘寿命缩短

在电网中金属化膜电容器被大量应用于无功补偿或滤波器，而在谐波的长期作用下，金属化膜电容器会加速老化，寿命缩短，以至损坏。

（四）使电缆温升增加，产生放电造成接地

谐波污染将会使电缆的介质损耗、输电损耗增大，泄漏电流上升，温升增加且造成局部放电，引发单相接地故障的可能性增加，由于电力电缆的分布电容对谐波电流有放大作用，在系统负荷低谷时，系统电压上升，谐波电压也相应升高，电缆的额定电压越高，谐波引起事故的危害就会越大。

（五）影响继电保护的可靠性

由于继电保护装置的整定值设定可能会与基波负序量有着一定的关系。所以，如果谐波干扰叠加至相应整定值方面，会有很大的概率引发负序保护装置的误操作，降低电力系统安全性。

（六）干扰通信系统

通信系统在供电系统中的作用至关重要，通信系统受谐波的干扰较大，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致数据丢失，使通信系统无法正常工作，特别是对于综合自动化变电站影响较大。

三、谐波的治理

在谐波的治理过程中，无源谐波补偿式应用范围比较广泛，并且具有较好的效果，价格相对来说较为低廉。这种解决方法拥有三种形式，即串联滤波、并联滤波和串并混合滤波。其中并联滤波具有较为广泛的应用范围，它属于电源净化滤波形式，能够实现组合滤除多次谐波，与此同时向系统提供无功补偿。串联滤波通常情况下会被用作滤除三次谐波。LC滤波器作为无源滤波器，是一种较为传统的抑制滤波方法。一般情况下，LC滤波器是由滤波电容器、电抗器和电阻器三者组合而成，呈现出具有可行性的滤波装置，与谐波源并联使用。运用这种措施能够实现补偿谐波，并且还能够促进补偿无功功率。由于其整体结构相对较为简单，因此得到了广泛的推广应用。但是这样的处理方法也存在明显的缺点，因为其补偿特性通常会受到电网阻抗和运行状态两者的影响，在使用过程中会与系统发生并联谐振。这种情况的出现会造成谐波放大，引发LC滤波器过载甚至损坏。

在当前阶段，电网谐波污染情况愈发严重，这与非线性负荷增加有着一定的关系。随着科学技术的不断进步，运用传统的L-C无源滤波方法已经不能够满足当前的实际需求。合理运用此类滤波器，可以实现对频率以及幅值都存在变化的谐波展开跟踪补偿。在进行跟踪补偿的过程中，补偿特性不会因电网阻抗的受到影响。

由于传统的L-C无源滤波受电网参数和L、C参数影响大，并且容易与电网参数引起谐振，使当前的运行不能够保持稳定状态。但是如果仅运用有源滤波需要较高的成本。利用有源、无源混合使用，能够将各自的优势展现出来，有着较大的容量，整体成本比较低，且性能优越。不仅可以补偿无功，还能够补偿谐波。有效解决无源滤波因电网参数影响这个缺点。

另外有一种谐波保护器，主要用于过滤高次谐波、保护仪器设备有很好的效果，它主要是由电压箝位、低通滤波器以及吸收器组成，能够抑制和吸收用电设备产生的随机高频噪声、脉冲尖峰、高次谐波、电涌等干扰，而且能够实时跟踪电压波形，快速过滤电源中的杂波、浪涌、尖峰，矫正因谐波影响而产生的高次谐波，从源头消除谐波污染，为用电设备提供保护功能，该设备主要用于380V或220V低压系统中。

四、结束语

随着非线性电力设备的广泛应用，特别是变频设备的大量使用，电力系统中谐波问题越来越严重，一方面造成了电力设备的损坏，加速绝缘老化，另一方面影响继电保护的可靠性。为此，要积极采取措施，在源头加以控制。