1.概述在理想情況下，高質(zhì)量的電源應(yīng)該提供正弦波形的電壓。然而，在實(shí)踐中，由于某些原因，電源電壓的波形會偏離正弦波形，即產(chǎn)生諧波。供電系統(tǒng)中的諧波是指頻率為基頻整數(shù)倍的正弦波分量(內(nèi)工業(yè)也稱高次諧波。在供電系統(tǒng)中，諧波產(chǎn)生的根本原因是向具有非線性阻抗特性的電氣設(shè)備(也稱為非線性負(fù)載)供電的結(jié)果。這些非線性負(fù)載在運(yùn)行過程中向電源反饋高次諧波，導(dǎo)致電源系統(tǒng)中電壓和電流波形失真，電能質(zhì)量惡化。因此，諧波是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。諧波的危害表現(xiàn)為造成電氣設(shè)備(電機(jī)、干式變壓器、電容器等)的附加損耗和發(fā)熱。):降低同步發(fā)電機(jī)額定輸出功率、轉(zhuǎn)矩、升高干式變壓器溫度、降低效率、加速絕緣老化、縮短使用壽命、甚至損壞：降低繼電保護(hù)、控制和檢測裝置等的工作精度和可靠性。諧波注入電網(wǎng)后，無功功率會增加，功率因數(shù)會降低，甚至?xí)鸩⒙?lián)或串聯(lián)諧振，損壞電氣設(shè)備，干擾通信線路的正常運(yùn)行。供電系統(tǒng)中的諧波問題已經(jīng)引起了社會各界的廣泛關(guān)注。為了保證供電系統(tǒng)中的所有電氣電子設(shè)備都能在電磁兼容的基礎(chǔ)上正常和諧地工作，必須采取有效措施抑制和防止電網(wǎng)諧波危害造成的嚴(yán)重后果。第二，諧波的產(chǎn)生原因會產(chǎn)生在電力生產(chǎn)、輸送、轉(zhuǎn)換和使用的各個(gè)環(huán)節(jié)。在發(fā)電中，對發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和接線采取一些措施后，可以認(rèn)為發(fā)電機(jī)提供的電壓是基頻的正弦波形。在其他環(huán)節(jié)，諧波主要來自以下具有非線性特性的電氣設(shè)備：(1)不準(zhǔn)備具有鐵磁飽和特性的鐵芯，如干式變壓器、電抗器等；(2)以具有強(qiáng)非線性特性的電弧為工作介質(zhì)的設(shè)備，如氣體放電燈、交流弧焊機(jī)、煉鋼電弧爐等。(3)基于電力電子元件的開關(guān)電源設(shè)備，如各種功率變換器設(shè)備(整流器、逆變器、變頻器)、相控調(diào)速調(diào)壓裝置、大容量功率晶閘管可控開關(guān)設(shè)備等。廣泛應(yīng)用于化工、電氣化鐵路、冶金、礦山及各種家用電器等工礦企業(yè)。這些非線性電氣設(shè)備(或稱為非線性負(fù)載)的顯著特點(diǎn)是它們從電網(wǎng)中獲取非正弦電流，也就是說，即使電源向這些負(fù)載提供正弦電壓，流經(jīng)電網(wǎng)的電流也是非正弦的，因?yàn)樗鼈冎痪哂须娏鞑浑S電壓同步變化的非線性電壓電流特性。該電流波形由基波和基波頻率整數(shù)倍的諧波組成，即產(chǎn)生諧波，嚴(yán)重扭曲電網(wǎng)電壓。非線性設(shè)備接入低壓供電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波電流可分為穩(wěn)定諧波和變化諧波。所謂穩(wěn)定諧波電流是指這種諧波的幅值不隨時(shí)間變化而產(chǎn)生的諧波，如視頻顯示設(shè)備、測試儀器等。這種設(shè)備給電網(wǎng)帶來恒定的負(fù)荷。激光打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、微波爐等產(chǎn)生的各次諧波的幅值隨時(shí)間變化，稱為波動諧波。對于電網(wǎng)來說，這種設(shè)備是一種隨時(shí)間變化的負(fù)載。隨著電力電子器件的日益增多，這些器件產(chǎn)生的諧波幅度越來越大，是目前供電系統(tǒng)中的主要諧波源。三、諧波的危害在過去，由于與供電系統(tǒng)相連的非線性設(shè)備很小，系統(tǒng)中求助引起的諧波電流很小，所以對電能質(zhì)量的影響很小。 #p#分頁標(biāo)題#e#

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品采用大功率半導(dǎo)體開關(guān)器件和各種開關(guān)電源，如電視機(jī)、空調(diào)、節(jié)能燈、調(diào)光器、洗衣機(jī)、微波爐、信息技術(shù)設(shè)備等。迅速涌入家庭。雖然每個(gè)裝置注入電網(wǎng)的諧波電流并不大，但這些裝置數(shù)量多，分布廣。有些家用電器，如電視機(jī)、空調(diào)等，在使用時(shí)具有集中性的特點(diǎn)，會使注入電網(wǎng)的諧波電流引起的諧波問題特別突出，不僅會使接入電網(wǎng)的設(shè)備無法正常工作，甚至出現(xiàn)故障，還會使供電系統(tǒng)零線承受的電流過載，影響供電系統(tǒng)的輸電。因此，諧波問題一直受到有關(guān)各方的高度重視。供電系統(tǒng)中諧波的危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。1.發(fā)電、輸電、供電和用電設(shè)備的附加損耗增加，使設(shè)備過熱，降低設(shè)備的效率和利用率。由于諧波電流的頻率是基頻的整數(shù)倍，當(dāng)高頻電流流經(jīng)導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體對諧波電流的有效電阻由于趨膚效應(yīng)而增大，從而增加了設(shè)備的功率損耗和電能損耗，導(dǎo)致導(dǎo)體發(fā)熱嚴(yán)重。(1)對旋轉(zhuǎn)電機(jī)的影響諧波對旋轉(zhuǎn)電機(jī)的危害主要是產(chǎn)生附加損耗和轉(zhuǎn)矩。隨著頻率的增加，趨膚效應(yīng)、磁滯、渦流等。增加旋轉(zhuǎn)電機(jī)鐵芯和繞組的額外損耗。在供電系統(tǒng)中，用戶的電機(jī)負(fù)荷約占總負(fù)荷的85%。因此，諧波對電動機(jī)總附加損耗的增加影響較大。由于電機(jī)的輸出不能根據(jù)發(fā)熱情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此通過將其能承受的諧波電壓轉(zhuǎn)換成等效的基波負(fù)序電壓來考慮諧波對電機(jī)的發(fā)熱效應(yīng)。試驗(yàn)表明，在額定輸出下，保持3倍額定電壓的負(fù)序電壓，電機(jī)的絕緣壽命將縮短一半。因此，際上一般建議在連續(xù)運(yùn)行的閾值下，電機(jī)的負(fù)序電壓不超過額定電壓的2倍。諧波電流產(chǎn)生的諧波轉(zhuǎn)矩對電機(jī)平均轉(zhuǎn)矩影響不大，但諧波會產(chǎn)生顯著的脈沖轉(zhuǎn)矩，可能導(dǎo)致電機(jī)軸扭振的問題。該振蕩力矩導(dǎo)致渦輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子元件的扭轉(zhuǎn)振動和渦輪葉片的疲勞循環(huán)。(2)諧波電流對干式變壓器的影響增加了干式變壓器的銅耗，特別是三次諧波及其多次諧波會在其繞組中形成環(huán)流，使繞組過熱。對于全星接干式變壓器，當(dāng)繞組中性點(diǎn)接地，且側(cè)電網(wǎng)分布電容較大或安裝中性點(diǎn)接地的并聯(lián)電容器時(shí)，可能會形成三次諧波諧振，增加干式變壓器的附加損耗。(3)對輸電線路的影響由于輸電線路阻抗的頻率特性，線路電阻隨著頻率的增加而增加。

在集膚效應(yīng)的作用下，諧波電流使輸電線路的附加損耗增加。在供應(yīng)電網(wǎng)的損耗中，干式變壓器和輸電線路的損耗占了大部分，所以諧波使電網(wǎng)網(wǎng)損增大。諧波還使三相供電系統(tǒng)中的中性線的電流增大，導(dǎo)致中性線過載。輸電線路存在著分布的線路電感和對地電容，它們與產(chǎn)生諧波的設(shè)備組成串聯(lián)回路或并聯(lián)回路時(shí)，在一定的參數(shù)配合條件下，會發(fā)生串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振。一般情況下，并聯(lián)諧波諧振所產(chǎn)生的諧波過電壓和過電流對相關(guān)設(shè)備的危害性較大。當(dāng)注入電網(wǎng)的諧波的頻率位于在網(wǎng)絡(luò)諧振點(diǎn)附近的諧振區(qū)內(nèi)時(shí)，會激勵電感、電容產(chǎn)生部分諧振，形成諧波放大。在這種情況下，諧波電壓升高、諧波電流增大將會引起繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)誤動，以至損壞設(shè)備，與此同時(shí)還可產(chǎn)生相當(dāng)大的諧波網(wǎng)損。對于電力電纜線路，由于電纜的對地電容比架空線路約大10-20倍，而感抗約為架空線路的1/2-1/3，因此更容易激勵出較大的諧波諧振和諧波放大，造成絕緣擊穿的事故。(4)對電力電容器的影響 隨著諧波電壓的增高，會加速電容器的老化，使電容器的損耗系數(shù)增大、附加損耗增加，從而容易發(fā)生故障和縮短電容器的壽命。另一方面，電容器的電容與電網(wǎng)的感抗組成的諧振回路的諧振頻率等于或接近于某次諧波分量的頻率時(shí)，就會產(chǎn)生諧波電流放大，使得電容器因過熱、過電壓等而不能正常運(yùn)行。2、影響繼電保護(hù)和自動裝置的工作和可靠性 諧波對電力系統(tǒng)中以負(fù)序(基波)量為基礎(chǔ)的繼電保護(hù)和自動裝置的影響十分嚴(yán)重，這是由于這些按負(fù)序(基波)量整定的保護(hù)裝置，整定值小、靈敏度高。如果在負(fù)序基礎(chǔ)上再疊加上諧波的干擾(如電氣化鐵道、電弧爐等諧波源還是負(fù)序源)則會引起發(fā)電機(jī)負(fù)序電流保護(hù)誤動(若誤動引起跳閘，則后果嚴(yán)重)、變電站主變的復(fù)合電壓啟動過電流保護(hù)裝置負(fù)序電壓元件誤動，母線差動保護(hù)的負(fù)序電壓閉鎖元件誤動以及線路各種型號的距離保護(hù)、高頻保護(hù)、故障錄波器、自動準(zhǔn)同期裝置等發(fā)生誤動，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。3、使測量和計(jì)量儀器的指示和計(jì)量不準(zhǔn)確 由于電力計(jì)量裝置都是按50Hz的標(biāo)準(zhǔn)的正弦波設(shè)計(jì)的，當(dāng)供電電壓或負(fù)荷電流中有諧波成分時(shí)，會影響感應(yīng)式電能表的正常工作。在有諧波源的情況下，諧波源用戶處的電能表記錄了該用戶吸收的基波電能并扣除一小部分諧波電能，從而諧波源雖然污染了電網(wǎng)，卻反而少交電費(fèi)；而與此同時(shí)，在線性負(fù)荷用戶處，電能表記錄的是該用戶吸收的基波電能及部分的諧波電能，這部分諧波電能不但使線性負(fù)荷性能變壞，而且還要多交電費(fèi)。電子式電能表更不利于供電部門而有利于非線性負(fù)荷用戶。4、干擾通信系統(tǒng)的工作 電力線路上流過的3、5、7、11等幅值較大的奇次低頻諧波電流通過磁場耦合，在鄰近電力線的通信線路中產(chǎn)生干擾電壓，干擾通信系統(tǒng)的工作，影響通信線路通話的清晰度，而且在諧波和基波的共同作用下，觸發(fā)電話鈴響，甚至在極端情況下，還會威脅通信設(shè)備和人員的安全。另外高壓直流(HVDC)換流站換相過程中產(chǎn)生的電磁噪聲(3-10kHz)會干擾電力載波通信的正常工作，并使利用載波工作的閉鎖和繼電保護(hù)裝置動作失誤，影響電網(wǎng)運(yùn)行的安全。5、對用電設(shè)備的影響 諧波會使電視機(jī)、計(jì)算機(jī)的圖形畸變，畫面亮度發(fā)生波動變化，并使機(jī)內(nèi)的元件出現(xiàn)過熱，使計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤。對于帶有啟動用的鎮(zhèn)流器和提高功率因數(shù)用的電容器的熒光燈及汞燈來說，會因?yàn)樵谝欢▍?shù)的配合下，形成某次諧波頻率下的諧振，使鎮(zhèn)流器或電容器因過熱而損壞。對于采用晶閘管的變速裝置，諧波可能使晶閘管誤動作，或使控制回路誤觸發(fā)。四、抑制供電系統(tǒng)諧波的一般對策 諧波問題是關(guān)系到供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量的一個(gè)重要問題，它不但與供電部門有關(guān)，而且還關(guān)系到廣大電力用戶扣電器設(shè)備制造廠的切身利益。為減少供電系統(tǒng)的諧波問題，一般從管理上和技術(shù)措施上采取以下幾方面的對策：1、貫徹執(zhí)行有關(guān)諧波的家標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)諧波管理 我于1998年12月14日發(fā)布了家標(biāo)準(zhǔn)GB17625.1-1998《低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流限值(設(shè)備每相輸入電流≤16A)》，等效采用IEC6100-3-2：1995，但在技術(shù)內(nèi)容上與該際標(biāo)準(zhǔn)完全一致。GB17625.1規(guī)定了準(zhǔn)備接入公用低壓配電系統(tǒng)中的電氣、電子設(shè)備(每相輸入電流≤16A)可能產(chǎn)生的諧波的限值。只有經(jīng)過試驗(yàn)證實(shí)符合該標(biāo)準(zhǔn)限值要求的設(shè)備才能接入到配電系統(tǒng)中。這樣就可以對低壓電氣及電子產(chǎn)品注入供電系統(tǒng)的總體諧波電流水平加以限制。 該標(biāo)準(zhǔn)對以下四類沒備確定了諧波電流時(shí)發(fā)射限值：A類設(shè)備：平衡的三相設(shè)備以及除B、C和D類外的所有其它設(shè)備；B類設(shè)備：便攜式電動工具；C類設(shè)備：包括調(diào)光裝置的照明設(shè)備：D類設(shè)備：輸入電流具有標(biāo)準(zhǔn)所定義的“特殊波形”，且其有功功率不大于600W的設(shè)備。 該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了試驗(yàn)電路和對試驗(yàn)電源的要求、對測量設(shè)備的要求和試驗(yàn)條件等內(nèi)容。目前，全電磁兼容標(biāo)委會正在組織有關(guān)專家對GB17625.1進(jìn)行修訂，使該標(biāo)準(zhǔn)更加適應(yīng)市場的需求和操作更容易、簡便。 此外，1993年頒發(fā)的家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549-1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》，該標(biāo)準(zhǔn)考慮了不同諧波源疊加計(jì)算的方法，規(guī)定了各級電網(wǎng)電壓諧波總畸變率和用戶注入電網(wǎng)的諧波電流容許值，對限制公用電網(wǎng)中的諧波起到了積極的作用。 認(rèn)真貫徹執(zhí)行有關(guān)家標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于限制諧波的規(guī)定，就能從總體上控制供電系統(tǒng)中的諧波水平，保證供電系統(tǒng)供給優(yōu)質(zhì)的電力質(zhì)量。2、增加換流裝置的相數(shù) 換流裝置是供電系統(tǒng)的主要諧波源之一。理論分析表明，換流裝置在其交流側(cè)與直流側(cè)產(chǎn)生的特征諧波次數(shù)分別為pk±1和pk(p為整流相數(shù)或脈動數(shù)，k為正整數(shù))。當(dāng)脈動數(shù)由p=6增加到p=12時(shí)，可以有效的消除幅值較大的低頻項(xiàng)，(其特征諧波次數(shù)分別為12k±1和12k)，從而大大地降低了諧波電流的有效值。3、增裝動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，提高供電系統(tǒng)承受諧波的能力 在技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析可行的條件下，可以在諧波源處裝設(shè)動態(tài)無功補(bǔ)償裝置：靜止無功補(bǔ)償裝置(SVC-StaticVarCompensator)或更先進(jìn)的靜止同步補(bǔ)償裝置(STATCOMStaticSynchroncusCompensator)，以獲得補(bǔ)償負(fù)荷快速變動的無功需求、改善功率因數(shù)、濾除系統(tǒng)諧波、減少向系統(tǒng)注入諧波電流、穩(wěn)定母線電壓、降低三相電壓不平衡度等，提高供電系統(tǒng)承受諧波的能力。4、加裝濾波裝置(包括無源濾波和有源濾波裝置) 為了減少諧波對供電系統(tǒng)的影響，較根本的思想是從產(chǎn)生諧波的源頭抓起，設(shè)法在諧波源附近防讓諧波電流的產(chǎn)生，從而降低諧波電壓。防止諧波電流危害的方法，一是被動地防御，即在已產(chǎn)生諧波的情況下，采用傳統(tǒng)的無源濾波方法(由一組無源元件：電容器、電抗器和電阻器組成的調(diào)諧濾波裝置)，減輕諧波對電氣設(shè)備的危害。另一種方法是主動的預(yù)防諧波電流的產(chǎn)生，即有源濾波方法。其原理是利用可關(guān)斷電力電子器件產(chǎn)生與負(fù)荷電流中的諧波分量大小相等，相位相反的電流來消除諧波。 總之，一方面要嚴(yán)格限制諧波的發(fā)射水平。另一方面還要設(shè)法提高設(shè)備自身的抗諧波干擾的能力，改善諧波保護(hù)性能，以做到真正意義上的電磁兼容。 五、結(jié)束語 解決供電系統(tǒng)中的諧波問題，必須要供電部門、電力用戶和設(shè)備制造商三方面都以電磁兼容的思想為基本出發(fā)點(diǎn)。一方面，產(chǎn)生諧波的部門和單位要盡量限制諧波的發(fā)射水平；另一方面，供電部門和電力用戶都要想方設(shè)法提高設(shè)備抗御諧波騷擾的能力。只有這樣供、用、造三方面齊心協(xié)力才能搞好治理諧波這項(xiàng)系統(tǒng)工程的工作。#p#分頁標(biāo)題#e#

來源：中電力諧波監(jiān)測及濾波工程技術(shù)網(wǎng)