摘 要：隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，各種新型用電設備越來越多地問世和使用，高次諧波的影響越來越嚴重。電力系統(tǒng)受到諧波污染后，輕則影響系統(tǒng)的運行效率，重則損壞設備以至危害電力系統(tǒng)的安全運行。以前，電力系統(tǒng)考核電能質(zhì)量的主要指標是電壓的幅值和頻率，現(xiàn)在世界各國都把電網(wǎng)電壓正諧波形畸變率極限值作為電能質(zhì)量考核指標之一，正確認識諧波已成為電力工作者的重要任務之一。因此，研究和分析諧波產(chǎn)生的原因、危害和抑制諧波的措施具有重要的實際意義。

關鍵詞：電力系統(tǒng)、諧波、繼電保護、濾波

根據(jù)IEEE 的定義，諧波是指一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍。用T表示為工頻周期，f 為工頻頻率，ω = 2πf 為相應的角頻率。f（ωt）代表以T為周期的信號， 則

f（ωt） = A0 + ∑Cnsin （nωt +φn）

式中 A0 為f（ωt）的直流分量；

C1sin （ωt+ φ1）為基波分量；Cnsin （nωt + φn）為n次諧波分量

1 諧波產(chǎn)生的原因

在供電系統(tǒng)中諧波的發(fā)生主要是由兩大因素造成的：

（1）可控硅整流裝置和調(diào)壓裝置等的廣泛使用，晶閘管在大量家用電器中的普通采用以及各種非線性負荷的增加導致波形畸變。

（2）設備設計思想的改變。過去傾向于采用在額定情況以下工作或裕量較大的設計?，F(xiàn)在為了競爭，對電工設備傾向于采用在臨界情況下的設計。例如有些設計為了節(jié)省材料使磁性材料工作在磁化曲線的深飽和區(qū)段，而在這些區(qū)段內(nèi)運行會導致激磁材料波形嚴重畸變。

2 諧波對電力系統(tǒng)的危害

諧波對電力系統(tǒng)的污染日益嚴重，諧波源的注入使電網(wǎng)諧波電流、諧波電壓增加，其危害波及全網(wǎng)，對各種電氣設備都有不同程度的影響和危害?，F(xiàn)將對具體設備的危害分析如下：

（1）對大型汽輪發(fā)電機來說，若發(fā)生多次諧波振蕩，諧波電流超過額定電流的25%時，由于上述原因可能會導致轉(zhuǎn)子局部過熱而損壞。

（2）架空線路諧波電流產(chǎn)生熱損，較大的高次諧波電流分量能顯著地延緩潛供電流的熄滅，導致單相重合閘失敗。電纜中的諧波電流會產(chǎn)生熱損，使電纜介損、溫升增大。

（3）電力電容器由于諧波電流會引起附加絕緣介質(zhì)損耗，加快電力電容器絕緣老化。系統(tǒng)諧波電壓或電流發(fā)生諧振則引起過電壓和過電流，對電氣設備絕緣損壞。

（4）電子計算機會由于諧波干擾發(fā)生失真；工業(yè)電子設備功能會因其被破壞。

（5）影響供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行：供配電系統(tǒng)中的電力線路與電力變壓器，一般采用電磁繼電器，感應式繼電器或新式微機保護進行檢測保護，在系統(tǒng)中這些屬于敏感元件，繼電器受到高次諧波的影響容易產(chǎn)生誤動作，微機保護由于采用了整流采樣電路，也及易受到諧波的影響導致誤動或拒動，這樣諧波嚴重威脅供電系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全運行。由于不同類型繼電器的設計性能和工作原理不同，諧波的影響程度也不同。感應型繼電器的可動部分慣性較大，動作速度慢，諧波轉(zhuǎn)矩對其影響并不嚴重。但是對于應用積分比相器原理構成的整流型繼電保護裝置（如高頻相差保護和差動保護），當波形出現(xiàn)諧波畸變時，過零檢測易于出錯，從而造成保護不正確動作。微機型繼電保護裝置通過在硬件中采用濾波單元，在軟件中采用數(shù)字濾波技術，可以削弱諧波的影響，但是對于一些采用快速算法的高速保護，諧波的存在仍然會帶來一定的不利影響。

（6）諧波電流在高壓架空線路上的流動除增加線損外，還將對相鄰通訊線路產(chǎn)生干擾影響。

（7）影響電力變壓器的使用：諧波的存在會使電力變壓器的銅損和鐵損增加，直接影響變壓器的使用效率；還會造成變壓器噪聲增加，縮短變壓器的使用壽命。

3 電力系統(tǒng)抑制諧波的措施

為解決電力電子裝置和其他諧波源的諧波污染問題，基本思路有兩條。一條是裝設諧波補償裝置來補償諧波，這對各種諧波源都是適用的。另一條是對電力電子裝置本身進行改造，使其不產(chǎn)生諧波，且功率因數(shù)可控制為1。

電力系統(tǒng)抑制諧波的主要措施有：

（1）在補償電容器回路中串聯(lián)一組電抗器

（2）裝設由電容、電感及電阻組成的單調(diào)諧濾波器和高通濾波器

單調(diào)諧濾波器是針對某個特定次數(shù)的諧波而設計的濾波器，高通濾波器是為了吸收若干較高次諧波的濾波器。應裝設的濾波器類型、組數(shù)及其調(diào)諧頻率（濾波次數(shù)）可由具體計算決定。

（3）增加整流相數(shù)

高次諧波電流與整流相數(shù)密切相關，即相數(shù)增多，高次諧波的最低次數(shù)變高，則諧波電流幅值變小。一般可控硅整流裝置多為6相，為了降低高次諧波電流，可以改用12相或36相。當采用12相整流時，高次諧波電流只約占全電流的1%，危害性大大降低

（4）靜止無功補償裝置近年來獲得了很大發(fā)展，其典型代表是固定電容器+晶閘管控制電抗器（Fixed Capacitor + Thyristor Controlled Reactor，縮寫為FC+TCR）。比SVC更為先進的現(xiàn)代補償裝置是靜止無功發(fā)生器（Static Var Generator，縮寫為SVG）。SVG也是一種電力電子裝置，采用PWM控制，即可使其輸入電流接近正弦波。

4 結論

（1）諧波的發(fā)生影響整個電力系統(tǒng)的環(huán)境，如在通訊中因發(fā)生諧波噪聲使通話質(zhì)量下降，使控制和保護設備發(fā)生誤動作以及使電力裝置與系統(tǒng)過載，給電力系統(tǒng)正常運行造成危害。

（2）諧波的管理通常是制定用戶公共連接點處的電壓諧波含量限制標準，即制定有關標準，采取相應措施，嚴格控制，凈化電力系統(tǒng)環(huán)境。

（3）在測量諧波時必須注意PT與CT的精確度，否則造成誤差很大，用CT末屏分壓測取系統(tǒng)的諧波電壓具有準確、方便的優(yōu)點。在超高壓系統(tǒng)諧波電壓測試中得到推廣運用。

（4）通過采取有效抑制諧波措施，可以改善用戶用電質(zhì)量，同時，能減少諧波對電網(wǎng)的沖擊，有效治理諧波污染，在節(jié)能減排過程中，能取得相當?shù)纳鐣б妗?/p>

參考文獻：

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作者簡介：

姓名：王海山（1983.11--）；性別：男，籍貫：山東省青島市，學歷：本科，畢業(yè)于鄭州大學；在讀研究生，就讀于山東科技大學）；現(xiàn)有職稱：中級工程師；研究方向：電力工程技術管理；