电力系统中谐波的危害与产生

电网谐波造成电网污染，正弦电压波形畸变，使电力系统的发供用电装备泛起许多异常现象和故障，情况日益严重。本文周全论述了电力系统中谐波的风险及发生情况，希看能引发我们的高度重视。

谐波的风险电力系统中谐波的风险是多方面的，归纳综合起来有以下几个方面：

1.对供配电线路的风险

（1）影响线路的稳定运行

供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测庇护，使得在故障情况下保证线路与装备的平安。但由于电磁式继电器与感应式继电器对10以下含量高达40时又致使继电庇护误动作，因而在谐波影响下不能周全有用地起到庇护作用。晶体管继电器虽然具有许多优点，但由于采用了整流取样电路，轻易受谐波影响，发生误动或拒动。这样，谐波将严重威胁供配电系统的稳定与平安运行。

（2）影响电网的质量

电力系统中的谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变。如平易近用配电系统中的中性线，由于荧光灯、调光灯、计较机等负载，会发生年夜量的奇次谐波，其中3次谐波的含量较多，可达40；三相配电线路中，相线上的3的整数倍谐波在中性线上会叠加，使中性线的电流值可能跨越相线上的电流。另外，不异频率的谐波电压与谐波电流要发生同次谐波的有功功率与无功功率，从而下降电网电压，浪费电网的容量。

2.对电力装备的风险

对电力电容器的风险

当电网存在谐波时，投进电容器后其端电压增年夜，经由过程电容器的电流增加得更年夜，使电容器消耗功率增加。对于膜纸复合介质电容器，虽然答理有谐波时的消耗功率为无谐波时消耗功率的1.38倍;对于全膜电容器答理有谐波时的消耗功率为无谐波时的1.43倍，但假设谐波含量较高，超越电容器答理条件，就会使电容器过电流和过负荷，消耗功率跨越上述值，使电容器异常发烧，在电场和温度的作用下尽缘介质会加速老化。尤其是电容器投进在电压已畸变的电网中时，还可能使电网的谐波加重，即发生谐波扩年夜现象。另外，谐波的存在往往使电压显现尖顶波形，尖顶电压波易在介质中诱发局部放电，且由于电压变化率年夜，局部放电强度年夜，对尽缘介质更能起到加速老化的作用，从而缩短电容器的使用寿命。一般来说，电压每升高10，电容器的寿命就要缩短1/2左右。再者，在谐波严重的情况下，还会使电容器鼓肚、击穿或爆炸。

对电力变压器的风险

谐波使变压器的铜耗增年夜，其中包括电阻消耗、导体中的涡流消耗与导体外部因漏磁通引发的杂散消耗都要增加。谐波还使变压器的铁耗增年夜，这主要浮现在铁心中的磁滞消耗增加，谐波使电压的波形变得越差，则磁滞消耗越年夜。同时由于以上两方面的消耗增加，是以要削减变压器的现实使用容量，或说在选择变压器额定容量时需要斟酌留出电网中的谐波含量。除此之外，谐波还致使变压器噪声增年夜，变压器的振动噪声主要是由于铁心的磁致伸缩引发的，随着谐波次数的增加，振动频率在1KHZ左右的成份使混杂噪声增加，有时还发出金属声。

对电力电缆的风险

由于谐波次数高频率上升，再加上电缆导体截面积越年夜趋肤效应越较着，从而致使导体的交流电阻增年夜，使得电缆的答理经由过程电流减小。另外，电缆的电阻、系统母线侧及线路感抗与系统串联，提高功率因数用的电容器及线路的容抗与系统并联，在一定数值的电感与电容下可能发生谐振。

对用电装备的风险

对电念头的风险

谐波对异步电念头的影响，主要是增加电念头的附加消耗，下降效率，严重时使电念头过热。尤其是负序谐波在电念头中发生负序旋转磁场，形成与电念头旋转标的目的相反的转矩，起制动作用，从而削减电念头的出力。另外电念头中的谐波电流，当频率接近某零件的固有频率时还会使电念头发生气械振动，发出很年夜的噪声。

对低压开关装备的风险

对于配电用断路器来说，全电磁型的断路器易受谐波电流的影响使铁耗增年夜而发烧，同时由于对电磁铁的影响与涡流影响使脱扣坚苦，且谐波次数越高影响越年夜；热磁型的断路器，由于导体的集肤次应与铁耗增加而引发发烧，使得额定电流下降与脱扣电流下降；电子型的断路器，谐波也要使其额定电流下降，尤其是检测峰值的电子断路器，额定电流下降得更多。由此可知，上述三种配电断路器都可能因谐波发生误动作。

对于漏电断路器来说，由于谐波汇漏电流的作用，可能使断路器异常发烧，泛起误动作或不动作。对于电磁接角器来说，谐波电流使磁体部件温升增年夜，影响接点，线圈温度升高使额定电流下降。对于热继电器来说，因受谐波电流的影响也要使额定电流下降。在工作中它们都有可能造成误动作。

对弱电系统装备的干扰

对于计较机网络、通讯、有线电视、报警与楼宇自动化等弱电装备，电力系统中的谐波经由过程电磁感应、静电感应与传导方式耦合到这些系统中，发生干扰。其中电感应与静电感应的耦合强度与干扰频率成正比，传导则经由过程公共接地耦合，有年夜量不服衡电流流进接地极，从而干扰弱电系统。

影响电力丈量的准确性

今朝采用的电力丈量仪表中有磁电型和感应型，它们受谐波的影响较年夜。非凡是电能表（多采用感应型），当谐波较年夜时将发生计量紊乱，丈量不准确。

谐波对人体有影响

从人体心理学来说，人体细胞在遭到刺激兴奋时，会在细胞膜静息电位根蒂根基上发生快速电波动或可逆翻转，其频率假设与谐波频率相接近，电网谐波的电磁辐射就会直接影响人的脑磁场与心磁场。

谐波的发生

总而言之，电网谐波来自于3个方面：一是发电源质量不高发生谐波；二是输配电系统发生谐波；三是用电装备发生的谐波。其中用电装备发生的谐波多。

发机电由于三相绕组在建造上很难做到尽对对称，铁心也很难做到尽对平均一致和其他一些缘由，发电源几多也会发生一些谐波，但一般来说很少。输配电系统中主要是电力变压器发生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时斟酌经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的年夜小与磁路的结构形式、铁心的饱和水平有关。铁心的饱和水平越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越年夜，其中3次谐波电流可达额定电流的0.5。

在用电装备中，下面一些装备都能发生谐波。

晶闸管整流装备。由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装配、开关电源等许多方面获得了越来越普遍的运用，给电网造成了年夜量的谐波。我们知道，晶闸管整流装配采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另外一部门缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另外一部门缺角的正弦波，显然在留下部门中含有年夜量的谐波。假设整流装配为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的30；接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增年夜而增年夜。假设整流装配为三相全控桥6脉整流器，变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流；假设是12脉冲整流器，也还有11次及以上奇次谐波电流。经统计讲明：由整流装配发生的谐波占所有谐波的近40，这是年夜的谐波源。

变频装配。变频装配经常使用于风机、水泵、电梯等装备中，由于采用了相位控制，谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装配的功率一般较年夜，随着变频调速的成长，对电网酿成的谐波也越来越多。

电弧炉、电石炉。由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到凹凸不服的炉料，使得燃烧不稳定，引发三相负荷不服衡，发生谐波电流，经变压器的三角形毗连线圈而注进电网。其中主要是27次的谐波，平都可达基波的820，年夜可达45。

气体放电类电光源。荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。分析与丈量这类电光源的伏安特征，可知其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特征，它们会给电网造成奇次谐波电流。

家用电器。电视机、录像机、计较机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装配，会发生较深的奇次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的装备中，因不服衡电流的变化也能使波形改变。这些家用电器虽然功率较小，但数目庞大，也是谐波的主要来历。