谐波的危害和国家相关标准
1 谐波的危害性
1.1 谐波产生的原因
谐波是怎样产生的?在理想纯净的电力系统中，电流和电压都是纯正弦波。实际上，当电流流过与所加电压不呈线性关系的负载时，就形成非正弦电流。在只含线性元件(电感、电容及电阻)的简单电路里，流过的电流与所加电压成正比，所以如果所加的电压是正弦的话，流过的电流就是正弦的。应指明，在有无功元件的场合，在电压和电流的相位有一个相对移动时，功率因数变低了，但线路仍是线性的。
任何周期性波形可分为一个基频正弦加上许多谐波频率的正弦。谐波频率是基频的整倍数。例如，基频为50Hz时，二次谐波为IOOHz，而三次谐波则为150Hz。
1.2 谐波造成的危害
理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电压阀值。谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，它使电器设备所处的环境恶化，也对周围的通信系统和公用电网以外的设备带来危害。在电力电子设备广泛应用之前，人们对谐波及其危害就进行过一些研究，并有一定认识，但那时谐波污染还不严重，没有引起足够重识。近三四十年来，各种电力电子装置的迅速普及使得公用电网的谐波污染日趋严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生，谐波危害的严重性才引起人们高度关注。谐波对公用电网和其它系统的危害大致有以下几个方面：
(1)：谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。(2)：谐波影响各种电器设备的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏。对旋转电机(发电机和电动机)产生附加功率损耗、产生脉动转矩和噪声。此外，由整流器供电的电动机可引起明显的电压畸变。对异步电动机，转子过热是电压畸变带来的主要问题，谐波损失也取决于电动机特性，电动机的漏抗随谐波频率呈线性增加。脉动转矩是由空气间隙磁束(主要基波分量)和转子谐波电流磁束之间的相互作用而产生。传统设计的定速感应电动机其转速大约比第一临界转速高30%-40%。对可调速电动机则应分析其机械频振速度以避免由于脉动转矩放大而造成损坏。
负荷电流中的谐波在变压器中造成的损耗产生附加发热，降低了其负荷能力，其他如变压器电感与系统电容之间，可能在谐波频率时，发生谐振和温度周期变化，引起机械绝缘应力及铁心振动，产生附加损耗使变压器降低了带负荷能力。(3)：谐波会引起公用电网中局部并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，就使(1)和(2)中的危害大大增加，甚至引起严重事故。谐波电流在导线上的发热比均方根电流造成的预期发热为高。这是由于集肤效应和邻近效应造成的。集肤效应是由于导线内部被外部各层所屏蔽，电流集中于外部，导线的电阻增加并随频率和导线的直径而增加。邻近效应是由于导线磁场使邻近导线内的电流分布畸变。例如对5次谐波电流，在邻近4/OAWC导线的交流和直流电阻之比为1.33。
三相四线制的配电网向单相负荷供电时，在中性导线上会造成不正常的高电流(3
次谐波电流)，整流器中性电流可达相电流的1.7倍并造成中性线的过负荷。(4)：谐波会导致继电保护和自动控制装置产生干扰和造成误动作或拒动。尤其是一些衰减时间较长的暂态过程，如变压器合匝涌流中的谐波分量，由于其幅值大、谐波含量也很大，更容易引起继电保护的误动作。我国电力系统，曾发生过电气化铁道负荷造成的负荷电流畸变和不对称，使某电厂一台20万KW机组的保护跳闸和某系统中的220KV线路保护跳闸，造成大面积停电的严重事故。110KV 供电线路因电铁谐波和负序影响跳闸和误指示的情况则更频繁发生。
(5)：谐波会使电器仪表测量不准确。现代指示均方根值的电压表和电流表相对地不受波形畸变的影响。受谐波影响较大的计量电能的感应型电能表，其误差与由于频率特性和非线性度造成的误差有关。IEEE工作组报告中指出，电压和电流都畸变时，在60HZ正弦波载波试验中，当点弧角为90度时，其记录误差可能高达-20%。如电压波形不畸变而负荷电流为正弦波载波，则当点弧角为90度时，为+5%记录误差。在高度非正弦的情况下，应避免使用感应型电能表。除电表本身产生误差外，谐波负荷从系统中吸收基波功率而向系统送出谐波功率。这样，受谐波影响的用户既从系统吸收基波功率又从谐波源吸收无用的谐波功率，其后果
是谐波源负荷用户少付电费而受害的用户反要多付电费。
(6)：谐波会对邻近的通讯系统产生干扰，轻者产生噪音，降低通讯质量；重者导致信息丢失，使通讯系统无法正常工作。
2 电能质量国家标准及相关规定
1994年我国颁布了《电能质量公用电网谐波》（GB/T 14549-93）的国家标准，对各级公用电网的谐波电压和用户注入电网的谐波电流允许值均作出了明确的规定。原电力工业部于1998年颁布了《电网电能质量技术监督管理的规定》，其中第五条指出：“因电网或用户用电原因引起的电能质量不符合国家标准时，按‘谁干扰，谁污染，谁治理’的原则及时处理，并贯穿于电网及用电设施设计、建设和生产的全过程。”《供电营业规则》第五十五条为“电网公共连接点电压正弦波畸变率和用户注入电网的谐波电流不得超过国家标准GB/T14549－93的规定。用户的非线性阻抗性的用电设备接入电网运行的注入的谐波电流和引起公共连接点电压正弦波畸变率超过标准时，用户必须采取措施予以消除。否则，供电企业可中止对其供电。”《电网运行准则》5.2.6“谐波含量”条款中明确要求“在计划停电和故障停电条件下（除非发生异常工况）输电系统谐波应满足GB/T14549《电能质量公用电网谐波》和《电力系统谐波管理暂行规定》的要求。” 根据国标《电能质量：公用电网谐波》（GB/T 14549-93）的要求，公用电网各电压等级母线谐波电压（相电压）限值如表1所示。
表1 公用电网谐波电压（相电压）限值
电网标称电压
kV电压总谐波畸变率
%各次谐波电压畸变率，%
奇次偶次
0.385.04.02.0
10（6）4.03.21.6
353.02.41.2
110（220）2.01.60.8
