谐波危害的详细分析
一、对输电线路的影响
谐波对电晕起始和熄灭的影响是峰一峰电压的函数。峰值电压与
谐波和基波的相角关系有关，所以即使有效值电压在限值以内而峰值
电压高出额定值也是可能的。因此，在输电线路的设计中要适当考虑
这一影响，以降低事故的可能性。
超高压长距离输电线路，常采用单相自动重合闸来提高电力系
统稳定性。较大的高次谐波电流(几十安培以上)能显着地延缓潜供电
流的熄灭，导致单相重合闸失败或不能采用较小的自动重合闸时间，不利于系统稳定运行。
在电缆输电的情况下，谐波电压以正比于其幅值电压的形式增加
了介质的电场强度。这一影响增大了局部放电、介损和温升，缩短了
电缆的使用寿命，增加了事故次数。电缆的额定电压等级越高，谐波
引起的上述危害也越大。
谐波电流流过导体表面时会产生集肤效应和邻近效应。集肤效应
是指导体中有交流电流流过或者处于交变电磁场中，由于电磁感应使
电流或磁通在导体中分布不均匀，越接近表面处电流密度或者磁通密
度越大的现象。电流频率越高，导体的电导率和磁导率越大，趋肤厚
度就越小，这时只要导体的截面积稍大，集肤效应就会相当严重，使
导体的电阻增大。
互靠近的导体中流过交流电流时，每一个导体不仅处于自身电流
产生的磁场中，同时还处于其他导体产生的磁场中，这时各个导体中
电流的分布和它单独存在时不一样，会受到邻近导体的影响，这种现
象叫做邻近效应。电流频率愈高，导体靠得愈近，邻近效应愈显着。邻近效应和集肤效应是共存的，它会使导体中电流的分布更加不均匀，使导体的电阻更加增大。
以上两种现象都会使线路或设备产生更多的附加发热，从而影响
绝缘寿命。除此之外，由于谐波电流会产生较高频率的电场，这种情
况下绝缘的局部放电加剧，介质损耗显着增加，致使温升增加，也会
影响绝缘寿命。
电流流过导体，其热效应会引起导体发热，其大小由下面的公式
决定：
I为线路电流的有效值，用下式表示：
式中：THDi－谐波电流的畸变率；
2I 、3I 、…n I －2、3…n 谐波电流有效值； 1I －基波电流。
可以看出，没有谐波电流时，电流的有效值就是基波电流的大小，但是当谐波畸变率达到100%时，电流的有效值则比基波电流增大将近50%。
ac R 是导体的交流电阻，用下式表示：
式中：c k －交流电阻和直流电阻的比值，也叫附加损耗系数；
se k －集肤效应引起的电阻增大系数；
pe k －邻近效应引起的电阻增大系数； dc R －导体的直流电阻。
从式可以看出影响线路损耗的因素有两个：电流和电阻，它们同时又分别受其他因素制约。电流的大小主要由负载情况决定，电阻则受电流频率、导体材质和尺寸的影响。
一般情况下，由于谐波含量很低，可以忽略高频信号的影响，认为c k 等于0。但是当谐波畸变率高时，高频信号的影响就必须考虑了。前面已经提到，电流频率越高，集肤效应和邻近效应就越明显，c k 也越大。
线路损耗的增加必然导致线路温度的升高，导线外面包有绝缘层和保护层，温度的分析较为复杂，这里通过分析裸导体实现导线温度的定性判断。对于裸导体，流过一定电流时，其稳定温升有下面的公式：
式中：I －流过导体的电流； ac R －导体的交流电阻；
－导体的总换热系数；F －导体的换热面积。
从式中可以看出，对于具体的电线电缆来说，如果假定两种情况下流过电流的有效值相同，那么稳定温升的差异只取决于电阻的大小。 对于电缆和电线来说，由于有厚厚的绝缘层和保护层，热交换的效率必然没有裸导体高，因此流过相同电流时，稳定温升要高一些，谐波电流引起的温升增加量相应也要增大。温度升高会加速电缆线的老化，减短电缆的寿命，严重情况可能会致使相线与中线火地之间发
生短路引发火灾，甚至发生爆炸事故。据统计，2000年中国火灾中因电气原因引发的火灾为31933起，占中国火灾总数的%，其中电缆老化引起的火灾占整个电气火灾的50%以上，造成了巨大的财产损失。 在化学反应动力学中,由反应速率方程及Amhenius 方程,可知高分子材料的热老化方程为：
式中: τ、T －分别表示材料的寿命(h)和老化温度(K);
a －与规定失效性能相关的常数;
b －×E/R)是与活化能E 有关的常数,R 是气体常数
J ·mol-1·K-1)。 根据资料记载，对于丁苯橡胶热5346b =；对于阻燃电缆5394b =；
对于聚氯乙烯电缆5807b =。
假设温度为1T 时的老化寿命为1τ，2T 时的老化寿命为2τ，则对于丁苯橡胶：
对于阻燃电缆： 对于聚氯乙烯电缆：
假设温度为500时三种材料的老化寿命都为20年，那么每升高10，电缆的寿命如下表，表中的数据表示老化寿命，单位为年：
表A 电缆温度与老化寿命对应表
由表中的数据可以看出，三种材料的电缆，随着温度的升高，老化寿命急剧下降，当平均温度升高10℃后，老化寿命仅为正常工作温度下寿命的1/4。
二、 对变压器的影响
谐波电压的存在增加了变压器磁滞损耗、涡流损耗以及绝缘的电场强度，谐波电流的存在增加了铜损。对带有非对称性负荷的变压器而言，若负荷电流含有直流分量，引起变压器磁路饱和，会大大增加励磁电流的谐波分量，它的幅值几乎与直流电流成正比，对于较低次的谐波，这种线性关系更为明显。
谐波电流在变压器中造成的附加损耗可用下式估算：
式中 h I －通过变压器的h 次谐波电流；
T R －变压器工频等值电阻； hT K －由于 谐波的集肤效应和邻近效应使电阻增加的系数，当
h 为5、7、11和13时，hT K 可分别取、
、和。 对于普通变压器，特别重要的影响是3次及其倍数次零序谐波，这些谐波在三角形连接的绕组中形成换流。除非设计时已经考虑到这些问题，否则这些换流将使变压器绕组过热。
对于供给不对称负荷的变压器，还有一个重要问题应当考虑到，即如果负荷电流中含有直流分量，则它将使变压器磁路的饱和度提高，从而使交流励磁电流的谐波分量大大增加。
对电力变压器内△接法的绕组而言，虽然该接法为三次倍数的谐波电流提供了一个通路，但却增加了绕组内的环流。除非在设计时另有考虑，这一额外的环流可能使绕组电流超过额定值。
变压器副边输出谐波电压使输电线路热损耗增加，绝缘老化，寿命缩短；据有关部门试验，相同的电缆铺设条件，若通过一般的工频电流，其使用寿命为25年，而含有高次谐波的非正弦电流，其使用寿命只有9年。
三、 对无功补偿电容器的影响
电力谐波和电容器之间的作用是相互的，它不仅在电容器中产生额外的电力损耗，而且可能与电容器一起产生串联或并联谐振。
谐波电压在电容器中产生额外的电力损耗： 式中 c —电容；tg δ—介质损耗系数；
n ω—n 次谐波的角频率； n U —n 次谐波电压有效值。
当同一母线上接有电容器和谐波源时，设电源为纯感性的，当下式成立时就会发生并联谐振。
式中 f —基波频率； n f —谐振频率；
S S —系统短路容量； C S —电容器容量。
因在高频电路中电容阻抗较小故可略去负荷电阻。在此条件下，当下式成立时就会发生串联谐振。
式中 t S —变压器容量; t Z —变压器阻抗标幺值
L S —负荷容量; c S —电容器容量
在电容器的作用下，谐波电流可以被放大2～5倍，而在谐振时可达30倍以上。谐振引起的过电压和过电流会大大增加电容器的损耗和过热，这往往导致电容器的损坏。
四、 对继电保护装置的影响
谐波对继电保护的影响主要表现为使继电器动作特性畸变或效果降低，其后果常是保护装置的拒动或误动，并且由于不同类型继电器的设计和工作原理不用，谐波的影响程度也不尽相同。
1、谐波对电磁型继电器的影响
谐波对各种形式的继电器和保护装置均有不同程度的影响。对于当前推广使用的微机保护来说，由于广泛采用先进的数字滤波电路和数值算法，得到的波形基本上是滤去各主要高次谐波的正弦波，可以认为谐波不能对其动作特性构成影响。然而对目前仍广泛使用的电磁式继电器来说，谐波的威胁是存在的。
常规的电磁型电流继电器的电磁动作转矩为：
式中 F —电磁力; p L —动片与支点的力臂长度
—磁通; I —流入线圈的电流有效值
2W —线圈匝数; m R —磁通Φ所经过磁路的磁阻
由式可得电磁动作转矩与线圈电流有效值的平方成正比。实验证明，该型继电器线圈无论通入基波还是通入2～7次单频谐波，只要有效值相同，继电器都会动作。按基波整定的电磁型继电器在谐波的作用下可能误动。虽然，电磁型继电器动作速度慢，定值容许误差较大，在谐波含量小于10%时可认为谐波影响不是主要问题，然而在某些情况下，谐波的含量会大大超过这一允许值。
例如变压器空载合闸时，由于断路器三相不同期，三相励磁涌流极不平衡，在同一母线上并列运行的所有变压器零序回路中引起零序涌流，其波形中含有很大的谐波分量，其二次谐波分量有时甚至大于基波分量。这时，虽然其基波电流尚未达到继电器的起动值，但各次谐波综合的有效值已超过整定值，使电磁型继电器起动。由于整个衰减过程达10s 以上，超过零序保护动作时间，可使该母线上运行中的投入零序保护的变压器同时误跳。
2、谐波对感应型继电器的影响
感应型继电器的可动部分惯性较大，动作速度慢，谐波转拒对其影响并不严重。这种继电器中的圆盘或圆筒在磁场的作用下都将产生感应电流，该电流和空间中另一磁场相互作用产生电磁转拒，推动圆
盘和圆筒。经验证，随着输入电流的频率由50Hz增加到250Hz时，
继电器的起动灵敏度将降低，这是由于畸变电流中谐波分量在继电器
磁盘上产生了附加转矩所致。由畸变电流产生作用在继电器磁盘上的
转矩等于该电流中基波分量和各次谐波分量产生的转矩总和，其中3次谐波和5次谐波电流产生的转矩对继电器的灵敏度影响比较大。谐
波电流分量产生的转矩可正可负，因而继电器可能产生误动也可能产
生拒动，其后果由各同次频率谐波间的相位差以及谐波分量的有效值
确定。
3、谐波对整流型继电器的影响
整流型继电器的主要特点是将输入交流量进行整流，或者将几个
输入交流量组合后进行整流，继电器的动作特性取决于整流后的电压
信号(电流信号)及其动作判据，以两个电气量的环形整流比相器回路
构成的方向阻抗继电器为例进行分析。当电流回路中含有谐波分量时，其动作特性不在是一个圆，而是呈现未一个不规则的封闭曲线由许多
凹凸不平点。基本上每隔2π/n时有凹点(或凸点)出现，而且谐波含
量越大，凹凸越厉害。主要是因为在电流回路通入含有谐波分量电流时，环形整流比相器输出的交流分量增大，从而造成继电器动作特性
损坏不光滑。在某些情况下，如输出线路发生接地短路时，由于电流
中谐波分量较大，导致整流型保护装置拒动。
4、谐波对静态型继电器的影响
静态保护所采用的继电器包括通称的静态继电器和固态继电器，
主要由无机械运动的电子器件构成。由于在抗干扰和消除谐波影响方
面具有较好的有效性，静态保护已日益收到人们的关注。按相位比较
原理构成的继电器，被比较的两个交流电量可用积分比相器或微分比
相器来实现。由于谐波分量的存在两种比相器均受影响。对于积分式
比相器，各半波积分比相器比较的分别是正半周或负半周极性相同的
时间。当被比较的两个电量中任意一个含有谐波分量时，其方波被切
成碎片，导致积分电压达不到使其后面的触发器翻转所需要的电压值，从而造成保护拒动；对于微分式比较器，它把两个交流量都变成方波，再将其中一个方波通过微分电路产生脉冲去与另一个交流量的方波
进行比较，则因谐波的存在而出现多个不应有的微分脉冲，引起交流
量过零点的机会增多，可能造成保护装置误动作。例如再相差保护中
短路时产生的直流分量与高次谐波分量叠加的结果，使半波比相器有
输出，从而导致保护误动。
五、对电能表的影响
目前，计量中主要采用静电感应式电能表。它是按工频(基波50Hz)纯正弦交流额定工况设计制造的。存在电力谐波时，基波电流和谐波电流都会在电能表转盘上产生涡流，电能表转速所反映的功率是基波和各次谐波共同作用下产生的，即：
式中 W P —电能表计量的功率; 1K —基波的转矩系数
1P —基波功率; n k —n 次谐波的转矩系数。
通常，1K ≈1，n k ＜1，电力谐波的次数越高，幅值越小，n k 越小，在转盘上产生的转矩也越小。一般情况下，谐波所产生的电度量可以忽略不计，但当用户中有较大的谐波源时，计量点的电压电流畸变较大，总电度量中将含有较多高次谐波所产生的电量，这时电度表已不能真实地反映用户的耗电情况。
使用这种电度表计量电能时，将遇到以下几种情况：
(1)畸变波电源供线性负荷。这时电度表记录的是基波电能及部分谐波电能，后者将影响用户用电设备的性能，因此用户不但多交电费而且受到损失。
(2)正弦波电源供非线性负荷。用户产生的谐波功率及电能将有一部分倒流入电源及其它用户，此时电度表记录的是基波电能并扣除一小部分的谐波电能。该用户不但是电网的污染源，还要少交电费，这对供电部门和其它用户是不公平的。
(3)畸变波电源供非线性负荷。这种情况下不同谐波电能的流向，可能有流入负荷的，也有倒流回电网的，应根据具体情况进行分析。
谐波干扰问题分析与谐波治理方法建议 一、存在的谐波干扰问题介绍 某科技发展有限公司主要从事先进陶瓷材料相关技术、产品和系统的研发，涉及生物医学材料、新能源材料、电子信息材料、化工陶瓷材料、以及多功能结构陶瓷材料等领域。 该公司目前新安装的300KW中频烧结炉，可控硅控制功率加热，出现功率因数低0.3-0.5，谐波大，造成共用的容量1250Kvar供电变压器配置的容量为600Kvar无功补偿电容装置产生过热保护无法正常投切运行等问题。 二、谐波干扰状况分析 随着我国制造业的蓬勃发展和人民生活水平的不断提高，电力电子技术在电网设备中得到广泛应用，大量的非线性负荷广泛应用在工业、商业和民用电网中，给电网造成的污染问题越来越得到重视。如在一般工业领域使用的中频炉、变频器、软启动器、电弧炉、轧机、电解槽、电镀槽等负荷，商业和民用领域如节能灯、气体灯具、变频空调、电脑、冰箱等，都产生大量的谐波，尤其是近几年在我国节能技术产业的发展过程中出现了各种类型的专用节电装置，这些节电装置采用的均是电力电子控制技术如变频控制和可控硅调压原理，属典型的谐波源，大量使用导致谐波的产生，轻者影响供电质量使制造工艺较为精细的产品质量受到影响，或者由于在节电过程中使用的节电器具产生的谐波导致谐振，而使无功得不到满意补偿甚至不补偿影响节电效果，重者导致电气设备长期发热，降低使用寿命甚至损坏、火灾，危害电网安全。 为了便于对北京某科技发展有限公司新安装使用的中频烧结炉产生谐波危害进行分析，特地借鉴下列两组关联数据
用以推断可能产生谐波的含量。 借鉴测试数据一：2014年5月9日浙江某公司新安装使用的中频烧结炉的现场测试数据显示，该中频烧结炉运行时电源进线上基波电流在17-391A有功功率在7.8-118.5KW,谐波电压总畸变率5.7-6.3%，谐波电流总畸变率42-72.9%,功率因数在0.33-0.64范围内波动。 借鉴测试数据二：2014年6月22日领步公司应邀对某新型材料（江苏）有限公司生产线300KW中频烧结炉的谐波测试数据如下：运行电流在250A时谐波参数，谐波电压总畸变率4.4%，谐波电流总畸变率29.9%；运行电流在365A时谐波参数，谐波电压总畸变率6.7%，谐波电流总畸变率30.1% 运行电流 在250A时 谐波参数
1、高次谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变，另外相同频率的谐波电压和 谐波电流要产生同次谐波的有功功率和无功功率，从而降低电网电压，增加线路损耗，浪费电网容量， 2、影响供电系统的无功补偿设备，谐波注入电网时容易造成变电站高压电容过 电流和过负荷，在谐波场合下，电容柜无法正常投切，更严重的请况下，电容柜会将电网谐波进一步放大。 3、影响设备的稳定性，尤其是对继电保护装置，危害特大。 4、谐波的存在会造成异步电动机效率下降，噪声增大；使低压开关设备产生误 动作；对工业企业自动化的正常通讯造成干扰，影响电力电子计量设备的准确性。 5、谐波的存在会使电力变压器的铜损和铁损增加，直接影响变压器的使用容量和使用效率；还会造成变压器噪声增加，缩短变压器的使用寿命。 谐波对公用电网和其他系统的危害大致有以下几个方面： 1、加大企业的电力运行成本 由于谐波不经治理是无法自然消除的，因此大量谐波电压电流在电网中游荡并积累叠加导致线路损耗增加、电力设备过热，从而加大了电力运行成本，增加了电费的支出。 2、降低了供电的可靠性 谐波电压在许多情况下能使正弦波变得更尖，不仅导致变压器、电容器等电气设备的磁滞及涡流损耗增加，而且使绝缘材料承受的电应力增大。谐波电流能使变压器的铜耗增加，所以变压器在严重的谐波负荷下将产生局部过热，噪声增大，从而加速绝缘老化，大大缩短了变压器、电动机的使用寿命，降低供电可靠性，极有可能在生产过程中造成断电的严重后果。 3、引发供电事故的发生 电网中含有大量的谐波源(变频或整流设备)以及电力电容器、变压器、电缆、电动机等负荷，这些电气设备处于经常的变动之中，极易构成串联或并联的谐振条件。当电网参数配合不利时，在一定的频率下，形成谐波振荡，产生过电压或过电流，危及电力系统的安全运行，如不加以治理极易引发输配电事故的发生。
谐波的危害及其抑制措施 中国联通苏州分公司 柳振伟 摘要：本文对谐波的概念及产生原理、谐波产生的问题作了较为详细的描述，并对目前解决谐波问题的措施作了分析。 关键词：交频器；谐波危害；抑制谐波措施 一、概述 理想状态下，优质的电力供应应该提供具有正弦波形的电压。但在实际中供电电压的波形会由于某些原因而偏离正弦波形，即产生谐波。我们所说的供电系统中的谐波是指一些频率为基波频率(在我国工业用电频率以50Hz 为基波频率)整数倍的正弦波分量，又称为高次谐波。在供电系统中，产生谐波的根本原因是由于给具有非线性阻抗特性的电气设备(又称为非线性负荷)供电的结果。这些非线性负荷在工作时向电源反馈高次谐波，导致供电系统的电压、电流波形畸变，使电力质量变坏。因此，谐波是电力质量的重要指标之一。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。谐波频率是基频率波的整倍数，根据法国数学家傅立叶(M．Fourier)分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。谐波可以I 区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、4，6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz 时，2次谐波为lOOHz，3次谐波则是150Hz。一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。对于三相整流负载，出现的谐波电流是6n±1次谐波，例如5、7，11、13、17、19等，变频器主要产生5、7次谐波。一个正弦波在5次谐波和7次谐波的影响下怎样发生畸变。（相对于基波的24%和9%），如下图所示。 图1 基波和谐波 图2 失真波形 谐波的危害表现为引起电气没备(电机、变压器和电容器等)附加损耗和发热，使同步发电机的额定输出功率降低，转矩降低，变压器温度升高，效率降低，绝缘加速老化，缩短使用寿命，甚至损坏，从而降低继电保护、控制、以及检测装
谐波分析 一、谐波的相关概述 谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般来说是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量，其实谐波是一个正弦波分量。 谐波产生的根本原因是非线性负载造成电网中的谐波污染、三相电压的不对称性。由于非线性负荷的存在,使得电力系统中的供电电压即便是正弦波形,其电流波形也将偏离正弦波形而发生畸变。当非正弦波形的电流在供电系统中传输时,将迫使沿途电压下降,其电压波形也将受其影响而产生不同程度的畸变,这种电能质量的下降会给电力系统和用电设备带来严重的危害。 电力系统中的谐波源主要有以下几类：（1）电源自身产生的谐波。因为发电机制造的问题，使得电枢表面的磁感应强度分布偏离正弦波，所产生的电流偏离正弦电流。（2）非线性负载，如各种变流器、整流设备、PWM变频器、交直流换流设备等电力电子设备。（3）非线性设备的谐波源，如交流电弧炉、日光灯、铁磁谐振设备和变压器等。 二、谐波的危害 谐波对电力系统的危害主要表现在:(1)谐波使公用电网中的元件产生附加的谐波损耗,降低发电、输电及用电设备的效率。(2)谐波影响各种电气设备的正常工作。(3)谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振,从而使谐波放大,引发严重事故。(4)谐波会导致继电保护和自动装置误动作,并使电气测量仪表计量不准确。(5)谐波对临近的通信系统产生干扰,轻则产生噪声,降低通信质量;重则导致信息丢失,使通信系统无法正常工作。 三、谐波的分析 由于谐波导致的各种各样的事故和故障的几率一直在升高，谐波已成为电力系统的一大公害。我国对于谐波相关工作的研究大致起源于20世纪80年代。我国国家技术监督局于93年颁布了国家标准《电能质量——公用电网谐波》（GB/T 14549-1993）。该标准对公用电网中各个等级的电压的限用值、电流的允许值等都做了相应的规定，并以附录的形式给出了测量谐波的方法和数据处理及测量仪器都作了相应的规定。这个规定给我国相关人员进行谐波检测分析、谐波污染的抑制提供了理论依据和大致思路。
谐波的危害及其治理研究李文焕 发表时间：2018-04-09T16:49:14.143Z 来源：《基层建设》2017年第36期作者：李文焕 [导读] 摘要：电能质量的好坏，直接影响到工业产品的质量，评价电能质量有三方面标准。首先是电压方面，它包含电压的波动、电压的偏移、电压的闪变等；其次是频率波动；最后是电压的波形质量，即三相电压波形的对称性和正弦波的畸变率，也就是谐波所占的比重。 神华宁夏煤业集团有限责任公司煤制油分公司宁夏回族自治区 750411 摘要：电能质量的好坏，直接影响到工业产品的质量，评价电能质量有三方面标准。首先是电压方面，它包含电压的波动、电压的偏移、电压的闪变等；其次是频率波动；最后是电压的波形质量，即三相电压波形的对称性和正弦波的畸变率，也就是谐波所占的比重。我国对电能质量的三方面都有明确的标准和规范。本文重点分析谐波的来源、谐波的现状、谐波的危害，最终提出消除谐波的方法。 关键词：电网；电能质量；谐波治理；电压 引言 随着科学技术的发展，随着工业生产水平和人民生活水平的提高，非线性用电设备在电网中大量投运，造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。它不仅增加了电网的供电损耗，而且干扰电网的保护装置与自动化装置的正常运行，造成了这些装置的误动与拒动，直接威胁电网的安全运行。因此我们对非线性用电设备产生的谐波必须进行治理，使谐波分量不超过国家标准。 一、电力系统中谐波的来源 电力系统中的谐波来自电气设备，也就是说来自发电设备和用电设备。由于发电机的转子产生的磁场不可能是完善的正弦波，因此发电机发出的电压波形不可能是一点不失真的正弦波。目前我国应用的发电机有两大类：隐极机和凸极机。隐极机多用于汽轮发电机，凸极机多用于水轮发电机。 对于谐波分量而言，隐极机优于凸极机，但随着科技进步，可控硅、IGBT等电子励磁装置的投入，使发电机的谐波分量有所上升。当发电机的端电压高于额定电压的10%以上时，由于电机的磁饱和，会使电压的三次谐波明显增加。 二、谐波的现状 通过对市场的常用用电器的谐波状况的测试，我们了解到目前我国内工业企业的谐波污染十分严重，尤其是早些年为了节能，引入的变频电源和直流用电器的投入，其5次、7次、11次谐波电流的含量分别占基波的20%、11%、6%，这对于小功率的用户而言，还不怎样，但对于大功率的用户来说，危害就很大了，对于中频炉用户，它用常规的无功补偿就无法进行，有的用户用常规的电容器无功补偿，无法投入电容器，有的即便投入了，也对5次谐波电流放大了1.8~3.8倍以上，使得电动机、变压器等用电器的铜损、铁损大大地增加，缩短了设备的使用寿命，多交了电费。 三、谐波的危害 影响供电系统的稳定运行：供配电系统中的电力线路与电力变压器，一般采用电磁继电器，感应式继电器或新式微机保护进行检测保护，在系统中这些属于敏感元件，继电器受到高次谐波的影响容易产生误动作，微机保护由于采用了整流采样电路，也及易受到谐波的影响导致误动或拒动，这样谐波严重威胁供电系统的稳定与安全运行。 1、影响电网的质量：高次谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变，另外相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率和无功功率，从而降低电网电压，增加电路损耗，浪费电网容量。 2、影响供电系统的无功补偿设备：供电系统变电站均有无功补偿设备，当谐波注入电网时容易造成高压电容过电流和过负荷，使电容异常发热：另外谐波的存在还会加快电容器绝缘介质的老化，缩短电容的使用寿命。 3、影响电力变压器的使用：谐波的存在会使电力变压器的铜损和铁损增加，直接影响变压器的使用效率；还会造成变压器噪声增加，缩短变压器的使用寿命。 4、影响用电设备：谐波的存在会造成异步电机电动机效率下降，噪声增大，影响电力电子计量设备的准确性。 四、谐波治理的方法 1、国内对谐波污染的治理： 1）无源滤波装置主要采用LC回路，并联于系统中，LC回路的设定，只能针对于某一次谐波，即针对于某一个频率为低阻抗，使得该频率流经为其设定的LC回路，达到消除（滤除）某一频率的谐波的目的。LC回路在滤除谐波的同时，在基波对系统进行无功补偿。这种滤波装置简单，成本低，但不能滤除干净。其主要元件为投切开关、电容器、电抗器以及保护和控制回路。 2）有源电力滤波器。这种滤波器是用电力电子元件产生一个大小相等，但方向相反的谐波电流，用以抵销网络中的谐波电流，这种装置的主要元件是大功率电力电子器件，成本高，在其额定功率范围内，原则上能全部滤除干净。 2、优缺点、及市场前景及其经济效益的分析： 1）无源谐波滤除装置 无源滤波的主要结构是用电抗器与电容器串联起来，组成LC 串联回路，并联于系统中，LC回路的谐振频率设定在需要滤除的谐波频率上，例如5次、7次、11次谐振点上，达到滤除这3次谐波的目的。其成本低，但滤波效果不太好，如果谐振频率设定得不好，会与系统产生谐振。现在，市场上流通较多的采取的滤波方法就是这一种，主要是因为低成本，用户容易接受。虽滤波的效果较差，只要满足国家对谐波的限制标准和电力部门对无功的要求就行了。由于其低成本，市场的需求也就大，一般而言，低压0.4KV系统大多数采用无源滤波方式，高压10KV几乎都是采用这种方式对谐波进行治理。由于我国的中小企业大多数是私有的，业主对谐波的危害认识不足，一般不愿意拿出大量的经费来治理谐波，而有的企业由于谐波的含量太大，常规的无功补偿不能凑效，供电部门对无功的要求又是十分严格的，达不到就要罚款。因此，业主不得不要求滤波。 2）有源谐波滤除装置 有源谐波滤除装置是在无源滤波的基础上发展起来的，它的滤波效果好，在其额定的无功功率范围内，滤波效果是百分之百的。它主要是由电力电子元件组成电路，使之产生一个和系统的谐波同频率、同幅度，但相位相反的谐波电流与系统中的谐波电流抵消。但由于受到电力电子元件耐压，额定电流的发展限制，成本极高，其制作也较之无源滤波装置复杂得多，成本也就高得多了。其主要的应用范围是计算机控制系统的供电系统，尤其是写字楼的供电系统，工厂的计算机控制供电系统。对单台的装置而言，其利润是可观的，但用户一般
高频谐波的危害和治理 随着国内外电力电子技术的发展,大量由电力电子开关构成的、具有非线性特性的用电设备广泛应用于冶金、钢铁、交通、化工等工业领域,如电解装置、电气机车、轧制机械、高频炉等,故国内外电网中的谐波污染状况日益严重.美国电力科学研究院EPRI最近的报告指出,全美因谐波等电能质量损失达几百亿美元.电网中的高次谐波会造成旋转电机和变压器过热,使电力电容器组工作不正常,甚至造成热击穿损坏;对电力系统中的发电机、调相机、继电保护自动装置和电能计量等也有很大危害,严重时会引发设备误动作,造成重大事故;谐波污染对通信、计算机系统、高精度加工机械,检测仪表等用电设备也有严重的干扰.因此,必须采取有效的措施来消除电网中的高次谐波. 在低压配电网中这些谐波污染问题显得尤为突出,严重影响到各种类大型厂矿的正常生产,如钢铁、煤矿、化工、纺织等企业,以及IT和大规模微电子集成电路企业,造成产品报废,生产线停产,生产设备的寿命骤减甚至损坏. 谐波使电网中串、并联设备产生谐波损耗,降低发电、输电及用电设备的效率,大量的三次谐波电流流过中线时会使线路过热甚至发生火灾.谐波对计算机和数控设备具有很大危害,可以影响程序运行,破坏数据,使信息丢失,导致控制系统误动作.谐波能够影响各种电气设备的正常运行,对电机、变压器、电容器、电缆等设备造成振动、过热、绝缘老化,严重影响设备的使用寿命甚至直接造成设备损坏. 例如大众汽车在生产中所产生的谐波直接影响上海安亭电网,且谐波的干扰使得大众的DeviceNet现场总线自动化生产系统无法正常工作.这些谐波污染问题带来的严重经济损失以及随着电力市场的发展趋势,政府、企业和个人用户对电能质量越来越重视,产生谐波污染的用户需要相应的设备减轻或消除其对周边电力系统的影响,电力运行管理部门也会加强对相关企业的监督管理. 目前用户通常采用并联型无源滤波器来抑制谐波,但存在不少缺陷.现在的趋势是采用电力电子装置进行谐波补偿,即电力有源滤波器(APF).与前者相比,有源滤波器能对变化的谐波进行迅速的动态跟踪补偿,而且补偿特性不受电网阻抗的影响. 有源滤波器的应用范围很广,从最常用的钢铁企业及其他有色金属冶炼加工企业,到煤矿,造纸,化工,玻璃,纺织以及电子和大规模集成电路芯片制造企业,以及IT业所需的大量计算机服务器等,都需要有源滤波器保证其生产线的可靠稳定运行.有源滤波器的设计制造在国内外均处于一个较初步阶段.国内外生产和研发该产品的公司很少.目前在国内提供有源滤波器销售服务的只有外资企业,即ABB中国投资有限公司(上海)的低压产品部,芬兰NOKIANCAPACITOR公司,以及法国梅兰日兰电气有限公司在中国所设机构.这几家公司只提供产品的
谐波谐振产生的原因及危害分析 摘要：在电网运行中，不可避免地会产生谐波和谐振。当谐波谐振发生时，其电压幅值高、变化速度快、持续时间长，轻则影响设备的安全稳定 运行，重则可使开关柜爆炸、毁坏设备，甚至造成大面积停电等严重 事故。本文就其定义、产生原因、危害及预防措施作以介绍，供参考。 1.定义 谐波是一个周期的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍，又称高次谐波。通俗地说，基波频率是50HZ，那么谐波就是频率为100HZ、150HZ、200HZ...N*50HZ的正弦波。 谐振是交流电路的一种特定工作状况，是指在含有电阻、电感、电容的交流电路中，电路两端电压与其电流一般是不同相位的，当电路中的负载或电源频率发生变化，使电压相量与电流相量同相时，称这时的电路工作状态为谐振。谐波在电网中长期存在，而谐振仅是电网某一范围内的一种异常状态。 2.产生的原因 谐波的产生是由于电网中存在着非线性负荷（谐波源），如电力变压器和电抗器、可控硅整流设备、电弧炉、旋转电机、家用电器等，另外，当系统中发生谐振时，也要产生谐波。 谐振的发生是由于电力系统中存在电感和电容等储能元件，在某些情况下，如电压互感器铁磁饱和、非全相拉合闸、输电线路一相断线并一端接地等，在部分电路中形成谐振。谐波也可产生谐振，由谐波源和系统中
的某一设备或某几台设备可能构成某次谐波的谐振电路。 3.造成的危害 3.1谐波的危害 谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，也对周围的通信系统产生干扰。电力电子设备广泛应用以前，人们对谐振及其危害就进行过一些研究，并有一定认识，但那时谐波污染没有引起足够的重视。近三四十年来，各种电力、电子装置的迅速使用，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的关注。谐波对公用电网和其他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）谐波影响各种电气设备的正常工作。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。 （3）谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起严重事故。 （4）谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。 （5）谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；
精心整理 什么是谐波？谐波的危害 一、谐波 1. 何为谐波？在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶(M ．Fourier) 分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。谐波可以区分为偶次与奇次性，第3、5、7 次编号的为奇次谐波，而2、4、6 、8 等为偶次谐波，如基波为50Hz 时，2 次谐波为l00Hz ，3 次谐波则是150Hz 。一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。对于三相整流负载，出现的谐波电流是6n±1 次谐波，例如5、7、11、13、17、19 等，变频器主要产生5、7 次谐波。“谐波” 到了50 年代和60 年代，由于高压直流输电技术的发展，发表了有关变流器引起电力系统谐波问题的大量论文。70 年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。世界各国都对谐波问题予以充分和关注。国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。谐波研究的意义，道德是因为谐波的危害十分严重。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。 精心整理
谐波危害及抑制谐波的方法 2008-05-05 23:08:43| 分类：默认分类| 标签：|字号大中小订阅 随着工业、农业和人民生活水平的不断提高，除了需要电能成倍增长，对供电质量及供电可靠性的要求也越来越多，电力质量（ＰｏｗｅｒＱｕａｌｉｔｙ）受到人们的日益重视。例如，工业生产中的大型生产线、飞机场、大型金融商厦、大型医院等重要场合的计算机系统一旦失电，或因受电力网上瞬态电磁干扰影响，致使计算机系统无法正常运行，将会带来巨大的经济损失。电梯、空调等变频设备、电视机、计算机、复印机、电子式镇流器荧光灯等已成为人民日常生活的一部分，如果这些装置不能正常运行，必定扰乱人们的正常生活。但是，电视机、计算机、复印机、电子式照明设备、变频调速装置、开关电源、电弧炉等用电负载大都是非线性负载，都是谐波源，如将这些谐波电流注入公用电网，必然污染公用电网，使公用电网电源的波形畸变，增加谐波成份。 近几年，传感技术、光纤、微电子技术、计算机技术及信息技术日臻成熟。集成度愈来愈高的微电子技术使计算器的功能更加完美，体积愈来愈小，从而促使各种电器设备的控制向智能型控制器方向发展。随着微电子技术集成度的提高，微电子器件工作电压变得更低，耐压水平也相对更低，更易受外界电磁场干扰而导致控制单元损坏或失灵。例如，２０世纪７０年代计算机迅速普遍推广，电磁干扰及抑制问题更是十分突出，一些功能正常的计算机常出现误动作，而无法找出原因。１９６６年日本三基电子工业公司率先开发了“模拟脉冲的高频噪音模拟器”，将它产生的脉冲注入被试计算机的电源部分，结果发现计算机在注入１００～２００Ｖ脉冲时就误动作，难怪计算机在现场无法正常工作，其原因之一是计算机的电源受到了污染。因此，受谐波电流污染的公用电源，轻者干扰设备正常运行，影响人们的正常生活，重者致使工业上的大型生产线、系统运行瘫痪，会造成严重经济损失。 国际电工委员会（ＩＥＣ）已于１９８８年开始对谐波限定提出了明确的要求。美国“ＩＥＥＥ电子电气工程师协会”于１９９２年制定了谐波限定标准ＩＥＥＥ—１０００。在ＩＥＥＥｓｔｄ．５１９—１９９２标准中明确规定了计算机或类似设备的谐波电压畸变因数（ＴＨＤ）应在５％以下，而对于医院、飞机场等关键场所则要求ＴＨＤ应低于３％。 1 电网谐波的产生 1.1电源本身谐波--由于发电机制造工艺的问题，致使电枢表面的磁感应强度分布稍稍偏离正弦波，因此，产生的感应电动势也会稍稍偏离正弦电动势，即所产生的电流稍偏离正弦电流。当然，几个这样的电源并网时，总电源的电流也将偏离正弦波。 1.2由非线性负载所致 1.2.1非线性负载---谐波产生的另一个原因是由于非线性负载。当电流流经线性负载时，负载上电流与施加电压呈线性关系；而电流流经非线性负载时，则负载上电流为非正弦电波，即产生了谐波。 1.2.2 主要非线性负载装置 （１）开关电源的高次谐波：开关电源由五部分组成：一次整流、开关振荡回路、二次整流、负载和控制，这几个部分产生的噪声不完全一样。这几种干扰可以通过电源线等产生辐射干扰，也可以通过电源产生传导干扰。 （２）变压器空载合闸涌流产生谐波:铁心中磁通变化时，会产生８～１５倍额定电流的涌流，由于线圈电阻的存在，变压器空载合闸涌流一般经过几个周波即可达到稳定。所产生的励磁涌流所含的谐波成份以３次谐波为主。
谐波的危害及治理
谐波对供电系统的危害及治理 中铝贵州分公司第一铝矿汪元江 [摘要] [关键词] 1、引言 一个理想的电力系统是以单一恒定频率与规定幅值的稳定电压供电的。但实际上，由于近年来随着科学技术的不断发展，在电力系统中大功率整流设备和调压装置的利用、高压直流输电的应用、大量非线性负荷的出现以及供电系统本身存在的非线性元件等使得系统中的电压波形畸变越来越严重，对电力系统造成了很大的危害。因此，要实现对电网谐波的综合治理，就必须搞清楚谐波的来源、危害及电网在各种不同运行方式下谐波潮流的分布情况，以采取相应的措施限制和消除谐波，从而改善供电系统供电质量和确保系统的安全经济运行。 2、谐波产生的原因 在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶(M．Fourier)分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率、幅度与相角。谐波可以区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、4、6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz时，2次谐波为l00Hz，3次谐波则是150Hz。一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。对于三相整流负载，出现的谐波电流是6n±1次，n 为整数，例如5、7、11、13、17、19等。变频器主要产生5、7次谐波。 3、电网谐波的来源 3.1 发电源产生谐波，由于发电机三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀等其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但对电网影响很小。 3.2 输配电系统产生谐波，输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性特性，加上设计变压器时考虑经济性，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。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流0.5%。 3.3 整流设备产生谐波，近年来，由于晶闸管整流装置在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。目前，常用的整流电路几乎都采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路，其中以三相桥式和单相桥式
谐波污染对电网有哪些具体影响？ 谐波污染对电网的影响主要表现在： （1）造成电网的功率损耗增加、设备寿命缩短、接地保护功能失常、遥控功能失常、线路和设备过热灯，特别是三次谐波会产生非常打的中性线电流，使得配电变压器的零线电流甚至超过相线电流值，造成设备的不安全运行。谐波对电网的安全性、稳定性、可靠性的影响还表现在可能引起电网发生谐振、使正常的供电中断、事故扩大、电网解裂灯。 （2）引起变电站局部的并联或串联谐振，造成电压互感器灯设备损坏；造成变电站系统中的设备和元件产生附加的谐波损耗，引起电力变压器、电力电缆、电动机等设备发热，电容器损坏，并加速绝缘材料的老化；造成断路器电弧熄灭时间的延长，影响断路器的开断容器；造成电子元器件的继电保护或自动装置误动作；影响电子仪表和通信系统的正常工作，降低通信质量；增大附加磁场的干扰等。 谐波对电力电容器有哪些影响？ 当配电系统非线性用电负荷比重较大，并联电容器组投入时，一方面由于电容器组的谐波阻抗小，注入电容器组的谐波电流打，使电容器过负荷而严重影响其使用寿命，另一方面当电容器组的谐波容抗与系统等效谐波感相等而发生谐振时，引起电容器谐波电流严重放大使电容器过热而导致损坏。因此，电压谐波和电流谐波超标，都会使电容器的工作电流增大和出现异常，例如，对于常用自愈式并联电容器，其允许过电流倍数是1.3倍额定电流，当电容器的电流超过这一限制时，将会造成电容器的损坏增加、发热异常、绝缘加速老化而导致使用寿命降低，甚至造成损坏事故。同时，谐波使工频正弦波形发生畸变，产生锯齿状尖顶波，易在绝缘介质中引发局部放电，长时间的局部放电也会加速绝缘介质的老化、自愈性能下降，而容易导致电容器损坏。 按照电力系统谐波管理规定，电网中任何一点电压正弦波的畸变率（歌词谐波电压有效值的均方根与基波电压有效值的百分比），均不得超过表2－5规定。 表2－5 电网电压正弦波形畸变极限值 用户供电电压（kV）总电压正弦波形畸变率极限值各奇、偶次谐波电压正弦波形畸变率极限之（％） 0.38 5 4 2 6或10 4 3 1.75 35或63 3 2 1 110 1.5 1 0.5 谐波对电力变压器有哪些影响？ （1）谐波电流使变压器的铜耗增加，引起局部过热，振动，噪声增大，绕组附加发热等。（2）谐波电压引起的附加损耗使变压器的磁滞及涡流损耗增加，当系统运行电压偏高或三相不对称时，励磁电流中的谐波分量增加，绝缘材料承受的电气应力
变频器谐波危害分析及解决措施 摘要：本文从谐波的概念入手，结合变频器的内部结构的相关知识,分析变频器谐波产生的原因及其危害,在此基础上提出了抑制谐波的常用方法. 关键词：变频器谐波危害抑制 前言：在工业调速传动领域中，与传统的机械调速相比，用变频器调速有诸多优点，顾其应用非常广泛，但由于变频器逆变电路的开关特性，对其供电电源形成了一个典型的非线性负载，变频器在现场通常与其它设备同时运行，例如计算机和传感器，这些设备常常安装得很近，这样可能会造成相互影响。因此，以变频器为代表的电力电子装置是公用电网中最主要的谐波源之一，其对电力系统中电能质量有着重要的影响。 一、变频器原理及其谐波的产生 变频器是工业调速领域中应用较广泛的设备之一，目前已在企业大量使用。变频器一般采用是交-直-交结构（如图一所示），它是把工频（50HZ）变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。其中控制电路完成对主电路的控制，变频调速装置用于交流异步电动机的调速，调速范围广、节能显著、稳定可靠。
（图一）一般通用变频器为交－直－交结构 众所周知，电机的转速和电源的频率是线性关系。 变频器就是利用这一原理将50Hz的工频电通过整流和逆变转换为频率可调方向的交流电源。变频器输入部分为整流电路，输出部分为逆变电路，这些都是由非线性原件组成的，在开断过程中，其输入端和输出端都会产生高次谐波。另外变频器输入端的谐波还会通过输入电源线对公用电网产生影响。 从结构上来看，变频器有交-直-交变频器和交-交变频器之分。目前应用较多的还是交-直-交变频器。变频器主电路为交-直-交，外部输入380V/50HZ工频电源，经三相桥式不可控整流成直流电压，经滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可调的交流信号。 在电力电子装置大量应用以后，电力电子装置成为最主要的谐波源。 变频器输入侧产生谐波机理：对于变频器而言，只要是电源侧有整流回路的，都将产生因非线性引起的谐波。以三相桥整流电路为例，交流电网电压为一正弦波，交流输入电流波形为方波，对于这个波形，
电厂发电机的谐波危害分析与测试 发表时间：2017-03-09T15:51:09.617Z 来源：《电力设备》2017年第1期作者：丁超孟庆铭张晓彤 [导读] 本文重点针对谐波的危害进行分析，并研究一下我国谐波的监测。 一、谐波产生的原因 在电力的生产，传输、转换和使用的各个环节中都会产生谐波。谐波的产生主要是来自下列具有非线性特性的电气设备：具有铁磁饱和特性的铁芯没备，如：变压器、电抗器等；以具有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备，如：气体放电灯、交流弧焊机、炼钢电弧炉等；以电力电子元件为基础的开关电源设备，如：各种电力变流设备（整流器、逆变器、变频器）、相控调速和调压装置，大容量的电力晶闸管可控开关设备等，它们大量的用于化工、电气铁道，冶金，矿山等工矿企业以及各式家用电器中。 二、谐波的危害 1、增加了发、输、供和用电设备的附加损耗 发电机出现谐波会使设备过热，降低设备的效率和利用率。由于谐波电流的频率为基波频率的整数倍，高频电流流过导体时，因集肤效应的作用，使导体对谐波电流的有效电阻增加，从而增加了设备的功率损耗、电能损耗，使导体的发热严重。 2、影响继电保护和自动装置的工作和可靠性 谐波对电力系统中以负序（基波）量为基础的继电保护和自动装置的影响十分严重，这是由于这些按负序（基波）量整定的保护装置，整定值小、灵敏度高。如果在负序基础上再叠加上谐波的干扰（如电气化铁道、电弧炉等谐波源还是负序源）则会引起发电机负序电流保护误动（若误动引起跳闸，则后果严重）、变电站主变的复合电压启动过电流保护装置负序电压元件误动，母线差动保护的负序电压闭锁元件误动以及线路各种型号的距离保护、高频保护、故障录波器、自动准同期装置等发生误动，严重威胁电力系统的安全运行。 3、使测量和计量仪器的指示和计量不准确 由于电力计量装置都是按50Hz的标准的正弦波设计的，当供电电压或负荷电流中有谐波成分时，会影响感应式电能表的正常工作。在有谐波源的情况下，谐波源用户处的电能表记录了该用户吸收的基波电能并扣除一小部分谐波电能，从而谐波源虽然污染了电网，却反而少交电费；而与此同时，在线性负荷用户处，电能表记录的是该用户吸收的基波电能及部分的谐波电能，这部分谐波电能不但使线性负荷性能变坏，而且还要多交电费。电子式电能表更不利于供电部门而有利于非线性负荷用户。 4、干扰通信系统的工作 电力线路上流过的3、5、7、11等幅值较大的奇次低频谐波电流通过磁场耦合，在邻近电力线的通信线路中产生干扰电压，干扰通信系统的工作，影响通信线路通话的清晰度，而且在谐波和基波的共同作用下，触发电话铃响，甚至在极端情况下，还会威胁通信设备和人员的安全。另外高压直流（HVDC）换流站换相过程中产生的电磁噪声（3-10kHz）会干扰电力载波通信的正常工作，并使利用载波工作的闭锁和继电保护装置动作失误，影响电网运行的安全。 5、对用电设备的影响 谐波会使电视机、计算机的图形畸变，画面亮度发生波动变化，并使机内的元件出现过热，使计算机及数据处理系统出现错误。对于带有启动用的镇流器和提高功率因数用的电容器的荧光灯及汞灯来说，会因为在一定参数的配合下，形成某次谐波频率下的谐振，使镇流器或电容器因过热而损坏。对于采用晶闸管的变速装置，谐波可能使晶闸管误动作，或使控制回路误触发。 三、谐波的测试与监测 1、谐波的实验室测试 我们可以利用示波器来记录发电机端线电压和三相电流，其波形如下： 实验可知，当发电机带整流负载时，受负载非线性工作特性的影响，发电机的机端线电压和三相电流的波形都发生了严重的畸变，含有大量的谐波。而且发电机伴随着震动现象，这是受谐波电磁转矩的影响，另外发电机的定子和转子发热严重。 2、我国的谐波监测发展 我国为加强对谐波的监测，管理及治理，于1994年正式颁布了GB/T14549-93国家标准《电能质量--公用电网谐波》。为了配合国家电力公司《电网电能质量技术监督管理规定》和国家《公用电网谐波标准》的执行，各企业生产了许多电能质量监测仪等系列产品。这些产品可测量三相电压、三相电流的谐波、序分量、电压变动和闪变、电压偏差、功率因数、有功、无功、频率、暂态电压等参数，谐波可测量63次，仪器实时监测定时记录，记录结果可以存盘并打印，为用户提供丰富、完整的实测记录资料。产品广泛应用于变电站、风电场、钢铁企业及电气化铁路，产品通过相关认证，完全能够满足电网运行要求，实现对电网安全保驾护航。 谐波分析是信号处理的一种基本手段。在电力系统的谐波分析中，主要采用各种谐波分析仪分析电网电压、电流信号的谐波，该类仪表的谐波分析次数一般在40次以下。对于变频器而言，其谐波分布与电网不同，电网谐波主要为低次谐波，而变频器的谐波主要为集中在载波频率整数倍附近的高次谐波，一般的谐波分析设备只能分析50次以下的谐波，不能测量变频器输出的高次谐波。对于PWM波，当载波频率固定时，谐波的频率范围相对固定，而所需分析的谐波次数，与基波频率密切相关，基波频率越低，需要分析的谐波次数越高。一般宜采用宽频带的，运算能力较强、存储容量较大的变频功率分析仪，根据需要，其谐波分析的次数可达数百甚至数千次。例如，当载波频率为2kHz，基波频率为50Hz时，其40次左右的谐波含量最大；当基波频率为5Hz时，其400次左右的谐波含量最大，需要分析的谐波次数
关于谐波危害及治理措施的探讨 （作者：__________ 单位： ___________ 邮编： ___________ ） 摘要:本文作者主要就电力系统谐波的危害做了阐述 同时对我国目前电力系统中进行谐波抑制常用的方法进行了分析。 关键词:谐波危害;谐波抑制；治理措施 刖言 在电力系统中采用电力电子装置可灵活方便地变换电路形态，为用户提供高效使用电能的手段。但是，电力电子装置的广泛应用也使电网的谐波污染问题日趋严重，影响了供电质量。目前谐波与电磁干扰、功率因数降低已并列为电力系统的三大公害。因而了解谐波产生的机理，研究消除供配电系统中的高次谐波问题对改善供电质量和确保电力系统安全经济运行有着非常积极的意义。 1. 谐波及其起源 在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所 致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电
流,即电路中有谐波产生。谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数 学家傅立叶(M. Fourier)分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波,每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。谐波可以区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、4、6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz时,2次谐波为IOOHz,3次谐波则是150Hz。一般 地讲,奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中,由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。对于三相整流负载，出现的谐波电流是6n ±1次谐波,例如5、7、11、13、17、19等，变频器主要产生5、7次谐波。 2. 谐波的主要危害 谐波污染对电力系统的危害是严重的，主要表现在： 2.1谐波对线路的影响 对供电线路来说，由于集肤效应和邻近效应，线路电阻随着频率的增加会很快增加，在线路中会有很大的电能浪费。另外，在电力系统中，由于中性线电流都很小,所以其线径一般都很细，当大量的谐波电流流过中性线时，会在其上产生大量的热量，不仅会破坏绝缘，严重时还会造成短路。甚至引起火灾。而当谐波频率与网络谐振频率相近或相同时，会在线路中产生很高的谐振电压。严重时会使电力系统或用电设备的绝缘击穿，造成恶性事故。 2.2对电力变压器的影响
一、 谐波： 1、谐波频率与基波频率的比值（n=fn/f1） 称为谐波次数。电网中有时也存在非整数倍谐波，称为非谐波（Non-harmonics ）或分数谐波。谐波实际上是一种 干扰量，使电网受到“污染”。电工技术领域主要研究谐波的发生、传输、测量、危害及抑制，其谐波范围一般 为2≤n ≤40。 根据公式（1）计算谐波电流补偿率K K = ×100% 电流总谐波畸变率：THD I =IH I1；IH= （Ih ）2∞ ?=2×100%； Ih---第h 次谐波电流（方均根值） I1---基波电流（方均根值） 第h 次谐波电流含有率：HRI h =Ih I1×100% 2、现有有源滤波器的补偿效果 注：试验所用负载为三相整流非线性负载，（2～25）次谐波 单机100补偿率:50%负载以上补偿率大于90%； 50%负载以下补偿率在70%～90% 单机100A 动态响应时间在1ms ～20ms 单机100A 功率消耗：8%左右 单机100A 噪声：70dB 单机100A 无功补偿：补偿前0.2～0.8（容性或感性），补偿后能达到0.98 二、 谐波负载现状分析： 电网谐波产生主要有以下几种情况：一是发电源质量不高产生谐波； 二是输配电系统产生谐波； 三是用电设备产生的谐波。如下： 1、 变频器（风机、水泵、电梯）、吸塑机负载主要谐波次数：5次、7次 2、 电焊机、列车负载主要谐波次数：3次谐波 3、 中频炉负载主要谐波次数：5、7、11、13次谐波 4、 电弧炉、电石炉主要谐波次数：27次 5、 节能灯负载主要谐波次数：3次谐波 6、 整流设备（电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等）产生的谐波主要看3次最严重 ，6脉整流会带来 6n+1 6N-1谐波 主要就是5次和7次谐波； 12脉整流就会有 12n+1 12n-1谐波 主要11次和13次谐波 18脉则是 18n+1 补偿前谐波电流畸变率THDi —补偿后谐波电流畸变率THDi 补偿前谐波电流畸变率THDi
。 我厂谐波的情况及其技术分析 一、谐波概念 在交流电网中，由于有许多非线性电气设备投入运行，基电压、电流波形实际上不是完全的正弦波形，而是不同程度畸变的非正弦波。非正弦波是周期性电气量，可分解成基波分量和具有基波频率整数倍的谐波分量。非正弦波的电压或电流有效值等于基波和各次谐波电压或电流有效值和的平方根值。基波频率为电网频率（工频50赫兹）。谐波次数（n）是谐波频率与基波频率之比的整数倍。均称为谐波电压和谐波电流。 二、谐波产生的原因 电力系统中谐波主要是冶金、电气化铁路及其他的换流设备产生的。它们向公用电网注入谐波电流，在公用电网中产生谐波电压，这些用电设备称为谐波源。其中尤为严重的谐波源是硅整流、可控硅整流的换流设备和电弧炉、电焊机等非线性设备。我厂主要是中频感应加热炉和熔化炉。 三、谐波的危害 大量的谐波电流流入电网，在电网阻抗下产生谐波压降，叠加到电网基波上，引起电网电压波形畸变。随着硅整流、可控硅整流的换流设备、电弧炉、电焊机等各种非线性负荷的增加，大量的谐波电流流入电网，造成电压正弦波形畸变，使电能质量下降，给发供电设备、用户用电设备、用电计量、继电保护带来危害，成为污染电网的公害。谐波使电网中感性负载造成过电压、容性负载造成过电流，影响用电计量正确度，对安全运行带来危害。例如，使继电保护误动，引起避雷器、断路器爆炸等；干预电子设备，使计算机误动作，电子设备误触发；使通讯回路、弱电回路产生杂音，甚至造成故障。为了保证电网的电压波形质量，国家对波形质量标准作出规定，要求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。 四、谐波限值 为保障电网内设备及广大客户的安全、经济运行，在GB/T14549—93《电能质量—公用电网谐波》中规定了公用电网谐波电压限值，见下表所示。 电网电压的谐波电压（相电压）限值