建筑配电系统谐波产生原因分析及治理

低压配电系统谐波的产生及治理

摘要：谐波严重危害电力系统的安全与稳定，会造成额外的电能损耗，缩短装置的使用寿命，严重污染低压配电系统的电能品质，影响功率因数，致使供电效率下降。由于各种非线性负荷的应用推广带来的谐波给电网造成了越来越严重的污染，因此谐波治理已逐步成为电力系统当前亟待解决的难题。本文分析了低压配电系统中谐波成因，探讨了如何治理谐波及抑制办法。

关键词：低压配电系统；谐波；治理；

引言

电力系统稳定运行需遵循频率不变、波形为正弦波的规律，电力行业对电压设定值有比较清楚的准则，电力能源质量则主要指电压频率及波形质量，其指标包括：电压偏离、电压起伏和闪烁、频偏、谐波和三相不均衡。但有关常规线性负荷的电阻，采用电加热导线及磁性材料，其电流波形通常为正弦波。电网中的大容量谐波会引起电网的非线性改变，从而引发电网内的电流，电压波形发生畸变，出现大量高次谐波现象，给配电系统造成伤害。此外，电压呈正弦波形作用于非线性元件，由于元件表现为非线性，电压和电流不同步改变。因此所产生之电流不能呈正弦波形而不是正弦波，通常都把它归于谐波之列，故非线性元件在线路上之应用产生了谐波。

一．谐波的概述

当供电系统供给电能质量较为理想时，通过负载的交流波型必须选用标准的正弦波型。但是，由于电网负载的非线性较多，使得真实的交流信号往往会出现畸变，从而产生不规则的波形。测量的交变电流波型是不对称的。利用电流叠合的理论把某些正弦型的畸变电流进行 FFT分解为无限多的正弦量迭代形式。其中同工频同频的成分叫基波，可以获得一系列比电力系统基波频率更大的正弦成分，而这些更高频率成分叫谐波。谐波频率是基波的整数倍，因此，通常又把谐波叫做高次谐波【1-2】。 二．低压配电系统谐波主要危害

（一）引起电力电缆发热

在三相对称环路下，三相三相线路的三次谐波相位相同，在三相线路上，三相线路所形成的谐振电流和谐振电压是相线的三倍；因此，在中线的温度升高。由于 OA装置的数量增多，电子型日光灯的三次谐波对整个体系的覆盖面增大，因此必须注意到共振弓形的发热问题。当高频电流通过电线时，会增加集肤效果，使电路外部的电流浓度增加，从而导致相线和中线产生热【3】。

谐波治理及无功补偿方案

谐波治理及无功补偿方案

随着现代电力系统的快速发展和应用，电力质量问题日益凸显。其中一个主要问题就是谐波污染，谐波污染会对电力系统产生极大的危害，如烧毁电器设备、造成供电失灵等。为了有效解决谐波污染问题，可以采用谐波治理及无功补偿方案。

一、谐波治理

1.谐波发生的原因

谐波是指电源产生的不同于基波频率的信号，其会把电力系统中的电压和电流形成很多波峰，属于高频电流。

2.谐波的产生

谐波的形成，主要是由非线性负载所引起（例如变频器、电子电路等），这些负载会对输电线路上传输的电能进行畸变，导致电力系统中产生多余的波形。

3.谐波的危害

谐波的危害十分显著，其主要表现为电力系统中的电器设备可能会受到烧毁的风险，从而引发一系列的安全事故和设备故障。

4.谐波治理方案 （1）滤波器法：通过在负载侧增加合适的滤波器，可以去除输出信号中的高频波形，让电力系统中的电路保持基波同步。

（2）减小非线性负载法：由于非线性负载是谐波形成的主要原因，因此可以通过减少或替换负载器件，从而降低谐波的产生。

（3）提高系统阻抗法：当系统的阻抗增加时，电源的输出电流会减少，从而谐波的产生会得到一定的减少。

二、无功补偿

1.无功补偿的原理

无功补偿是一种电力系统中无功功率的调节方法，其通过连接电容器或电感器，来对补偿线路进行补偿，从而实现对无功功率的控制和调节。

2.无功功率的特点

无功功率具有波动性和成段性的特点，这是由于电力系统中产生的无功功率主要受到负载方向或回路的变化所影响。

3.无功补偿的作用

（1）提高功率因数：在无功补偿的情况下，系统的功率因数会有所提高，从而有效降低负载对电力系统的影响。

（2）降低电网损耗：通过对电路进行无功补偿，可以将电力系统中的无功功率转化为有用的有功功率，从而减少电网的能量损耗。 （3）提高电力系统的稳定性：无功功率的波动会影响电力系统的稳定性，因此，通过无功补偿，可以有效地提高电力系统的稳定性。

谐波的产生原因危害与治理

谐波是指信号在传输过程中产生的频率是原有信号频率的整数倍的现象。谐波一般是由于信号源产生幅度非线性特性、信号传输线路的不完美特性以及外界干扰等多种因素共同作用所导致的。

1.非线性特性：当信号源的输入电压超过其线性范围时，信号源会产生非线性失真。这种非线性特性会使得原信号分解成包含各种谐波成分的信号，即产生谐波。

2.传输线路的不完美：在电力传输和通信线路中，由于电导率不一致、绝缘材料的不均匀性以及线路的接地等因素，会引起谐波的产生。这些因素使得线路对于不同频率的信号具有不同的传输特性，从而造成信号的失真和谐波的产生。

3.外界干扰：外界电磁辐射的干扰也会引起谐波的产生。当外界电磁波与系统内的信号相互作用时，可能会产生共振现象，从而导致谐波信号的产生。

谐波的存在会带来一系列的危害，包括以下几个方面：

1.信号失真：谐波信号会改变原信号的波形和频谱特性，导致信号失真。这会影响到电力传输系统和通信系统中的信号传输质量，降低系统的可靠性和稳定性。

2.设备损坏：谐波会导致电流和电压的波形变形，产生大量的电磁干扰。这些干扰会对设备的正常工作造成影响，甚至会导致设备损坏和故障。谐波还可能引起设备内部电子元件的过热现象，加速设备老化和损坏。 3.电力系统能源浪费：谐波会引起电力系统中电流和电压的非功率信号，造成能量损耗。这不仅会浪费能源，还会导致电力系统的效率降低。

为了治理谐波对系统的危害，可以采取以下几种方法：

1.模拟电路设计中采用线性器件：选择线性器件作为信号源和信号传输线路中的关键部件，减少非线性特性对信号的影响。

2.使用滤波器：在信号源和负载之间加入合适的滤波器，可以有效地滤除谐波成分，保证原信号的传输质量。

3.优化供电系统：针对供电系统中频繁出现谐波问题的设备，进行电源选择、接线方式和接地设计的优化，减少谐波产生。

4.电源质量改进：加强对供电设备的质量管理，采用高质量的电源设备，减少谐波对电力系统的影响。

谐波产生的根本原因及治理对策

谐波是指在电力系统中产生的频率为基波频率的整数倍的波动。它是电力系统中普遍存在的一种现象，但过多的谐波会对电力系统的正常运行和设备的安全性产生很大影响，因此需要采取相应的治理对策来解决这个问题。

1.非线性负载：当电力系统中存在非线性负载时，如电弧炉、电焊机、电子设备等，其工作特性会产生谐波。这是谐波产生的主要原因之一

2.电力电子装置：现代电力系统中广泛使用的各种电力电子装置，如变频器、整流装置等，也会引入大量谐波。

3.潮流分布不均匀：当电力系统中的潮流分布不均匀时，也会导致谐波的生成和传播。

针对谐波的治理对策主要有以下几方面：

1.使用滤波器：在电力系统中安装滤波器可以消除或降低谐波对系统的影响。滤波器的选择要根据谐波的频率和大小来确定。

2.设计合理的系统：在电力系统的设计阶段，应考虑到非线性负载和电力电子装置可能带来的谐波问题，采取相应的额外措施来减少谐波的产生。

3.提高设备的抗谐波能力：针对电力系统中的关键设备，如变压器、电容器等，可以采用提高抗谐波能力的设计和制造技术，使其能够更好地耐受谐波的影响。 4.加强监测和控制：定期对电力系统进行谐波监测，及时发现和解决问题。对于频繁发生谐波问题的系统，可以采用自动生成谐波的设备进行实时控制，以减小谐波的影响。

5.加强人员培训和管理：加强对电力系统人员的培训，提高其对谐波问题的认识和处理能力。同时，建立健全的管理体系，制定相应的管理规范和操作程序，以确保谐波问题得到科学有效的控制。

总之，谐波问题存在于电力系统中，会对系统的正常运行和设备的安全性产生不利影响。通过采取相应的治理对策，如使用滤波器、设计合理的系统、提高设备的抗谐波能力等，可以有效地解决谐波问题，确保电力系统的稳定和可靠运行。同时，需要加强人员培训和管理，提高人员的谐波处理能力，确保谐波问题得到及时有效的解决。