諧波對電力係統的危害及諧波的抑製

1、諧波產生的原因

在供電係統中諧波的發生主要是由兩大因素造成的：

（1）可控矽整流裝置和調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。過去傾向於采用在額定情況以下工作或裕量較大的設計。現在為了競爭，對電工設備傾向於采用在臨界情況下的設計。例如有些設計為了節省材料使磁性材料工作在磁化曲線的深飽和區段，而在這些區段內運行會導致激磁材料波形嚴重畸變。

2、諧波對電力係統的危害

諧波對電力係統的汙染日益嚴重，諧波源的注入使電網諧波電流、諧波電壓增加，其危害波及全網，對各種電氣設備都有不同程度的影響和危害。現將對具體設備的危害分析如下：

（1）交流發電機。同步電動機及感應電動機在定子繞組和轉子繞組產生附加熱損耗，熱損耗除諧波電流銅損I2NR以外，還由於電流的集膚效應，產生附加損耗，對轉子引起熱損耗增大。對大型汽輪發電機來說，若發生多次諧波振蕩，諧波電流超過額定電流的25％時，由於上述原因可能會導致轉子局部過熱而損壞。對變壓器來說，鐵芯產生熱損耗，尤其是渦流損耗大，在變壓器繞組中有諧波電流，在鐵芯中感應磁通，產生鐵損。

（2）架空線路諧波電流產生熱損，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生熱損，使電纜介損、溫升增大。

（3）電力電容器由於諧波電流會引起附加絕緣介質損耗，加快電力電容器絕緣老化。係統諧波電壓或電流發生諧振則引起過電壓和過電流，對電氣設備絕緣損壞，引起噪音與振動。

（4）電子計算機會由於諧波乾擾發生失真；工業電子設備功能會因其被破壞。

（5）對繼電保護、自動控製裝置和計算機產生乾擾和造成誤動作，造成電能計量的誤差。

（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生乾擾影響。

3、電力係統抑製諧波的措施

為了把諧波對電力係統的乾擾（汙染）限製在係統可以接受的範圍內，我國和國際上分彆頒布了“電力係統諧波管理暫行規定”和IEC標準，明確了各種諧波源產生諧波的極限值。

電力係統抑製諧波的主要措施有：

（1）在補償電容器回路中串聯一組電抗器在未加XC前，略去電阻，諧波源IN母線處的諧波電壓為：UN＝XSN？IN；並聯了補償電容器後，則諧波源的輸入諧波電抗為：此時諧波電壓，注入係統的諧波電流UN，ISN》IN。即並聯電容器使係統的諧波被放大了。如果對應某次諧波有XSN－XCN＝0即發生諧波，則其諧波電流、電壓都趨於無窮大。為了擺脫這一諧振點，通常在電容器支路串接電抗器，其感抗值的選擇應使在可能產生的任何諧波下，均使電容器回路的總電抗為感抗而不是容抗，從根本上消除了產生諧波的可能性。

（2）裝設由電容、電感及電阻組成的單調諧濾波器和高通濾波器

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

如電力機車是大功率單相整流裝置，它有諧波問題，根據實測資料，韶山－1型機車電流的諧波含有率大致如表1，影響電力機車注入電力係統諧波電流的因素很多，接觸網是影響因素之一，圖中ZSN為電力係統的諧波阻抗，供電臂全長為L，臂上隻有一輛電力機車，位於離變電所L處。設接觸網單位長度的N次諧波阻抗、導納分彆為ZN、YN，則其N次諧波特征阻抗ZCN和傳播常數γN可見一般接觸網對機車諧波電流起到放大作用，當機車處於供電臂末端（L＝L時）放大作用*大。解決牽引機車的諧波問題，一般方法是在牽引變電所裝設3、5、7各次濾波器。近年新投運的部分電力機車改用車載分次濾波器的方式，濾除3、5次諧波效果很好。

（3）增加整流相數

高次諧波電流與整流相數密切相關，即相數增多，高次諧波的*低次數變高，則諧波電流幅值變小。一般可控矽整流裝置多為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，高次諧波電流隻約占全電流的1％，危害性大大降低。

（4）當兩台以上整流變壓器由同一段母線供電時，可將整流變壓器一次側繞組分彆交替接成Y型和△形，這就可使5次、7次諧波相互抵消，而隻需考慮11次、13次諧波的影響，由於頻次高，波幅值小，所以危害性減小。

4、結論

（1）諧波的發生影響整個電力係統的環境，如在通訊中因發生諧波噪聲使通話質量下降，使控製和保護設備發生誤動作以及使電力裝置與係統過載，給電力係統正常運行造成危害。

（2）諧波的管理通常是製定用戶公共連接點處的電壓諧波含量限製標準，即製定有關標準，采取相應措施，嚴格控製，淨化電力係統環境。

（3）在測量諧波時必須注意PT與CT的**度，否則造成誤差很大，用CT末屏分壓測取係統的諧波電壓具有準確、方便的優點。在超高壓係統諧波電壓測試中得到推廣運用。