交流中心

電網諧波造成電網污染，正弦電壓波形畸變，使電力系統的(de)發供用(yòng)電設備出現許多(duō)異常現象和(hé)故障，情況日趨嚴重。本文全面論述了(le)電力系統中諧波的(de)危害及産生情況，希望能引起我們的(de)高(gāo)度重視。

諧波的(de)危害電力系統中諧波的(de)危害是多(duō)方面的(de)，概括起來(lái)有以下(xià)幾個(gè)方面：

1. 對(duì)供配電線路的(de)危害

（1） 影(yǐng)響線路的(de)穩定運行

供配電系統中的(de)電力線路與電力變壓器一般采用(yòng)電磁式繼電器、感應式繼電器或晶體管繼電器予以檢測保護，使得(de)在故障情況下(xià)保證線路與設備的(de)安全。但由于電磁式繼電器與感應式繼電器對(duì)10%以下(xià)含量高(gāo)達40%時(shí)又導緻繼電保護誤動作，因而在諧波影(yǐng)響下(xià)不能全面有效地起到保護作用(yòng)。晶體管繼電器雖然具有許多(duō)優點，但由于采用(yòng)了(le)整流取樣電路，容易受諧波影(yǐng)響，産生誤動或拒動。這(zhè)樣，諧波将嚴重威脅供配電系統的(de)穩定與安全運行。

（2） 影(yǐng)響電網的(de)質量

電力系統中的(de)諧波能使電網的(de)電壓與電流波形發生畸變。如民用(yòng)配電系統中的(de)中性線，由于熒光(guāng)燈、調光(guāng)燈、計算(suàn)機等負載，會産生大(dà)量的(de)奇次諧波，其中 3次諧波的(de)含量較多(duō)，可(kě)達40%；三相配電線路中，相線上的(de)3的(de)整數倍諧波在中性線上會疊加，使中性線的(de)電流值可(kě)能超過相線上的(de)電流。另外，相同頻(pín)率的(de)諧波電壓與諧波電流要産生同次諧波的(de)有功功率與無功功率，從而降低電網電壓，浪費電網的(de)容量。

2. 對(duì)電力設備的(de)危害

對(duì)電力電容器的(de)危害

當電網存在諧波時(shí)，投入電容器後其端電壓增大(dà)，通(tōng)過電容器的(de)電流增加得(de)更大(dà)，使電容器損耗功率增加。對(duì)于膜紙複合介質電容器，雖然允許有諧波時(shí)的(de)損耗功率爲無諧波時(shí)損耗功率的(de)1.38倍;對(duì)于全膜電容器允許有諧波時(shí)的(de)損耗功率爲無諧波時(shí)的(de)1.43倍，但如果諧波含量較高(gāo)，超出電容器允許條件，就會使電容器過電流和(hé)過負荷，損耗功率超過上述值，使電容器異常發熱(rè)，在電場(chǎng)和(hé)溫度的(de)作用(yòng)下(xià)絕緣介質會加速老化(huà)。尤其是電容器投入在電壓已經畸變的(de)電網中時(shí)，還(hái)可(kě)能使電網的(de)諧波加劇，即産生諧波擴大(dà)現象。另外，諧波的(de)存在往往使電壓呈現尖頂波形，尖頂電壓波易在介質中誘發局部放電，且由于電壓變化(huà)率大(dà)，局部放電強度大(dà)，對(duì)絕緣介質更能起到加速老化(huà)的(de)作用(yòng)，從而縮短電容器的(de)使用(yòng)壽命。一般來(lái)說，電壓每升高(gāo)10%，電容器的(de)壽命就要縮短1/2左右。再者，在諧波嚴重的(de)情況下(xià)，還(hái)會使電容器鼓肚、擊穿或爆炸。

對(duì)電力變壓器的(de)危害

諧波使變壓器的(de)銅耗增大(dà)，其中包括電阻損耗、導體中的(de)渦流損耗與導體外部因漏磁通(tōng)引起的(de)雜(zá)散損耗都要增加。諧波還(hái)使變壓器的(de)鐵耗增大(dà)，這(zhè)主要表現在鐵心中的(de)磁滞損耗增加，諧波使電壓的(de)波形變得(de)越差，則磁滞損耗越大(dà)。同時(shí)由于以上兩方面的(de)損耗增加，因此要減少變壓器的(de)實際使用(yòng)容量，或者說在選擇變壓器額定容量時(shí)需要考慮留出電網中的(de)諧波含量。除此之外，諧波還(hái)導緻變壓器噪聲增大(dà)，變壓器的(de)振動噪聲主要是由于鐵心的(de)磁緻伸縮引起的(de)，随著(zhe)諧波次數的(de)增加，振動頻(pín)率在1KHZ左右的(de)成分(fēn)使混雜(zá)噪聲增加，有時(shí)還(hái)發出金屬聲。

對(duì)電力電纜的(de)危害

由于諧波次數高(gāo)頻(pín)率上升，再加之電纜導體截面積越大(dà)趨膚效應越明(míng)顯，從而導緻導體的(de)交流電阻增大(dà)，使得(de)電纜的(de)允許通(tōng)過電流減小。另外，電纜的(de)電阻、系統母線側及線路感抗與系統串聯，提高(gāo)功率因數用(yòng)的(de)電容器及線路的(de)容抗與系統并聯，在一定數值的(de)電感與電容下(xià)可(kě)能發生諧振。

對(duì)用(yòng)電設備的(de)危害

對(duì)電動機的(de)危害

諧波對(duì)異步電動機的(de)影(yǐng)響，主要是增加電動機的(de)附加損耗，降低效率，嚴重時(shí)使電動機過熱(rè)。尤其是負序諧波在電動機中産生負序旋轉磁場(chǎng)，形成與電動機旋轉方向相反的(de)轉矩，起制動作用(yòng)，從而減少電動機的(de)出力。另外電動機中的(de)諧波電流，當頻(pín)率接近某零件的(de)固有頻(pín)率時(shí)還(hái)會使電動機産生機械振動，發出很大(dà)的(de)噪聲。

對(duì)低壓開關設備的(de)危害

對(duì)于配電用(yòng)斷路器來(lái)說，全電磁型的(de)斷路器易受諧波電流的(de)影(yǐng)響使鐵耗增大(dà)而發熱(rè)，同時(shí)由于對(duì)電磁鐵的(de)影(yǐng)響與渦流影(yǐng)響使脫扣困難，且諧波次數越高(gāo)影(yǐng)響越大(dà)；熱(rè)磁型的(de)斷路器，由于導體的(de)集膚次應與鐵耗增加而引起發熱(rè)，使得(de)額定電流降低與脫扣電流降低；電子型的(de)斷路器，諧波也(yě)要使其額定電流降低，尤其是檢測峰值的(de)電子斷路器，額定電流降低得(de)更多(duō)。由此可(kě)知，上述三種配電斷路器都可(kě)能因諧波産生誤動作。

對(duì)于漏電斷路器來(lái)說，由于諧波彙漏電流的(de)作用(yòng)，可(kě)能使斷路器異常發熱(rè)，出現誤動作或不動作。對(duì)于電磁接角器來(lái)說，諧波電流使磁體部件溫升增大(dà)，影(yǐng)響接點，線圈溫度升高(gāo)使額定電流降低。對(duì)于熱(rè)繼電器來(lái)說，因受諧波電流的(de)影(yǐng)響也(yě)要使額定電流降低。在工作中它們都有可(kě)能造成誤動作。

對(duì)弱電系統設備的(de)幹擾

對(duì)于計算(suàn)機網絡、通(tōng)信、有線電視、報警與樓宇自動化(huà)等弱電設備，電力系統中的(de)諧波通(tōng)過電磁感應、靜電感應與傳導方式耦合到這(zhè)些系統中，産生幹擾。其中電感應與靜電感應的(de)耦合強度與幹擾頻(pín)率成正比，傳導則通(tōng)過公共接地耦合，有大(dà)量不平衡電流流入接地極，從而幹擾弱電系統。

影(yǐng)響電力測量的(de)準确性

目前采用(yòng)的(de)電力測量儀表中有磁電型和(hé)感應型，它們受諧波的(de)影(yǐng)響較大(dà)。特别是電能表（多(duō)采用(yòng)感應型），當諧波較大(dà)時(shí)将産生計量混亂，測量不準确。

諧波對(duì)人(rén)體有影(yǐng)響

從人(rén)體生理(lǐ)學來(lái)說，人(rén)體細胞在受到刺激興奮時(shí)，會在細胞膜靜息電位基礎上發生快(kuài)速電波動或可(kě)逆翻轉，其頻(pín)率如果與諧波頻(pín)率相接近，電網諧波的(de)電磁輻射就會直接影(yǐng)響人(rén)的(de)腦(nǎo)磁場(chǎng)與心磁場(chǎng)。

諧波的(de)産生

總而言之，電網諧波來(lái)自于3個(gè)方面：一是發電源質量不高(gāo)産生諧波；二是輸配電系統産生諧波；三是用(yòng)電設備産生的(de)諧波。其中用(yòng)電設備産生的(de)諧波最多(duō)。

發電機由于三相繞組在制作上很難做(zuò)到絕對(duì)對(duì)稱，鐵心也(yě)很難做(zuò)到絕對(duì)均勻一緻和(hé)其他(tā)一些原因，發電源多(duō)少也(yě)會産生一些諧波，但一般來(lái)說很少。輸配電系統中主要是電力變壓器産生諧波，由于變壓器鐵心的(de)飽和(hé)，磁化(huà)曲線的(de)非線性，加上設計變壓器時(shí)考慮經濟性，其工作磁密選擇在磁化(huà)曲線的(de)近飽和(hé)段上，這(zhè)樣就使得(de)磁化(huà)電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。它的(de)大(dà)小與磁路的(de)結構形式、鐵心的(de)飽和(hé)程度有關。鐵心的(de)飽和(hé)程度越高(gāo)，變壓器工作點偏離線性越遠(yuǎn)，諧波電流也(yě)就越大(dà)，其中3次諧波電流可(kě)達額定電流的(de)0.5%。

在用(yòng)電設備中，下(xià)面一些設備都能産生諧波。

晶閘管整流設備。由于晶閘管整流在電力機車、鋁電解槽、充電裝置、開關電源等許多(duō)方面得(de)到了(le)越來(lái)越廣泛的(de)應用(yòng)，給電網造成了(le)大(dà)量的(de)諧波。我們知道，晶閘管整流裝置采用(yòng)移相控制，從電網吸收的(de)是缺角的(de)正弦波，從而給電網留下(xià)的(de)也(yě)是另一部分(fēn)缺角的(de)正弦波，從而給電網留下(xià)的(de)也(yě)是另一部分(fēn)缺角的(de)正弦波，顯然在留下(xià)部分(fēn)中含有大(dà)量的(de)諧波。如果整流裝置爲單相整流電路，在接感性負載時(shí)則含有奇次諧波電流，其中3次諧波的(de)含量可(kě)達基波的(de)30%；接容性負載時(shí)則含有奇次諧波電壓，其諧波含量随電容值的(de)增大(dà)而增大(dà)。如果整流裝置爲三相全控橋6脈整流器，變壓器原邊及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流；如果是12 脈沖整流器，也(yě)還(hái)有11次及以上奇次諧波電流。經統計表明(míng)：由整流裝置産生的(de)諧波占所有諧波的(de)近40%，這(zhè)是最大(dà)的(de)諧波源。

變頻(pín)裝置。變頻(pín)裝置常用(yòng)于風機、水(shuǐ)泵、電梯等設備中，由于采用(yòng)了(le)相位控制，諧波成份很複雜(zá)，除含有整數次諧波外，還(hái)含有分(fēn)數次諧波，這(zhè)類裝置的(de)功率一般較大(dà)，随著(zhe)變頻(pín)調速的(de)發展，對(duì)電網造成的(de)諧波也(yě)越來(lái)越多(duō)。

電弧爐、電石爐。由于加熱(rè)原料時(shí)電爐的(de)三相電極很難同時(shí)接觸到高(gāo)低不平的(de)爐料，使得(de)燃燒不穩定，引起三相負荷不平衡，産生諧波電流，經變壓器的(de)三角形連接線圈而注入電網。其中主要是2 7次的(de)諧波，平均可(kě)達基波的(de)8% 20%，最大(dà)可(kě)達45%。

氣體放電類電光(guāng)源。熒光(guāng)燈、高(gāo)壓汞燈、高(gāo)壓鈉燈與金屬鹵化(huà)物(wù)燈等屬于氣體放電類電光(guāng)源。分(fēn)析與測量這(zhè)類電光(guāng)源的(de)伏安特性，可(kě)知其非線性十分(fēn)嚴重，有的(de)還(hái)含有負的(de)伏安特性，它們會給電網造成奇次諧波電流。