一、谐波的定义
供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解, 除 了得到与电网基波频率相同的分量, 还得到一系列大于电网基波频率 的分量, 这部分电量称为谐波。 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” 。 二、电网谐波的国家标准
GB/T14549-93 公用电网谐波标准
电压(KV 总谐波含量 % 奇次含量 % 偶次含量 %
0.38 5% 4% 2%
6 4% 3.2% 1.6%
10 4% 3.2% 1.6%
35 3% 2.4% 1.2%
任务查询
neor66 3% 2.4% 1.2%
110 2% 1.6% 0.8%
三、谐波的危害
1. 对供配电线路的危害
(1 影 响线路的稳定运行
供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电磁式继电器、 感应 式继电器或晶体管继电器予以检测保护, 使得在故障情况下保证线路 与设备的安全。但由于电磁式继电器与感应式继电器对 10%以下含量 高达 40%时又导致继电保护误动作,因而在谐波影响下不能全面有效 地起到保护作用。 晶体管继电器虽然具有许多优点, 但由于采用了整 流取样电路,容易受谐波影响,产生误动或拒动。这样,谐波将严重 威胁供配电系统的稳定与安全运行。
(2 影 响电网的质量
电力系统中的谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变。 如民用配电 系统中的中性线,由于荧光灯、调光灯、计算机等负载,会产生大量 的奇次谐波, 其中 3次谐波的含量较多, 可达 40%; 三相配电线路中, 相线上的 3的整数倍谐波在中性线上会叠加, 使中性线的电流值可能 超过相线上的电流。 另外, 相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同 次谐波的有功功率与无功功率, 从而降低电网电压, 浪费电网的容量。 2. 对电力设备的危害
(1 对 电力电容器的危害
当电网存在谐波时, 投入电容器后其端电压增大, 通过电容器的电流
增加得更大,使电容器损耗功率增加。对于膜纸复合介质电容器,虽 然允许有谐波时的损耗功率为无谐波时损耗功率的 1.38倍 ; 对于全 膜电容器允许有谐波时的损耗功率为无谐波时的 1.43倍 , 但如果谐 波含量较高 , 超出电容器允许条件 , 就会使电容器过电流和过负荷 , 损 耗功率超过上述值, 使电容器异常发热, 在电场和温度的作用下绝缘 介质会加速老化。 尤其是电容器投入在电压已经畸变的电网中时, 还 可能使电网的谐波加剧,即产生谐波扩大
现象。另外,谐波的存在往 往使电压呈现尖顶波形, 尖顶电压波易在介质中诱发局部放电, 且由 于电压变化率大, 局部放电强度大, 对绝缘介质更能起到加速老化的 作用,从而缩短电容器的使用寿命。一般来说,电压每升高 10%,电 容器的寿命就要缩短 1/2左右。再者,在谐波严重的情况下,还会使 电容器鼓肚、击穿或爆炸。
(2 对 电力变压器的危害
谐波使变压器的铜耗增大, 其中包括电阻损耗、 导体中的涡流损耗与 导体外部因漏磁通引起的杂散损耗都要增加。 谐波还使变压器的铁耗 增大, 这主要表现在铁心中的磁滞损耗增加, 谐波使电压的波形变得 越差,则磁滞损耗越大。同时由于以上两方面的损耗增加,因此要减 少变压器的实际使用容量, 或者说在选择变压器额定容量时需要考虑 留出电网中的谐波含量。除此之外,谐波还导致变压器噪声增大,变 压器的振动噪声主要是由于铁心的磁致伸缩引起的, 随着谐波次数的 增加,振动频率在 1KHZ 左右的成分使混杂噪声增加,有时还发出金
属声。
(3 对 电力电缆的危害
由于谐波次数高频率上升, 再加之电缆导体截面积越大趋肤效应越明 显,从而导致导体的交流电阻增大,使得电缆的允许通过电流减小。 另外,电缆的电阻、系统母线侧及线路感抗与系统串联,提高功率因 数用的电容器及线路的容抗与系统并联, 在一定数值的电感与电容下 可能发生谐振。
电梯门机系统
(4 对 用电设备的危害
对电动机的危害
谐波对异步电动机的影响, 主要是增加电动机的附加损耗, 降低效率, 严重时使电动机过热。尤其是负序谐波在电动机中产生负序旋转磁 场,形成与电动机旋转方向相反的转矩,起制动作用,从而减少电动 机的出力。 另外电动机中的谐波电流, 当频率接近某零件的固有频率 时还会使电动机产生机械振动,发出很大的噪声。
(5 对 低压开关设备的危害
对于配电用断路器来说, 全电磁型的断路器易受谐波电流的影响使铁 耗增大而发热, 同时由于对电磁铁的影响与涡流影响使脱扣困难, 且 谐波次数越高影响越大; 热磁型的断路器, 由发光标识
于导体的集肤次应与铁 耗增加而引起发热, 使得额定电流降低与脱扣电流降低; 电子型的断
路器,谐波也要使其额定电流降低,尤其是检测峰值的电子断路器, 额定电流降低得更多。 由此可知, 上述三种配电断路器都可能因谐波 产生。
对于漏电断路器来说, 由于谐波汇漏电流的作用, 可能使断路器异常 发热,出现误动作或不动作。对于电磁接角器来说,谐波电流使磁体 部件温升增大,影响接点,线圈温度升高使额定电流降低。对于热继 电器来说, 因受谐波电流的影响也要使额定电流降低。 在工作中它们 都有可能造成误动作。第一中文
(6 对 弱电系统设备的干扰
对于计算机网络、通信、有线电视、报警与楼宇自动化等弱电设备, 电力系统中的谐波通过电磁感应、 静电感应与传导方式耦合到这些系 统中, 产生干扰。 其中电感应与静电感应的耦合强度与干扰频率成正 比,传导则通过公共接地耦合,有大量不平衡电流流入接地极,从而 干扰弱电系统。
(7 影 响电力测量的准确性
目前采用的电力测量仪表中有磁电型和感应型, 它们受谐波的影响较 大。特别是电能表 (多采用感应型 ,当谐波较大时将产生计量混乱, 测量不准确。
四、常见的谐波源 晶闸管整流设备。 由于晶闸管整流在电力机车、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。 变频装置。 变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制， 谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装 置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来 越多。 电弧炉、电石炉。 由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料， 使 得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三 角形连接线圈而注入电网。其中主要是 27 次的谐波，平均可达基波 的 8%20%，最大可达 45%。 气体放电类电光源。 荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光 源。分析与测量这类电光源的伏安特性，可知其非线性十分严重，有 的还含有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。
家用电器。 电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流 装置，会产生较深的奇次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组 的设备中，因不平衡电流的变
化也能使波形改变。这些家用电器虽然 功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。 五、谐波的治理发式分析 滤波的方式主要分为三种 无源滤波 有源滤波 无源+有源混合型滤波 1 无源滤波器主要由滤波电容器,滤波电抗器等适当组合成 LC 滤波装 置,滤波器除起滤波作用外,还兼作无功补偿作用.LC 滤波器主要有调 谐和滤波器,双调谐和滤波器,高通滤波器,C 型滤波器等.实际运用中 根据谐波电流的分布及大小以及无功需求情况设计成几组滤波器,每 一组滤波器对应某一次谐波呈低阻抗,高通滤波器对截止频率以上的 谐波均呈现低阻抗,C 型滤波具有调谐频带宽,损耗低的特点.滤波器 的分组需进行精密计算 ,既要滤除主要的谐波电流 ,也要满足无功补 偿要求,同时还要防止在某一词整数次频率下由于滤波器与系统阻抗 发生并联谐振而产生的谐波电流放大. 无源滤波器补偿容量大，成本较低比较适合推广，但存在补偿精度有 所欠缺。对计算有相当的要求否则有可能引起谐振 2 有源滤波 有源电力滤波器简称 APF（Active Power Filter）也是一种电力电 smartthreads
子补偿装置。其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装 置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流， 从而使电 网电流只含基波分量。 这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行 跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响。 滤波精度高，谐波电流滤除率可达 92%以上 滤波范围广，滤波次数可达 31 次 响应速度快，80us 响应
负荷变化，20ms 实现完全跟踪补偿 动态注入电流以抑制谐波和补偿功率因数 不会与系统发生谐振 有源滤波器反应速度迅速，滤波范围广，补偿精度高，不会引发谐振 的问题，但容量较小和价格较为昂贵 3 无源+有源混合型 混合型补偿方案的基本原理就是将常规型 APF 上承受的基波电压移 去，由无源滤波器来补偿基波电压，使有源装置只承受谐波电压，从 而可显著降低有源装置的容量。 使得补偿精度得到提高而造价又相对 低廉。 六、滤除谐波后所带来的好处 1.安装谐波治理装置后，有效的降低了谐波电流，增加了变压器的有 效容量，可增加相应的带载能力，减少扩容所需的投资。
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