对电力系统产生谐波的原因及危害性的探析

对电力系统产生谐波的原因及危害性的探析

杨世挺

(国网菏泽供电公司山东菏泽274000)

摘要：在20世纪80年代之后，伴随电力电子相关技术逐渐被研发出来，电力系统日益进步以及电力市场对外开放程度的增大，各式各样的非线性负载（谐波源）大量运用，所造成的谐波对于电网所造成了非常大的污染，电能的品质逐渐引起了人们的高度重视。所以，谐波以及相关的抑制技术已经发展成国外、国内所急需研究的课题。

关键词：谐波；产生；危害

1电力谐波概述

自上个世纪八十年代以来，电力电子学已成为大学新兴热门学科，与此相应的电力电子技术也在我国呈现高速发展趋势。但由于电力电子装置是一种含有辐射的电力系统谐波，其在操作过程中极易给电力系统的安全、稳定、经济带来威胁，给相对稳定的电气环境带来危险，被学者公认为是阻碍电力发展的主要因素。因此，对电力系统谐波的研究不仅能够消除对电气环境污染的威胁，还能极大的提高我国在电力学领域的知名度。

在传统电力系统中正弦波形常常被人为是危险性最大的污染现象，但由于它的功率不是太大，因而没有造成特别大的危害。但随着时代发展，现代电力系统对电能形态的要求更高，具体体现为不光要电力电子进行装置引入功率的变化，还要进行通断控制，以达到用户对电流、频率和电压的要求。随着现代电力电子技术的发展相关部门应该注意到，随着大容量电子装置的使用，现代电力系统正将电网输送及运行、动态无功补偿、可移动装置和统一潮流控制都能涵盖。真正做到让现代电力电子跟上时代的发展，为我国经济发展做出最大的贡献。

2电力谐波产生的原因

（1）电源自身产生的谐波

发电机主要是由三相绕组所构成的，从理论层面而言，发电机中的三相绕组需要全部对称，其间所含有的铁心同样需要非常的均匀，如此才不会导致谐波。然而由于受到环境工艺、以及制作方式等其它因素的约束，造成电枢外部的磁感应强度布局偏离了正弦波，所以，所形成的的感应电动势同样会出现相应的偏离，也就是所形成的电流发生了轻微的偏离。

（2）非线性负载产生的谐波

谐波能够形成的另一个重要因素便是非线性负载。在电流通过线性负载的时候，负载中所具有的电流以及所施加得电压之间具有一定的线性关系；然而在电流经过非线性负载的时候，那么负载中的电流是非正弦电波，也就是形成了谐波。当前所常见的非线性负载设备有以下几种：

输电与配电系统里面有着数量较多的电力变压器。由于变压器中的铁心趋于饱和，磁化曲线的非线特性以及额定工作磁密处在磁化曲线近饱和段上等其它相关的因素，使得磁化电流展示为尖顶形，内部含有数量较多的奇次谐波。变压器的铁心饱和度越高，其工作点便会偏离的越远，所形成的的谐波电流也就会越大。

整流器和逆变器产生的谐波电压、电流。整流器的作用是将交流电转变成直流电，而逆变器则是将直流电转变成交流电。大功率整流器广泛应用于冶金、化工等领域，大功率整流器——逆变器广泛应用于交流变频调速及交—直流电动机的调速等领域。其电路中的二极管视为理想二极管，即正向阻抗接近零，反向阻抗无穷大。因此，只允许电流单方向流动，从整流器的输出端看，每相电流波形为矩形波，不是正弦波，利用傅氏级数展开式展开周期的矩形波形，可以看到除了工频正弦波（50HZ基波）外，还叠加了一系列高次波形——谐波。

电弧炉工作所造成的电压波动。伴随冶炼工业的逐渐进步，电弧炉获得了大量的运用。在其正常工作时，电极与金属碎粒间便会不断的出现断路的现象，然而在熔化阶段，电源出现两相短路，如果熔化金属由电极上掉落，电弧便会熄灭，电源重新回到开路，所以，能够讲冶炼环节便是重复短路—开路—短路的环节，会导致用户端的电压波动以及白炽灯闪烁，通常电压波动频率在0.1HZ～几十HZ之间，此谐波大多为三次谐波。

3电力谐波产生的危害

（1）对电气一次设备的影响与危害

1）对旋转电机的影响与危害

谐波电流不但会在电机的定子绕组里面形成有功损耗，同事还会形成旋转磁场，在转子的铁芯里面和转子的绕组中感应电流，进而形成有功附加损耗。所形成的附加损耗使得电机的转子与定子温度逐渐提升。除此之外，基波磁场遇谐波电流之间的互相作用所形成的的扭力矩作用于转子之上，激发汽轮发电机出现周期性的振动，同时有一定的噪声。

2）对变压器的影响与危害

变压器励磁电流里面所含有的谐波电流往往是不会超过额定电流的，同时其所具备的功能是使得磁通成为正弦波，所以并不会造成变压器的铁损增加。变压器在刚刚通电的环节里或许会有比较大的谐波电流，然而时间非常之短，通常不会产生。然而在出现谐振的时候，低频的电流或者是直流电流进入到变压器中的时间，便会导致铁芯过度饱和，励磁电流里面所含有的谐波电流便会增多，使得变压器受到非常大的危害。

3）对电力电容器的影响与危害

电力系统里面所含有的谐波会加剧电容器的介质损耗，使得温度不断提升，进而减少了其所能使用的时间。谐波所导致的损耗和谐波出现的次数成正比。高次谐波的含量越大，所造成的的损耗也就越大。因为电容器的结构无法很好的散热，使得电容器自身温度的提升和介质损耗增加出现了恶性的循环，最终或许会造成热击穿。

（2）对二次设备的影响与危害

1）对测量设备的影响与危害

之前所具备的功率定义大多是以平均值为基础而创建起来的。然而在电路里面涵盖了谐波的时候，其已经没有办法针对谐波电路的功率状况给出合理的阐述。截止到当前，依然还没有发现能够从根本上处理好此问题的方法。针对相同企业所生产的同一型号的仪表针对完全相同得电气量实施检测，根据不一样的概念所获得的结果存在着20%—30%的差异。所以，存在谐波时候的功率的具体概念与种类对电能与功率的测量有着直接性的影响。

2）对继电保护和自动装置的影响与危害

正常工作时，在变压器空载合闸的时候励磁涌流里面包含了非常过的谐波，使得变压器的二次电流波形发生了非常大的变化，造成电流的幅值或许会超出过电流继电器的整定值而出现错误的动作。在出现故障的状况之下，对谐波造成较大影响的便是距离保护。阻抗继电器是根据相应系统的基波阻抗所明确的，次数达到3次以及以上的谐波会导致非常的测量差异，甚至会造成拒动或者是误动。针对高阻接地的问题，由于此故障电流里面含有比较多的谐波，若没有相应的滤波设施，极有可能导致误动作的出现。

（3）谐波对电网的影响

含有谐波的电流使得电网输配电线路出现了较多的功率损失，其实导致电网线损最主要的因素。即使谐波电流所占据的比重不是非常大，然而其频率比较高，在导线里面产生的集肤效应导致谐波电阻不断变大，随之而言的便是附加线损的增加。从架空线路的角度来看，电晕的形成与电压的峰值有着非常大的关联，即使电压的基波并没有超出所规定的数值，然而因为谐波的存在，电压的峰值或许会超出允许值而导致电晕，造成电晕损耗，对于供电公司自身的经济效益造成非常大的影响。

4结语

伴随电力智能化的运用以及电力市场的日益发展，导致谐波出现的因素是多种多样的，主要是因为人们投入运用了数量较多的非线性元件，因此怎样将由于非线性负载所导致的谐波完全精准无误的检测出来获得与之对应的处理方式将会成为谐波研究层面最为重要的话题，并且降低谐波对于电网所造成的伤害，减少因为谐波污染所造成的影响与经济损失也是当前热门的话题。

参考文献：

[1]赵迹.浅谈电网谐波的产生及抑制[J].应用能源技术,2010(4):33-34.

[2]齐峰.矿井电网谐波的产生与防治[J].山东煤炭科技,2000(S1):128-130.

[3]孙利军.浅谈谐波的危害、产生和治理[J].资源节约与环保,2002(2):19-22.