1谐波

毕业设计（论文）

题目：

电力谐波的产生、危害及治理简析

培训专业：电子电器应用与维修

学员姓名：代平祥

参训时间：2008年第二期

电力谐波的产生、危害及治理的简析四川广安职业技术学院•代平祥Email:dpxtaipingyang@yahoo.com.cn

摘要：电力谐波是导致电力损耗增加、供电质量下降的重要因素。本文简单分析电力谐波基本特性，对电网中谐波的来源和危害及治理进行了简要分析说。

关键词：电力谐波

谐波产生

谐波危害

谐波治理

无功补偿

一、谐波的产生及危害

电力系统的电力谐波是电力系统电压波形产生畸变的表征。谐波的产生来自于电力电子设备、非线性阻抗设备和其它方面的干扰。电子设备谐波源的基本元件大部分采用非线性元件，工作波形为非正弦波，有的设备是切削正弦波执行工作的，如可控硅整流电源等；有的设备是将直流源变换成方波工作，如变频器、开关电源等。这些设备与电力系统发生关系时，都能使电力系统的基波产生大量的畸变。而非线性阻抗设备常利用感抗涡流工作或利用容性电离做功，如电焊机、电抗器、感应炉、电弧炉等，这些产品在运行时可使电流产生大幅度地浪涌、尖脉冲，造成电力系统的基波产生畸变，形成电源污染。

电力谐波对电力网和用户是十分有害的，它是一种看不见的电力污染。往往不被用户注意。但对电力系统，谐波是很严重的问题！1、电力谐波及其表示

当电网中的电压或电流波形是非理想的正弦波时，其中就含有频率高于50Hz的电压或电流成分，这种频率高于50Hz的电流或电压成分称之为电力谐波。当谐波频率为工频频率的整数n倍时，称为整数n次谐波。例如：频率为工频频率5倍（250Hz）的谐波称为5次谐波，频率为工频频率7倍（350Hz）的谐波则称为7次谐波。

当谐波频率不是工频频率的整数倍时，称为分数谐波。这类谐波通常直接使用谐波频率来表示。例如：频率为1627Hz的谐波。2、电力谐波产生的原因多种多样,常见的有两类

第一类是由于非线性负荷而产生谐波，例如可控硅整流器、开关电源等，这一类负荷产生的谐波频率均为工频频率的整数倍。例如三相六脉波整流器所产生的主要是5次和7次谐波。

第二类是由于逆变负荷而产生谐波，例如中频炉、变频器，这一类负荷不仅产生整数次谐波，还产生频率为逆变频率2倍的分数谐波。

谐波在电网诞生的同时就存在了，因为发电机和变压器都会产生少量的谐波。随着电能的广泛应用，负载越来越复杂，所以产生大量谐波的用电设备在不断增加，而且电网中大量使用的并联电容器所造成的谐波放大，使得谐波的影响越来越严重。

当电网中谐波电流大到一定程度，以至于引起电压波形产生畸变时，称为电网被污染。电网的污染程度用电压波形畸变率来表示，简称THDu。一般10KV电网的THDu应小于4%。THDu过大将严重影响到用户的用电器正常工作。

谐波与无功电流不同。无功电流只影响电网电压，增加供电系统的铜损，通常不会影响用户，也不会影响计量精度。而谐波的影响可以用“无孔不入”来形容。在电网被污染的情况下，电网中的所有设备与负荷均会受到影响。谐波与无功电流还有一点不同：无功电流在没有补偿的情况下会一直传送到发电机，而谐波电流通常全部被电网中的设备与负荷吸收。3、电力谐波造成的主要危害

1)由于谐波的频率较高，使导线的集肤效应加重，因此铜损急剧增加。2）同时变压器铁心由于不能适应急剧变化的磁通而导致铁损急剧增加。3)谐波会影响各种电表计的计量精度。从原理上进行分析：谐波源将其吸收的一部分电网电能转变为谐波发送到电网中，因此电能表会将谐波能量当作发电来进行计算，从而导致计量误差。对于机械式电能表还会由于高频率谐波所产生的高频涡流阻力而变慢。所以在高次谐波严重时会严重影响电能表的计量精度，导致丢电现象（例如中频炉）。4)所有接于电网中的设备的损耗都会增加，温升增加，产生谐波损耗，使发、变电和用电设备效率降低。

5）电力电容器对高频谐波的阻抗很低，所以含有电容器的设备受影响最为严重，甚至可能导致设备损坏以及电容器爆炸等事故。

6)电机类负荷由于谐波的逆序作用而导致输出扭矩下降。

7)引起串联谐振及并联谐振放大谐波，造成危险的过电压或过电流，加速电气设备及电力变压器绝缘老化，使其容易击穿，从而缩短它们的使用寿命。8)使设备（如电机、继电保护、自动装置、测量仪表、电力电子器件、计算机系统、精密仪器等）运转不正常或不能正确操作。

9)干扰通讯系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正确传递，甚至损坏通信设备。

10)使开关（断路器）过载，造成经常性跳闸。由于谐波电流在导体表面流动，引起导体发热，降低了开关的实际容量所致。

11)使无功补偿设备部件损坏，无法进行无功补偿，加大线路损失，降低变压器额定容量。

12)对变电所的继电保护产生干扰，易造成保护误动作，导致停电事故。13)对家用电器产生危害，如空调、微波炉、电视等。

当电网的谐波污染程度小于国家标准的规定时，通常不会对系统造成影响。随着污染程度的增加，谐波的影响就逐渐显现出来。在谐波严重超标的情况下，如果不进行谐波治理，往往会产生很严重的后果。

谐波源的特性非常复杂，因为谐波的产生不仅仅取决于产生谐波的负荷本身，还与电网的短路容量、电网的组成形势以及电网中的其他负荷的性质有关。因此谐波治理必须对谐波源现场情况进行测试，然后根据测试结果设计专门滤波

器。

二、谐波治理的工作原理

谐波治理就是在谐波源处安装滤波器，就近吸收谐波源产生的谐波电流，现在广泛采用的滤波器为无源滤波器。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次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。

还有利用时域补偿原理的有源滤波器，这种滤波器的优点是能做到适时补偿，且不增加电网的容性元件。1、提升功率因数cosф

提升功率因素是最常用，也是配电系统中必不可少的，它主要是把电容器并联在供电系统中，利用电容的移相作用来完成，同时，还利用电容器端电压不能突变这一特性，对畸变波形实施滤波，达到消除谐波的目的。2、LC滤波器

这是用电感元件和电容元件构成的滤波器，对滤除高频脉冲尖刺有一定的效果，但必须保证电感元件在强电流通过时，产生的压降不能影响其它电气设备的正常工作。简单的LC滤波器难以滤除频率较低、幅度较大的畸变波。3、时值滤波器

时值滤波器在市场上又叫节电器、节电王等，它是采用高速提取技术，将谐波成分进行分离和采集，经编程的时序来暂存和释放。因采集和释放不是同时运作的，所以整体单元形成安全隔离，它的工作速率高于50HZ许多倍，所以，滤波效果好。

总的说来目前无源滤波补偿是实际应用最多、效果较好、价格较低的解决方案，它包括三种基本形式：串联滤波、并联滤波和低通滤波(串并混合)。其中串联滤波主要适用于三次谐波的治理。低通滤波主要适用于高次谐波的治理；并联滤波是一种综合装置，它可滤除多次谐波，同时提供系统的无功功率，是应用最广泛的电源净化滤波装置。三、谐波治理后带来的好处

1)安装谐波治理装置后，可有效降低了谐波电流，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。

2)安装谐波治理装置后，可有效的降低变压器的损耗，提高变压器的安全运行系数。

3)保证对谐波敏感的保护装置和器件不发生误动作。

4）起到节能降耗的目的，提高节电率，减小集肤效应，损、磁损、噪音大为下降，使电网有效负载增加。

热损、铜损、铁

5)有效抑制谐波电流，避免因谐波造成的交流电波形畸变而造成电网计量具不准。

参考文献：《高压电器》

《低压电器》

四川广安职业技术学院•代平祥Email:dpxtaipingyang@yahoo.com.cn

二○○八年十月十六日

马志赢西安交大电器教研室2007年7月方鸿发西安交大电器教研室

2007年7月