维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第９期 《贵州电力技术》 （总第９９期） 供电系统谐波及其抑制措施 海南电力试验研究所徐钟祝［５７０２０３］ 摘要介绍了谐波污染对供电系统电力设备的危害及其抑制措施。 关键词谐波危害抑制措施 在电力系统中，各种谐波源产生的谐波对电力 系统环境造成污染，影响到整个电力系统的电气环 境，包括电力系统本身和广大用户，而且其污染影响 的范围大、距离远。 谐波污染表现为引起电气设备（电机、变压器 和电容器等）附加损耗和发热：使同步发电机的额 定输出功率降低，转矩降低，变压器温度升高，效率 降低，绝缘加速老化，缩短使用寿命，甚至损坏，降低 继电保护、控制、以及检测装置的工作精度和可靠性 等。谐波注入电网后会使无功功率加大，功率因数 降低，甚至有可能引发并联或串联谐振，损坏电气设 备以及干扰通信线路的正常工作。 随着我国改革开放和经济建设的发展，非线性 负荷用电设备的种类、数量和用电量将迅猛增加，电 网电压畸变率也将上升。所以必须采取有力的措 施，抑制并防止电网中因谐波危害所造成的严重 后果。 １谐波的危害 以前由于接人供电系统的非线性设备较小，在 供电系统中引起的谐波电流也很小，所以对电能质 量的影响不大。随着电子技术的发展，使用大功率 半导体开关器件以及各类开关电源的产品，如电视 机、空调器、节能灯、调光器、洗衣机、微波炉，信息技 术设备等迅速涌人居民家庭，虽然每台设备向电网 注入的谐波电流不大，但这些设备数量大、分布广。 有些家用电器如电视机、空调器等在使用时具有集 中的特点，在某些时段会使注入到电网的谐波电流 对公用电网造成的谐波问题特别突出，这不但使接 人该电网的设备无法正常工作，甚至造成故障，而且 还会使供电系统中性线承受的电流超载，影响供电 系统的电力输送。因此谐波问题应得到各有关方面 的高度重视。供电系统中的谐波危害主要表现在以 下几个方面： （１）对旋转电机的影响。对旋转电机（发电机 ・５６・ 和电动机）产生附加功率损耗和发热、产生脉动转 矩和噪声。此外由整流器供电的电动机可引起明显 的电压畸变。 （２）对无功补偿电容器组的影响。对无功补偿 电容器组引起谐振或谐波电流的放大，从而导致电 容器因过负荷或过电压而损坏；对电力电缆也会造 成电缆的过负荷或过电压击穿。国内外在这方面的 教训是深刻的，国内在许多电力系统和用户系统内 都发生过无功补偿电容器组无法投入运行，大批电 容器损坏的事故。 （３）对输电线路的影响。增加输电线路的损 耗，当发生谐振或放大现象时，损耗更加严重。 （４）对断路器和熔断器。电流波形的畸变明显 地影响断路器断路容量，当存在负荷电流畸变时，在 过零点时可能造成高的，比电流为正弦波时开断将 更为困难，而且由于开断时间延长而延长了故障电 流切除时间，因而造成快速重合闸后的再燃。 熔断器是由于发热而熔断的，因而本质上是均 方根值过电流器件，一般使用的熔断器由几个带状 熔片组成，它们对谐波过流集肤效应引起的发热效 应很敏感。 （５）对变压器的影响。谐波电流使变压器的铜 耗增加，特别是３次及其倍数次谐波对三角形连接 的变压器，会在其绕组中形成环流，使绕组过热；对 全星形连接的变压器，当绕组中性点按地，而该侧电 网中分布电容较大或者装有中性点接地的并联电容 器时，可能形成３次谐波谐振，使变压器附加损耗 增加 （６）对调速驱动器（ＡＳＤ）的影响。调速驱动器 是使交流或直流电动机可变速运行的电子变流器。 在一般文献中调速驱动器只作为干扰负荷而不作为 被干扰负荷，但实际上这种设备在干扰影响下是脆 弱易损的。 （７）对电子设备的影响。谐波畸变对电子设备 的主要影响有以下几方面： 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第９期 《贵州电力技术》 （总第９９期） ①谐波畸变的结果产生多个过零问题，这种多 个过零会破坏电子设备的运行。最明显的是数字时 钟，任何应用过零原理的同步元件都应考虑这种 影响。 磁噪声（３—１０ｋＨｚ）会干扰电力载波通信的正常工 作，并使利用载波工作的闭锁和继电保护装置动作 失误，影响电网运行的安全。 总之，谐波对各种电力设备、通信设备及线路都 会产生有害的影响，严重时会造成设备损坏和电力 系统事故。因此我们应加强对谐波的管理和监测。 ②电力电子电源使用波形的峰值以维持滤波 电容器的全充电。谐波畸变可提高或削平波峰的峰 值。其结果是既使均方根值的输人电压是正常的， 电力电源将实际运行在高的或低的输人电压下，严 ２谐波的管理 重时设备的运行可能遭到破坏。 ③电压陷波也会破坏电子设备的运行，电压陷 波不过零但影响过零敏感的设备。 （８）对照明的影响。电压畸变对白炽灯寿命有 一定影响。 （９）对继电保护和自动控制装置的影响。谐波 对电力系统中以负序（基波）量为基础的继电保护 和自动装置的影响十分严重，这是由于这些按负序 （基波）量整定的保护装置，整定值小、灵敏度高。 如果在负序基础上再叠加上谐波的干扰（如电气化 铁道、电弧炉等谐波源还是负序源）则会引起发电 机负序电流保护误动（若误动引起跳闸，则后果严 重）、变电站主变的复合电压启动过电流保护装置 负序电压元件误动，母线差动保护的负序电压闭锁 元件误动以及线路各种型号的距离保护、高频保护、 故障录波器、自动准同期装置等发生误动，严重威胁 电力系统的安全运行。 （１０）对仪表和电能计量的影响。使测量和计 量仪表的指示和计量不准确。由于电能计量装置都 是按５０Ｈｚ的标准的正弦波设计的，当供电电压或 负荷电流中有谐波成分时，会影响感应式电能表的 正常工作。在有谐波源的情况下，谐波源用户处的 电能表记录了该用户吸收的基波电能并扣除一小部 分谐波电能，从而谐波源虽然污染了电网，却反而少 交电费；而与此同时，在线性负荷用户处，电能表记 录的是该用户吸收的基波电能及部分的谐波电能， 这部分谐波电能不但使线性负荷性能变坏，而且还 要多交电费。电子式电能表更不利于供电部门而有 利于非线性负荷用户。 （１１）对通信造成干扰。电力线路上流过的３、 ５、７、ｌｌ等幅值较大的奇次低频谐波电流通过磁场 耦合，在邻近电力线的通信线路中产生干扰电压，干 扰通信系统的工作，影响通信线路通话的清晰度，而 且在谐波和基波的共同作用下，触发电话铃响，甚奎“ 在极端情况下，还会威胁通信设备和人员的安全。 另外高压直流（ＨＶＤＣ）换流站换相过程中产生的电 谐波监督管理的任务，是采取各种有效的措施， 把电网中的谐波电压控制在国标允许的范围内，为 此，必须加强电网中谐波源的管理，监督电力用户的 谐波源注人电网的谐波电流不超过国标规定的允 许值。 根据电网的实际运行情况，谐波国标确定，中压 及高压电网电压总谐波畸变率限制值为： ６～１０ｋＶ电网 ４％ ３５～６６ｋＶ电网 ３％ １１０ｋＶ电网 ２％ 谐波监督管理主要包括以下几个方面：１、设置 谐波监测点，监视电网中的谐波水平。２、谐波的日 常监测。３、谐波的专门测量。４、谐波事故分析。 ３谐波的抑制措施 减小谐波影响应优先对谐波源本身或在其附近 采取适当的技术措施，主要措施如下： （１）增加换流装置的脉动数（相数）； （２）加装交流滤波装置； （３）改变谐波源的配置或工作方式； （４）加装串联电抗器； （５）改善三相不平衡度； （６）加装静止无功补偿装置（或称动态无功补 偿装置）； （７）增加系统承受谐波能力； （８）避免电力电容器组对谐波的放大； （９）提高设备或装置抗谐波干扰能力，改善谐 波保护性能； （１Ｏ）采用有源滤波器等新型抑制谐波的措施。 参考文献 １吴竞昌．供电系统谐波．中国电力出版社． ２张直平，李芬辰．城市电网谐波手册．中国电力出版社． ３林海雪，孙树勤．电力网中的谐波．中国电力出版社。 作者简介：徐钟祝，１９７２年１１月，工学学士从长沙电力学院毕业，海 南电力试验研究所电气室，电气工程师。 （收稿日期：２ｏｏ７ｏ６ｏ４） ・５７・