工程技术 ＳＣｊＥＮＣＥ＆ｒＥＣ¨ＮＯＬＯ０Ｙ ．一２００８ ＮＯ．３０墨圈 谐波分析 史洪宇 （机械工业第四设计研究院 洛阳 ４７１ ０３９） 摘要：随者科学技术的发展，在电力电同中非线性用电设备的种类和数量迅速增加。这些用电设备在运行时会产生大量谐波，从而导 致系统损耗增加，严整威胁设备的正常运行。鸥此时电力系统谐波的研究对于改善电能质量，抑钠和消除谐波吴有十分重要的意义。 关键词：谐波 正弦波 晶闸管整漉设备 谐振 畸变 中图分类号：０６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—３７９１（２００８）１０（ｃ）一００５３—０１ １电力系统谐波的来源 ２０世纪２０年代，随着静止汞弧变流器在 中存在非性线元件及负载产生的由于其为 诸能元件或变流装置，故使电压、电流波 德国的使用，电力系统谐波问题第一次被重 视起来。到了７０年代以来，世界各国都充分 关注谐波的来源及治理。我国对谐波问题的 研究起步较晚。电力系统中谐波源是多种多 样的，从来源上，主要来自以下３个方面。 ①用电设备产生的谐波：电力系统中 存在大量的非线性用电设，这是最大的谐 波源。其中最主要的有以下几方面。 晶闸管整流设备。晶闸管整流在铝电 解槽、充电装置、开关电源等许多方面应 用广泛，给电网造成了大量的谐波。晶闸 管整流装置采用移相控制，从电网吸收的 是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是 另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分 中含有大量的谐波。据统计：由整流装置 产生的偕波占所有谐波的近４０％。 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。 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。分析与测量其伏安特性， 此类设备非线性十分严重，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。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。 ⑦输配电 统产生谐波：系统本身存 在的１＃线性元件是谐波的又一来源。这些 非线性元件主要有变压器激磁支路、交直 流换流站的可控硅控制元件、可控硅控制 的电容器、电抗器组等。 ③发电源质量不高产生谐波：发电机 发出谐波电势的同时也会有谐波电势产 生，其潴波电势取决于发电机本身的结构 和工作状况。由于发电机三相绕组在制作 上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝 对均匀一致和，电源多少也会产生一些谐 波，但一般来说很少。 ２谐波的危害 谐波产生的原因主要是由于电力系统 形发生畸变。 它对电力系统的危害主要体现在以下 几个方面。 ①谐波电流通过变压器，可使变压器 的铁芯损耗职显增加，从而变压器出现过 热，效率降低，缩短变压器的寿命。 ②谐波使电缆内耗加大，电缆发热，缩 短电缆的使用寿命。 ③谐波可引起电网局部的并联谐振和 串联谐振。 ④谐波可使电容器过流发热。对于电 容器组，其流经的附加电流正比于谐波电 压及其阶数，如５次谐波会引起相对于基 波电流２ ５％大小的电流，引起电容器组的 过热和过早老化，导致其早期失效。 ⑤导致继电保护和自动装置的误动 作，造成电网停电，严重影响用电设备的正 常工作。 ⑥谐波电压在电动机短路阻抗上产生 的谐波电流使设备产生附加热损耗，由于在 图１ 分流滤波器接线图 机器绕组中存在局部热点，附加电流使热点 过热，损害其绝缘性能，降低寿命和可靠性。 ④装设带电抗器的无功补偿装置，可 ⑦在２．５ｋＨｚ以下导线间电感电容藕合 以带来满意的无功补偿效果，同时对谐波 作用随频率呈近似线性上升，特别是较高次 有一定的抑制作用。以某工厂为例：当投 谐波会对通讯及信息处理设备产生干扰。 入ＩＯＯｋｖａｒ时出现严重的并联谐振，将３０Ａ的 １ １次谐波电流（由ＵＰＳ产生的）放大到２８３Ａ ３谐波的治理 （约１０倍的放大系数），同时电压的ＴＨＤ值 根据ＧＢ／Ｔｌ ４５４９—９３《电能质量公用电 也增加到ｌ ９．６％。电容器上电流的有效值 网谐波》的要求，必须对各种非线性负荷注 （ＲＭＳ）是３６４Ａ，相当于２．５倍的额定电流 入电网的谐波电压和谐波电流加以。 流经电容器，造成电容器损坏。后更改为 因此，国家规定谐波造成电网电压波形畸 使用带７％电抗器的无功补偿装置。 变率极限和用户注入电网的谐波电流允许 ⑤当以上方式都不能达到治理效果 值应满足国家标准。 时，还可以采用有源电力滤波装置。它对 当电网公共点的最小短路容量异于基 非线性负载产生的谐波进行采样、分析、 准短路容量时： 建立频谱图，以此频谱图为依据向电网侧 送一个与非线性负载产生的谐波相反的谐 ，＾；姜，ｌｐ 波，从而达到完全抑制谐波的效果。 式中Ｓ ｋ ｌ为共连接点的最小短路容 ４结语 量，ＭＶＡ。 通过以上分析，可以明确谐波是低压 Ｓｋ２为准短路容量，ＭＶＡ。 供电系统因新技术应用所引发的新问题。 Ｉｎｐ为２中第ｎ次谐波电流允许值，Ａ。 对此，可采用正确的分析方法，并采取适用 Ｉｉ＂１为路容量为Ｓｋｌ时的第ｎ次谐波电 的应对措施，就可以克服上述问题，保证供 流允许值，Ａ。 电质量及设备安全。 当不能达到标准的规定值时，就必须 对谐波加以治理。一般可采取以下方式： 参考文献 ①三相整流变压器采用Ｙ△或△Ｙ，这 【ｌ】萨本永．谐波电流引起零线电流偏大 样联接可以消除３的整数倍的高次谐波，电 过热问题探讨【Ｊ】．安全与电磁兼容，２００１ 网中的谐波电流只有５、７、ｌｌ、ｌ ３等奇次 （２）． 谐波。 【２】林海雪、孙树勤．电力网中的谐波【Ｍ】． ②增加整流变压器二次侧的相数。整 中国电力出版社，ｌ ９９ ８． 流变压器二次侧的相数越多，整流波形的脉 科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ５３
