低压电网谐波危害及抑制方法

孙云霞 陈 彬 赵其春 国网山东德州市陵城区供电公司 253500

【文章摘要】

低压电网谐波往往导致电力额外损耗，其产生原因大多是由于电网系统中一些设备的非线性特性所致。笔者结合自身经验分析了低压电网谐波对电网系统的危害，并提出相应的抑制方法。

【关键词】

低压谐波；产生原因；危害；抑制措施

电力是人类生活，工作离不开的重要能源，随着时代的发展，非线性电力设备在社会上发展迅速。相反的系统电压质量也受到了低压谐波带来的影响。谐波一方面会影响设备绝缘的正常使用，另外也将与电视信号及网络信号等产生干扰。因而为了确保电网安全高效的运行，切实提高电力服务水平，只有在认识到谐波对低压电网带来的危害，并采取措施进行抑制。

1 低压电网谐波的产生

低压电网谐波的产生往往是由于电力系统中，相关设备及负荷属于非线性性质。非线性性质在电力系统中，易引起线路中产生的电流与施加的电压不成正比，也就是两者函数曲线不成线性，以致发生波形异变，最后引起电力系统整体电压的失真。常见的具备分线性性质的设备及负荷有下列几类：一是设备具有铁磁饱和特性且该特性呈非线性。如电抗器及变压器等；二是介质设备以电弧为工作且具有极强的非线性特性，常见的有交流弧焊机、气体放电灯等，如交流电弧焊机在工作时，其明显的非线性是由于电弧的燃烧及移动决定的，非线性主要体现在发生伏安特性，即交流电弧焊机的电弧电压与电流间存在随机变换而产生的现象；三是电子元件为核心且使用开关电源的设备，常见的有电力变频设备、电力晶闸管开关设备等，这些设备在社会上应用较广各行业及生活中都有涉及。其非线性主要表现在交流波形的换向及开关切合特性。

2 低压电网谐波对设备的危害

低压电网谐波对各类设备都有影响， 易导致电气设备发生附加损耗及过热，如降低发动机的额定输出功率、转矩；变压器升温，效率差，加速绝缘老化，出现安全故障；继电保护及检测设备在谐波的影响下将难以保证工作精度。低压谐波对设备的影响及危害主要有以下几点：

一是干扰发电机及电动机的正常使用。谐波电压与电流将在发电机中产生附加损耗及转矩。影响的原理是因为谐波引发的集肤效应、涡流、磁滞等与频率成正比而产生变化，以致旋转电机的绕组及铁芯需要更多的功率来进行运作，增加的损耗，进而导致机身迅速发热，这些额外的发热损耗则降低了电动机的工作效率，对平均转矩产生影响较小，但谐波带来的脉冲转矩，可能导致电机旋转轴出现不规则振动。

二是影响变压器的工作。变压器中的铜丝消耗会在谐波电流的影响下有所增加，谐波在变压器绕组中产生环流，以致绕组过热；谐波还将使变压器的噪音增加，发出金属质感的声音，影响环境。

三是影响输电线路的正常运行。输电线路由于阻抗具备的频率性，将受到谐波频率干扰。谐波电流会导致线路的损耗增大。在目前的电力配网供电系统中，大多使用电磁式继电器及微机型继电保护装置等对线路及变压器进行监控保护，以防在谐波的影响下产生误动及不工作等问题。谐波将对电力系统中的电压与电流产生异变，以致电网容量被浪费，电网的效率下降。

四是对电容器的工作造成影响。谐波电压增大时，将促使电容设备的损坏，电容器在谐波的影响下附加损耗增大、损耗系数增大，进而易发生各类故障。另外，谐波也会引起电容器发生过电压及过热等问题，影响正常的工作；五是谐波将对开关电源、继电保护设备及通信系统等造成不同程度上的影响，谐波促使设备升温，进而弱化绝缘的性能，降低设备寿命，对通信系统的影响是由于与邻近电力线的通信线路产生干扰电压，进而影响其正常的工作。

3 怎样科学抑制低压电网谐波

谐波对电力系统的影响极为明显，目前常用的抑制方法有下列几项：一是对于同步电机合理的降低绕组的绕距及分布，能够消除一些常规的非零序性质的谐波， 降低零序性质谐波的干扰，因此科学技术将同步发动机的谐波进行治理与消除，不在影响电网系统的安全运行；二是在三相整流变压器中，可使用Dy 或Yd 的联结， 因为3 次及其整倍数次的谐波电流在经过三角形联结绕组时，将呈环流前进，而在星形联结的绕组内3 次及其整倍数次的谐波不能进行传播，由此可知利用Dy 或Yd 的联结的三相整流变压器，能够消除3 次及其整倍数次的谐波电流，在三相整流变压器中使用上述两种联结，注入的电网谐波电流只能产生5、7、11、13···等次谐波，因为非正弦交流电压及线路的正负两段波形就时间轴相对称，不存在直流分量及偶次谐波分量。这是目前应用较广的高次谐波的抑制措施；三是增加整流变压器的二次侧的相数，能够有效的增加整流波形的脉波数，因此也消除了大量低次数的谐波；四是将整流变压器间合理设计相角差。三台以上的相数一致的整流变压器进行工作时，对整流变压器两两间设置合理的相角差，这与上述的增加二次侧的相数的方法类似，能够有效的降低注入电网中的高次谐波；五是在相关电子设备中的交流侧设置无源滤波器，设置谐振回路，进而无源滤波器的谐振回路能够对特定的等次谐波进行调谐，发现串联谐振现象。串联谐振也具有回路阻抗，因此谐波电流一旦进入线路将直接被滤波器分流吸收，而不会进入电网系统中；六是利用有源滤波器抑制谐波。可控性的半导体器件，在电网系统中应用，并向电网中输入与谐波电流相位相反等流的电流，进而消除谐波电流，之后进行谐波的实时补偿；七是选用具有Dyn11 联结的三相配电变压器。因为其内部的高压绕组使用的三角形联结，进而使相应的谐波电流，在其它设备处形成环流，而不能进入高压电网系统中，进而将高次谐波进行抑制；八是其它谐波抑制方法。随着科技的发展越来越多的抑制谐波的方式被应用在电网中，其他的低压电网谐波的抑制方法，本文不再一一阐述。

4 结束语

综上所述，低压电网谐波对电网的影响，涉及到许多行业，谐波问题一直以来都是人们关注的焦点，本文对低压电网谐波的产生原因及对各电网设备的影响进行分析，提出了自身浅薄的意见，总结了自身对谐波抑制的方法，望能对系统电网的快速发展，提供微薄之力。

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