电网谐波的危害及抑制技术
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摘 要：随着非线性电力设备的广泛应用，电力系统中谐波问题越来越严重，一方面造成了电力设备的损坏，加速绝缘老化，另一方面也影响了计算机、电视系统等电子设备正常工作，直接扰乱了人们的正常生活
中图分类号：TM714 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2012）03-179-002
随着工业、农业和人民生活水平的不断提高，除了需要电能成倍增长，对供电质量及供电可靠性的要求也越来越多，电力质量（Ｐower Ｑuality）受到人们的日益重视。例如，工业生产中的大型生产线、飞机场、大型金融商厦、大型医院等重要场合的计算机系统一旦失电，或因受电力网上瞬态电磁干扰影响，致使计算机系统无法正常运行，将会带来巨大的经济损失。电梯、空调等变频设备、电视机、计算机、复印机、电子式镇流器荧光灯等已成为人民日常生活的一部分，如果这些装置不能正常运行，必定扰乱人们的正常生活。但是，电视机、计算机、复印机、电子式照明设备、变频调速装置、开关电源、电弧炉等用电负载大都是非线性负载，都是谐波源，如将这些谐波电流注入公用电网，必然污染公用电网，使公用电网电源的波形畸变，增加谐波成分。
国际电工委员会（IEC）已于1988年开始对谐波限定提出了明确的要求。美国“IEEE电子电气工程师协会”于1992年制定了谐波限定标准IEEE-1000。在IEEEstd.519-1992标准中明确规定了计算机或类似设备的谐波电压畸变因数（THD）应在5％以下，而对于医院、飞机场等关键场所则要求THD应低于3％。
一、电网谐波的产生
1.电源本身谐波
由于发电机制造工艺的问题，致使电枢表面的磁感应强度分布稍稍偏离正弦波，因此，产生的感应电动势也会稍稍偏离正弦电动势，即所产生的电流稍偏离正弦电流。当然，几个这样的电源并网时，总电源的电流也将偏离正弦波。
2.由非线性负载所致
2.1非线性负载。谐波产生的另一个原因是由于非线性负载。当电流流经线性负载时，负载上电流与施加电压呈线性关系；而电流流经非线性负载时，则负载上电流为非正弦电波，即产生了谐波。
2.2主要非线性负载装置
2.2.1开关电源的高次谐波
2.2.2变压器空载合闸涌流产生谐波
2.2.3单相电容器组开断时的瞬态过电压干扰
2.2.4电压互感器铁磁谐振过电压
2.2.5整流器和逆变器产生的谐波电压、电流
2.2.6电弧炉运行引起电压波动
二、谐波的危害
1.污染公用电网
如果公用电网的谐波特别严重，则不但使接入该电网的设备（电视机、计算机等）无法正常工作，甚至会造成故障，而且还会造成向公用电网的中性线注入更多电流，造成超载、发热，影响电力正常输送。
2.影响变压器工作
谐波电流，特别是3次（及其倍数）谐波侵入三角形连接的变压器，会在其绕组中形成环流，使绕组发热。对Y形连接中性线接地系统中，侵入变压器的中性线的3次谐波电流会使中性线发热。
3.影响继电保护的可靠性
如果继电保护装置是按基波负序量整定其整定值大小，此时，若谐波干扰叠加到极低的整定值上，则可能会引起负序保护装置的误动作，影响电力系统安全。
4.加速金属化膜电容器老化
在电网中金属化膜电容器被大量用于无功补偿或滤波器，而在谐波的长期作用下，金属化膜电容器会加速老化。
5.增加输电线路功耗
如果电网中含有高次谐波电流，那么，高次谐波电流会使输电线路功耗增加。
如果输电线是电缆线路，与架空线路相比，电缆线路对地电容要大10-20倍，而感抗仅为其1/3-1/2，所以很容易形成谐波谐振，造成绝缘击穿。
6.增加旋转电机的损耗
国际上一般认为电动机在正常持续运行条件下，电网中负序电压不超过额定电压的２％，如果电网中谐波电压折算成等值基波负序电压大于这个数值，则附加功耗明显增加。
7.影响或干扰测量控制仪器、通讯系统工作
例如，直流输电中，直流换流站换相时会产生3-10kHz高频噪声，会干扰电力载波通信的正常工作。
三、谐波抑制技术
1.整机电源需留有较大贮备量
为了使测量、控制装置能满足负载较大变化范围，因此在设计整机电源时，可给予较大贮备量，一般选取0.5-1倍余量；
2.对干扰大的设备与测控装置采用不同相线供电
因为测量、控制装置的许多干扰是由电源线串入的，因此在规划供电线路时，对干扰大的设备与测控装置采用不同相线供电。
3.将测量、控制装置的供电与动力装置的供电分开
因为动力装置的负荷变动大，测量、控制、微机及电视机的负荷小，动力装置产生的干扰大，供电电源分开后，测量、控制、微机及电视机的电源与动力装置的电源相互隔离，可以大大减少通过电源线的干扰。
4.其余抑制高次谐波的技术
4.1开关电源干扰的抑制技术。一般采用的办法是：电源滤波、屏蔽及减少开关电源本身干扰能量。
采用电源滤波器，电源滤波器可以阻止电网中的干扰进入开关电源，也可以阻止开关电源的干扰进入电网。
屏蔽技术可以有效地防止向外辐射干扰。
减少开关电源本身干扰，利用改善线圈绕制工艺，确保绕组之间紧密耦合，以减少变压器漏感。还可以在高频整流二极管上串入可饱和磁芯线圈，利用流过反向电流时，因磁芯不饱和而产生的较大电势阻止反向电流上升。
4.2变压器空载合闸涌流抑止方法。根据方程Φ1＝－Φmcos（ωt＋α）＝Φmsinωｔ，如果合闸时，α＝90（即U1＝U1M\m便合闸），则：
Φ１＝－Φmcos（ωt＋α）＝Φmsinωt没有暂态分量，合闸后磁通立即进入稳定状态，理论上可以避免冲击涌流过程。
4.3抑制单相电容器组开断瞬态过电压方法。如果采用选相断路器投切电容器，则可以消除或大大降低投切电容器产生的瞬态过电压，从而使接在母线上的电力电子调速系统可以稳定地工作，接在母线上的其余设备也可不受过电压干扰的影响。
4.4抑制电压互感器铁磁谐振方法。其方法是要使它脱离谐振区，采用中性点不接地的电压互感器或采用电容分压器可以从根本上避免铁磁谐振。
4.5抑止整流和逆变产生的谐波。
4.5.1在变频器前加装电源滤波器。
一种成本比较低的方法是在电源侧加装三只680μf 250VAC的电容，（分别接在L-N上）这种方法可使电磁干扰电流降至原来的1/10，效果较明显。
4.5.2变频器的电源电缆采用屏蔽电缆，屏蔽电缆穿铁管并接地，输出电缆也穿铁管并接地，屏蔽层应在接变频器处和电机处两端都接地。
4.6抑止电弧炉运行时的干扰。在合适地段加入电容补偿装置，补偿无功波动；可以重新安排供电系统。
四、结束语
随着非线性电力设备的广泛应用，电力系统中谐波问题越来越严重，一方面造成了电力设备的损坏，加速绝缘老化；另一方面也影响了计算机、电视系统等电子设备正常工作，直接扰乱了人们的正常生活。
谐波问题涉及供电部门、电力用户和设备制造商，谐波问题已引起人们的高度重视。应合理规划电网，电力电子设备（特别一次设备）应符合电磁发射水平，电子设备、电子仪器应满足电磁兼容性要求。
参考文献：
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［2］孙书敏.治理谐波危害、抑制电网污染、提高电源质量，2002年（江苏）工程电气设计学术论文集
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