電力系統(tǒng)中諧波的危害

電力系統(tǒng)中諧波的危害

電網(wǎng)諧波是怎么產(chǎn)生的？其主要來自于以下幾個(gè)方面：

一是發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波：發(fā)電機(jī)由于三相繞組在

制作上很難做到絕對(duì)對(duì)稱，鐵心也很難做到絕對(duì)均勻一致和

其他一些原因，發(fā)電源多少也會(huì)產(chǎn)生一些諧波，但一般來說

很少。

二是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波：輸配電系統(tǒng)中主要是電力變

壓器產(chǎn)生諧波，由于變壓器鐵心的飽和，磁化曲線的非線性，

加上設(shè)計(jì)變壓器時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性，其工作磁密選擇在磁化曲線

的近飽和段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有

奇次諧波。它的大小與磁路的構(gòu)造形式、鐵心的飽和程度有

關(guān)。鐵心的飽和程度越高，變壓器工作點(diǎn)偏離線性越遠(yuǎn)，諧

波電流也就越大，其中3次諧波電流可達(dá)額定電流的0.5%。

三是用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波：晶閘管整流設(shè)備。由于晶閘

管整流在電力機(jī)車、鋁電解槽、充電裝置、開關(guān)電源等咨多

方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用，給電網(wǎng)造成了大量的諧波。

我們知道，晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網(wǎng)吸收的是

缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦

波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然在

留下部分中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路,

在接感性負(fù)載時(shí)則含有奇次諧波電流，其中3次諧波的含量

可達(dá)基波的30%；接容性負(fù)載時(shí)則含有奇次諧波電壓，其諧

波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋

6脈整流器，變壓器原邊及供電線路含有5次及以上奇次諧

波電流；如果是12脈沖整流器，也還有11次及以上奇次諧

波電流。經(jīng)統(tǒng)計(jì)說明：由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的

近40%,這是最大的諧波源。

變頻裝置。變頻裝置常用于風(fēng)機(jī)、水泵、電梯等設(shè)備中，

由于采用了相位控制，諧波成份很復(fù)雜，除含有整數(shù)次諧波

外，還含有分?jǐn)?shù)次諧波，這類裝置的功率一般較大，隨著變

頻調(diào)速的發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)造成的諧波也越來越多。

電弧爐、電石爐。由于加熱原料時(shí)電爐的三相電極很難

同時(shí)接觸到高低不平的爐料，使得燃燒不穩(wěn)定，引起三相負(fù)

荷不平衡，產(chǎn)生諧波電流，經(jīng)變壓器的三角形連接線圈而注

入電網(wǎng)。其中主要是27次的諧波，平均可達(dá)基波的8%20%,

最大可達(dá)45%。

氣體放電類電光源。熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金

屬鹵化物燈等屬于氣體放電類電光源。分析與測量這類電光

源的伏安特性，可知其非線性十分嚴(yán)重，有的還含有負(fù)的伏

安特性，它們會(huì)給電網(wǎng)造成奇次諧波電流。

家用電器。電視機(jī)、錄像機(jī)、計(jì)算機(jī)、調(diào)光燈具、調(diào)溫

炊具等，因具有調(diào)壓整流裝置，會(huì)產(chǎn)生較深的奇次諧波。在

洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、空調(diào)器等有繞組的設(shè)備中，因不平衡電流

的變化也能使波形改變。這些家用電器雖然功率較小，但數(shù)

量巨大，也是諧波的主要來源之一。

電網(wǎng)諧波造成電網(wǎng)污染，正弦電壓波形畸變，使電力系

統(tǒng)的發(fā)供用電設(shè)備出現(xiàn)許多異?，F(xiàn)象和故障，情況日趨嚴(yán)重。

電力系統(tǒng)中諧波的危害是多方面的，概括起來有以下幾個(gè)方

面：

L對(duì)供配電線路的危害

(1)影響線路的穩(wěn)定運(yùn)行：供配電系統(tǒng)中的電力線路與

電力變壓器一般采用電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器或晶體管

繼電器予以檢測保護(hù)，使得在故障情況下保證線路與設(shè)備的

安全。但由于電磁式繼電器與感應(yīng)式繼電器對(duì)10%以下含量

高達(dá)40%時(shí)又導(dǎo)致繼電保護(hù)誤動(dòng)作，因而在諧波影響下不能

全面有效地起到保護(hù)作用。晶體管繼電器雖然具有許多優(yōu)點(diǎn),

但由于采用了整流取樣電路，容易受諧波影響，產(chǎn)生誤動(dòng)或

拒動(dòng)。這樣，諧波將嚴(yán)重威脅供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全運(yùn)行。

(2)影響電網(wǎng)的質(zhì)量：電力系統(tǒng)中的諧波能使電網(wǎng)的電

壓與電流波形發(fā)生畸變。如民用配電系統(tǒng)中的中性線，由于

熒光燈、調(diào)光燈、計(jì)算機(jī)等負(fù)載，會(huì)產(chǎn)生大量的奇次諧波，

其中3次諧波的含量較多，可達(dá)40%；三相配電線路中，相

線上的3的整數(shù)倍諧波在中性線上會(huì)疊加，使中性線的電流

值可能超過相線上的電流。另外，一樣頻率的諧波電壓與諧

波電流要產(chǎn)生同次諧波的有功功率與無功功率，從而降低電

網(wǎng)電壓，浪費(fèi)電網(wǎng)的容量。

2.對(duì)電力設(shè)備的危害

(1)對(duì)電力電容器的危害：當(dāng)電網(wǎng)存在諧波時(shí)，投入電

容器后其端電壓增大，通過電容器的電流增加得更大，使電

容器損耗功率增加。對(duì)于膜紙復(fù)合介質(zhì)電容器，雖然允許有

諧波時(shí)的損耗功率為無諧波時(shí)損耗功率的1.38倍；對(duì)于全

膜電容器允許有諧波時(shí)的損耗功率為無諧波時(shí)的L43倍，但

如果諧波含量較高，超出電容器允許條件，就會(huì)使電容器過

電流和過負(fù)荷，損耗功率超過上述值，使電容器異常發(fā)熱，

①對(duì)電動(dòng)機(jī)的危害：諧波對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的影響，主要是

增加電動(dòng)機(jī)的附加損耗，降低效率，嚴(yán)重時(shí)使電動(dòng)機(jī)過熱。

尤其是負(fù)序諧波在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場，形成與電動(dòng)

機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩，起制動(dòng)作用，從而減少電動(dòng)機(jī)的出

力。另外電動(dòng)機(jī)中的諧波電流，當(dāng)頻率接近某零件的固有頻

率時(shí)還會(huì)使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，發(fā)出很大的噪聲。

②對(duì)低壓開關(guān)設(shè)備的危害：對(duì)于配電用斷路器來說，全

電磁型的斷路器易受諧波電流的影響使鐵耗增大而發(fā)熱，同

時(shí)由于對(duì)電磁鐵的影響與渦流影響使脫扣困難，且諧波次數(shù)

越高影響越大；熱磁型的斷路器，由于導(dǎo)體的集膚次應(yīng)與鐵

耗增加而引起發(fā)熱，使得額定電流降低與脫扣電流降低；電

子型的斷路器，諧波也要使其額定電流降低，尤其是檢測峰

值的電子斷路器，額定電流降低得更多。由此可知，上述三

種配電斷路器都可能因諧波產(chǎn)生誤動(dòng)作。對(duì)于漏電斷路器來

說，由于諧波匯漏電流的作用，可能使斷路器異常發(fā)熱，出

現(xiàn)誤動(dòng)作或不動(dòng)作。對(duì)于電磁接角器來說，諧波電流使磁體

部件溫升增大，影響接點(diǎn)，線圈溫度升高使額定電流降低。

對(duì)于熱繼電器來說，因受諧波電流的影響也要使額定電流降

低。在工作中它們都有可能造成誤動(dòng)作。

(5)對(duì)弱電系統(tǒng)設(shè)備的干擾：對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信、

有線電視、報(bào)警與樓宇自動(dòng)化等弱電設(shè)備，電力系統(tǒng)中的諧

波通過電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)與傳導(dǎo)方式耦合到這些系統(tǒng)中，

產(chǎn)生干擾。其中電感應(yīng)與靜電感應(yīng)的耦合強(qiáng)度與干擾頻率成

正比，傳導(dǎo)則通過公共接地耦合，有大量不平衡電流流入接

地極，從而干擾弱電系統(tǒng)。

(6)影響電力測量的準(zhǔn)確性：目前采用的電力測量儀表

中有磁電型和感應(yīng)型，它們受諧波的影響較大。特別是電能

表(多采用感應(yīng)型