三、諧波的形成和危害

  （一）諧波的形成
  在我國，電力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓，一般可認(rèn)為是50Hz的正弦波。但是由于系統(tǒng)中各種非線性元件存在，因而在系統(tǒng)和用戶處的線路都會出現(xiàn)諧波，導(dǎo)致電流或電壓波形出現(xiàn)畸變，從而影響交流電的質(zhì)量。當(dāng)電網(wǎng)中的電壓和電流波形非理想的正弦波時，即說明其中含有高于50Hz的電壓和電流成分，我們將頻率高于50Hz的電流或電壓成分稱之為諧波。

  系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波的非線性元件很多，例如熒光燈、各種氣體放電燈及交流電動機(jī)、電焊機(jī)、變壓器、變頻器等，會產(chǎn)生高次諧波電流。

  諧波在電網(wǎng)誕生的同時就是存在的，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)和變壓器都會產(chǎn)生少量的諧波。現(xiàn)在由于產(chǎn)生大量諧波的用電設(shè)備不斷增加，并且電網(wǎng)中大量使用的并聯(lián)電容器對諧波非常敏感甚至?xí)糯笾C波，使得諧波的影響越來越嚴(yán)重，從而引起人們的重視。

  （二）諧波造成的危害
  1.加大電力運(yùn)行成本。由于諧波的頻率較高，且無法自然消除，因此當(dāng)大量諧波電壓、電流在電網(wǎng)中游蕩并積累疊加會導(dǎo)致?lián)p耗增加、電力設(shè)備過熱，從而加大了電力運(yùn)行成本，增加了電費(fèi)的支出。

  2.降低了供電的可靠性。諧波電壓在許多情況下能使正弦波變得更尖，不僅導(dǎo)致變壓器、電容器等電氣設(shè)備的磁滯及渦流損耗增加，而且使絕緣材料承受的電應(yīng)力增大。諧波電流能使變壓器的銅耗增加，所以變壓器在嚴(yán)重的諧波負(fù)荷下將產(chǎn)生局部過熱，從而加速絕緣老化，大大縮短了變壓器、電動機(jī)的使用壽命，降低供電可靠性，極有可能在生產(chǎn)過程中造成斷電的嚴(yán)重后果。

  3.引發(fā)停電事故。繼電保護(hù)自動裝置對于保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行具有十分重要的作用。但是，由于諧波的大量存在，易使電網(wǎng)的各類保護(hù)及自動裝置產(chǎn)生誤動或拒動，特別在廣泛應(yīng)用的微機(jī)保護(hù)、綜合自動化裝置中表現(xiàn)突出，引起區(qū)域電網(wǎng)瓦解，造成大面積停電惡性事故。

  4.對弱點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)生干擾。對于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信、有線電視、報警與樓宇自動化等弱點(diǎn)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)通過公共接地耦合，有大量不平衡電流流入接地極，從而干擾弱點(diǎn)系統(tǒng)。

  5.對電力電纜的危害。由于諧波次數(shù)高頻率上升，再加上電纜導(dǎo)體截面積越大趨膚效應(yīng)越明顯，從而導(dǎo)致導(dǎo)體的交流電阻增大，使得電纜的允許通過電流減少。另外，電纜的電阻、系統(tǒng)母線側(cè)及線路感抗與系統(tǒng)串聯(lián)，提高功率因數(shù)用的電容器及線路的容抗與系統(tǒng)并聯(lián)，在一定數(shù)值的電感與電容下肯能發(fā)生諧振。

  （三）消除諧波的措施
  1.改善供電系統(tǒng)和環(huán)境。諧波的產(chǎn)生不可避免，但通過加大供電系統(tǒng)短路容量、提高供電系統(tǒng)的電壓等級、加大供電設(shè)備的容量、盡可能保證三相負(fù)載平衡等措施都可以提高電網(wǎng)抗諧波的能力。選擇合理的供電電壓并盡可能的保持三相平衡，可以有效的減少諧波對電網(wǎng)的危害。諧波源由較大容量的供電點(diǎn)或高一級電壓的電網(wǎng)供電，承受諧波的能力會增大。對諧波源負(fù)荷由專門的線路供電，減少諧波對其他負(fù)荷的影響，也有助于集中抑制和消除高次諧波。

  2.三相整流變壓器采用Yd或Dy聯(lián)結(jié)。這種聯(lián)結(jié)可以消除3的整數(shù)倍的高次諧波。由于電力系統(tǒng)中的非正弦交流對橫軸對稱，不含直流分量和偶次諧波分量，因此系統(tǒng)中只有影響較小5、7、11……等次諧波分量，這是抑制整流變壓器產(chǎn)生高次諧波干擾的最基本方法。
  3.加裝無功補(bǔ)償裝置。在諧波源處并聯(lián)裝設(shè)靜止無功補(bǔ)償裝置，可有效較少波動的諧波量，同時，可以抑制電壓波動、電壓閃變、三相不平衡，還可補(bǔ)償功率因數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

［1］邱關(guān)源：《電路》（第四版）北京：高等教育出版社，1999年；
［2］趙智大：《高電壓技術(shù)》中國電力出版社；
［3］于寶水：《中國與世界各主要國家的市電電壓U與頻率Hz》。