摘要：電力系統(tǒng)的諧波問題早在20世紀(jì)二三十年代就引起了人們的關(guān)注。當(dāng)時(shí)在德，電壓和電流波形的畸變是由使用靜態(tài)汞弧轉(zhuǎn)換器造成的。1945年里德發(fā)表的關(guān)于變換器諧波的論文是關(guān)于諧波研究的早期經(jīng)典論文.關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)諧波污染

電力系統(tǒng)的諧波問題早在20世紀(jì)二三十年代就引起了人們的關(guān)注。當(dāng)時(shí)在德，電壓和電流波形的畸變是由使用靜態(tài)汞弧轉(zhuǎn)換器造成的。1945年，J.C.Read發(fā)表了一篇關(guān)于變換器諧波的論文，這是一篇關(guān)于諧波研究的早期經(jīng)典論文。20世紀(jì)五六十年代，由于高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展，發(fā)表了大量關(guān)于電力系統(tǒng)中變流器引起的諧波問題的論文。自20世紀(jì)70年代以來，由于電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，各種電力電子設(shè)備被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、工業(yè)，交通和家庭，諧波造成的危害日益嚴(yán)重。世界各都十分重視諧波問題。世界上已經(jīng)召開了許多關(guān)于諧波的學(xué)術(shù)會(huì)議，許多家和際學(xué)術(shù)組織都制定了標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)來限制電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備的諧波。

供電系統(tǒng)諧波的定義是用傅里葉級數(shù)分解周期性的非正弦功率，不僅得到與電網(wǎng)基頻相同的分量，而且得到一系列大于電網(wǎng)基頻的分量，稱為諧波。諧波頻率與基頻之比(n=fn/f1)稱為諧波頻率。電網(wǎng)中有時(shí)存在非整數(shù)次諧波，稱為非諧波或分?jǐn)?shù)次諧波。諧波實(shí)際上是一種干擾，使電網(wǎng)“被污染”。電氣技術(shù)領(lǐng)域主要研究諧波的產(chǎn)生、傳輸、測量、危害和抑制，其頻率范圍一般為2n40。

電網(wǎng)中諧波是如何產(chǎn)生的？主要來自以下幾個(gè)方面：

較好，發(fā)電源質(zhì)量低產(chǎn)生諧波：很難做到三相繞組絕對對稱，鐵芯絕對均勻，還有其他原因，發(fā)電源也會(huì)產(chǎn)生一些諧波，但一般很少。

二、輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波：在輸配電系統(tǒng)中，主要是電力干式變壓器產(chǎn)生諧波。由于干式變壓器鐵心的飽和和磁化曲線的非線性，在設(shè)計(jì)干式變壓器時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性，將其工作磁密選在磁化曲線的近飽和段，使磁化電流呈現(xiàn)尖峰波形，從而含有奇次諧波。它的大小與磁路結(jié)構(gòu)和鐵芯的飽和度有關(guān)。鐵芯的飽和度越高，干式變壓器的工作點(diǎn)偏離線性度越遠(yuǎn)，諧波電流越大，三次諧波電流可以達(dá)到額定電流的0.5倍。

三、電氣設(shè)備產(chǎn)生的諧波：晶閘管整流設(shè)備。晶閘管整流已廣泛應(yīng)用于電力機(jī)車、鋁電解槽、充電裝置、開關(guān)電源等諸多方面，給電網(wǎng)造成了大量諧波。我們知道，晶閘管整流器采用移相控制，從電網(wǎng)中吸收缺角的正弦波，從而把另一部分缺角的正弦波留給電網(wǎng)，從而把另一部分缺角的正弦波留給電網(wǎng)，這顯然在左邊部分包含了大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路，則連接感性負(fù)載時(shí)含有奇次諧波電流，三次諧波含量可達(dá)基波的30%，連接容性負(fù)載時(shí)含有奇次諧波電壓，其諧波含量隨著電容值的增加而增加。如果整流裝置為三相全控橋6脈波整流器，干式變壓器一次側(cè)和供電線路含有5倍以上的奇次諧波電流；如果是12脈波整流器，也有11階及以上的奇次諧波電流。統(tǒng)計(jì)表明，整流器產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近40%，即 #p#分頁標(biāo)題#e#

變頻裝置。變頻裝置常用于風(fēng)機(jī)、水泵、電梯等設(shè)備。由于相位控制，諧波成分非常復(fù)雜，不僅包含整數(shù)次諧波，還包含分?jǐn)?shù)次諧波。這種設(shè)備的功率通常很大。隨著變頻調(diào)速的發(fā)展，給電網(wǎng)帶來的諧波越來越多。

電弧爐、電石爐。由于電爐的三相電極在加熱原料時(shí)很難同時(shí)接觸到不均勻的爐料，燃燒不穩(wěn)定，造成三相負(fù)荷不平衡，諧波電流通過干式變壓器的三角形連接線圈注入電網(wǎng)。其中主要是27次諧波，基波平均820，較大45。

氣體放電電光源。熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈屬于氣體放電電光源。通過對這類電光源伏安特性的分析和測量，可以看出其非線性非常嚴(yán)重，有的還含有負(fù)伏安特性，會(huì)對電網(wǎng)造成奇次諧波電流。

家用電器。電視機(jī)、錄像機(jī)、電腦、調(diào)光燈、調(diào)溫炊具等。用調(diào)壓整流裝置，會(huì)產(chǎn)生很深的奇次諧波。在洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、空調(diào)等帶繞組的設(shè)備中，由于不平衡電流的變化，波形會(huì)發(fā)生變化。這些家電雖然功率小，但也是諧波的主要來源之一。

電網(wǎng)諧波造成電網(wǎng)污染和正弦電壓波形畸變，導(dǎo)致電力系統(tǒng)中發(fā)電和供電設(shè)備出現(xiàn)許多異常現(xiàn)象和故障。電力系統(tǒng)中諧波的危害是多方面的，可以總結(jié)如下：

1.對供配電線路的危害

(1)影響線路穩(wěn)定運(yùn)行：供配電系統(tǒng)中的電力線和干式變壓器一般采用電磁繼電器、電感繼電器或晶體管繼電器進(jìn)行檢測和保護(hù)，以保證線路和設(shè)備發(fā)生故障時(shí)的安全。但電磁繼電器和感應(yīng)繼電器在諧波影響下不能充分有效地發(fā)揮保護(hù)作用，因?yàn)?0以下的含量高達(dá)40%時(shí)會(huì)造成繼電保護(hù)誤動(dòng)。晶體管繼電器雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于采用整流采樣電路，容易受到諧波的影響，導(dǎo)致誤操作或拒動(dòng)。這樣，諧波將嚴(yán)重威脅供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。

(2)影響電網(wǎng)質(zhì)量：電力系統(tǒng)中的諧波會(huì)扭曲電網(wǎng)的電壓和電流波形。比如民用配電系統(tǒng)中的中性線，由于熒光燈、調(diào)光燈、電腦的負(fù)載，會(huì)產(chǎn)生大量奇次諧波，其中三次諧波含量較多，達(dá)到40；三相配電線路中，相線上3的整數(shù)倍諧波會(huì)疊加在零線上，使零線的電流值可能超過相線上的電流。另外，同樣的頻率

2.對電力設(shè)備的危害

（1）對電力電容器的危害：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1.43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，在電場和溫度的作用下絕緣介質(zhì)會(huì)加速老化。尤其是電容器投入在電壓已經(jīng)畸變的電網(wǎng)中時(shí)，還可能使電網(wǎng)的諧波加劇，即產(chǎn)生諧波擴(kuò)大現(xiàn)象。另外，諧波的存在往往使電壓呈現(xiàn)尖頂波形，尖頂電壓波易在介質(zhì)中誘發(fā)局部放電，且由于電壓變化率大，局部放電強(qiáng)度大，對絕緣介質(zhì)更能起到加速老化的作用，從而縮短電容器的使用壽命。一般來說，電壓每升高10，電容器的壽命就要縮短1/2左右。再者，在諧波嚴(yán)重的情況下，還會(huì)使電容器鼓肚、擊穿或爆炸。#p#分頁標(biāo)題#e#

（2）對電力干式變壓器的危害：諧波使干式變壓器的銅耗增大，其中包括電阻損耗、導(dǎo)體中的渦流損耗與導(dǎo)體外部因漏磁通引起的雜散損耗都要增加。諧波還使干式變壓器的鐵耗增大，這主要表現(xiàn)在鐵心中的磁滯損耗增加，諧波使電壓的波形變得越差，則磁滯損耗越大。同時(shí)由于以上兩方面的損耗增加，因此要減少干式變壓器的實(shí)際使用容量，或者說在選擇干式變壓器額定容量時(shí)需要考慮留出電網(wǎng)中的諧波含量。除此之外，諧波還導(dǎo)致干式變壓器噪聲增大，干式變壓器的振動(dòng)噪聲主要是由于鐵心的磁致伸縮引起的，隨著諧波次數(shù)的增加，振動(dòng)頻率在1KHZ左右的成分使混雜噪聲增加，有時(shí)還發(fā)出金屬聲。

（3）對電力電纜的危害：由于諧波次數(shù)高頻率上升，再加之電纜導(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小。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)值的電感與電容下可能發(fā)生諧振。

（4）對用電設(shè)備的危害

①對電動(dòng)機(jī)的危害：諧波對異步電動(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對低壓開關(guān)設(shè)備的危害：對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）對弱電系統(tǒng)設(shè)備的干擾：對于計(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)。#p#分頁標(biāo)題#e#

（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），當(dāng)諧波較大時(shí)將產(chǎn)生計(jì)量混亂，測量不準(zhǔn)確。

（7）諧波對人體有影響：從人體生理學(xué)來說，人體細(xì)胞在受到刺激興奮時(shí)，會(huì)在細(xì)胞膜靜息電位基礎(chǔ)上發(fā)生快速電波動(dòng)或可逆翻轉(zhuǎn)，其頻率如果與諧波頻率相接近，電網(wǎng)諧波的電磁輻射就會(huì)直接影響人的腦磁場與心磁場。

現(xiàn)我對諧波的控制，我已于1993年頒布了限制電力系統(tǒng)諧波的家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》，規(guī)定了公用電網(wǎng)諧波電壓限值和用戶向公用電網(wǎng)注入諧波電流的允許值，電力系統(tǒng)方面也做了大量的防止高次諧波入侵電網(wǎng)的各項(xiàng)措施，愿我們的電網(wǎng)越來越高效、穩(wěn)定、安全運(yùn)行！