电网谐波综合分析和治理

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1、电网谐波综合分析和治理作者：上海浩顺科技有限公司章关明来源：中国设计师网摘要：随着科学技术的不断进步、电子技术的飞速发展，现代化的工业设备和民用电器装置的应用越来越普及，尤其是先进电子设备，诸如电力电子变频、调压设备、调速控制设备、可控硅整流设备、数字通讯设备、电气铁路设备、各类UPS、充放电设备、大功率半导体开关器件、开关电源、变频器、信息技术设备、数控机床、节能灯、可控硅负载、变频电机、变频空调、中频炉、节能灯、调光器等，还有电熔炼设备、电化学设备、矿井起重设备、露天采掘设备、电气机车等与日俱增，都

2、属于非线性电源负荷。关键字：电网谐波电能质量　　随着科学技术的不断进步、电子技术的飞速发展，现代化的工业设备和民用电器装置的应用越来越普及，尤其是先进电子设备，诸如电力电子变频、调压设备、调速控制设备、可控硅整流设备、数字通讯设备、电气铁路设备、各类UPS、充放电设备、大功率半导体开关器件、开关电源、变频器、信息技术设备、数控机床、节能灯、可控硅负载、变频电机、变频空调、中频炉、节能灯、调光器等，还有电熔炼设备、电化学设备、矿井起重设备、露天采掘设备、电气机车等与日俱增，都属于非线性电源负荷。　　这些设

3、备数量大、分布广，使得谐波电流由少聚多地不断注入电网，使得电力系统波形严重畸变。因此谐波电流对公用电网造成的谐波问题越来越突出，这不但会使接入该电网的设备无法正常工作，甚至造成故障，而且还会使供电系统中性线承受超载电流，影响供电系统的电力输送。因此谐波问题得到各有关方面的高度重视。　　1谐波的危害　　谐波增加了输配电系统和用电设备的附加损耗——铁损(包括磁滞损耗和涡流损耗)和铜损，使设备过热，降低设备的效率和利用率。由于谐波电流的频率为基波频率的整数倍，高频电流流过导体时，因集肤效应的作用，导致导体对谐

4、波电流的有效电抗增加，从而增加了设备的功率损耗、电能损耗，使导体的发热严重。供电系统中的谐波危害主要表现在以下几个方面：　　1.1.对旋转电机的影响　　在工程供电系统中，电动机负荷约占整个负荷的85%左右。因此，谐波使电动机总的附加损耗影响较为显著。由于集肤效应、磁滞、涡流等现象将随着谐波次数增高而使得各类旋转电机的铁芯和绕组中产生的附加损耗增加。谐波电流和电压对感应及同步电动机所造成的主要效应为在谐波频率下铁损和铜损的增加所引起之额外温升。这些额外损失将导致电动机效率降低，并影响转矩。当设备负荷对电动

5、机转矩的变动较敏感时，其扭动转矩的输出将影响所生产产品的质量。谐波还使电动机噪音增大甚至可导致扭矩震动，而扭矩的震动则是由谐波电流和基波频率磁场所造成的，如果机械谐振频率与电气励磁重合，会发生共振进而产生很高的机械应力，导致机械损坏的危险。　　1.2对变压器的影响　　谐波电流会引起变压器的铜损、铁损和杂散损增加。谐波会在变压器绕组中形成环流，使绕组过热，变压器整体温升提高，这些由谐波所引起的额外损失将与电流和频率的平方成比例上升，进而导致变压器的基波负载容量下降，而且谐波也会导致变压器噪声增加。　　1.

6、3对输电线路的影响　　由于用户系统中导线阻抗的频率特性，导线的电阻会随着频率的升高而增加，又由于导线中集肤效应的作用，谐波会使得用户自身供电系统中导线的附加损耗增加，由谐波引起的非正弦波会对线路产生更高的热量。尤其值得注意的是这类谐波还会使三相供电系统中的中性线的电流增大，导致中性线过载，大大浪费了用户的用电成本。　　1.4对电子设备的影响　　电力电子设备对供电电压的谐波畸变很敏感，这种设备常常须靠电压波形的过零点或其它电压波形取得同步运行。电压谐波畸变可导致电压过零点漂移或改变一个相间电压高于另一个相

7、间电压的位置点。这两点对于不同类型的电力电子电路控制是至关重要的。控制系统对这两点(电压过零点与电压位置点)的判断错误可导致控制系统失控。而含谐波的电力与通讯线路之间的感性或容性耦合亦可能造成对通讯设备的干扰。计算机和一些其它电子设备，如可编过程控制器(PLC)，通常要求总谐波电压畸变率(THD)小于5%，且个别谐波电压畸变率低于3%，较高的畸变量可导致控制设备误动作，进而造成生产或运行中断，导致较大的经济损失。　1.5对开关的影响　　像其它设备一样，谐波电流也会引起开关之额外温升并使基波电流负载能力降

8、低。温升的提高对某些绝缘组件而言会降低其使用寿命。　　1.6对绝缘的影响　　随着非线性电力设备的广泛应用，电力系统中谐波问题日趋严重，谐波的存在会对电力设备造成损坏，加速设备绝缘老化。谐波叠加后的电压峰值对器件老化有很大的影响，研究表明，谐波对其寿命的主要影响因素为：电压峰值、电压均方根值和电压波斜率。其中峰值对它寿命的影响最大。　　1.7对各类电力电容器(包括补偿电容)的影响　　由于大部分电力电容器对于高次谐波呈现低阻抗，有的电容器在和系