谐波的危害及治理.doc

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1、谐波对供电系统的危害及治理中铝贵州分公司第一铝矿汪元江[摘要][关键词]1、引言一个理想的电力系统是以单一恒定频率与规定幅值的稳定电压供电的。但实际上，由于近年来随着科学技术的不断发展，在电力系统中大功率整流设备和调压装置的利用、高压直流输电的应用、大量非线性负荷的出现以及供电系统本身存在的非线性元件等使得系统中的电压波形畸变越来越严重，对电力系统造成了很大的危害。因此，要实现对电网谐波的综合治理，就必须搞清楚谐波的来源、危害及电网在各种不同运行方式下谐波潮流的分布情况，以采取相应的措施限制和消除谐波，从而改善供电系统供电质量

2、和确保系统的安全经济运行。2、谐波产生的原因  在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶(M．Fourier)分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率、幅度与相角。谐波可以区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、4、6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz时，2次谐波为l00Hz，3次谐波则是

3、150Hz。一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。对于三相整流负载，出现的谐波电流是6n±1次，n为整数，例如5、7、11、13、17、19等。变频器主要产生5、7次谐波。3、电网谐波的来源　3.1发电源产生谐波，由于发电机三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀等其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但对电网影响很小。3.2输配电系统产生谐波，输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性特性

4、，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流0.5%。3.3整流设备产生谐波，近年来，由于晶闸管整流装置在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。目前，常用的整流电路几乎都采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路，其中以三相桥式和单相桥式整流电路为最多，它从电网吸收的

5、是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波。如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的30%；接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。如果整流装置为三相全控桥6脉整流器，变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流；如果是12脉冲整流器，还有11次及以上奇次谐波电流。据统计表明，由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是最大的谐波源。此外，变频装置主要产生5次和7次谐波，对电网造成的危害也越来越大。4、谐

6、波对供电系统的危害　4.1增加了发、输、供和用电设备的附加损耗，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，使导体对谐波电流的有效电阻增加，从而增加了设备的功率损耗、电能损耗，使导体的发热严重。　　4.2谐波对电机的危害主要是产生附加损耗和脉冲转矩。由于集肤效应、磁滞、涡流等随着频率的增高而使在旋转电机的铁心和绕组中产生的附加损耗增加。在供电系统中，用户的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增加的影响最为显著。由于电动机的出力

7、一般不能按发热情况进行调整，由谐波引起电动机的发热效应是按它能承受的谐波电压折算成等值的基波负序电压来考虑的。试验表明，在额定出力下持续承受为3%额定电压的负序电压时，电动机的绝缘寿命要减少一半。因此，国际上一般建议在持续工作的条件下，电动机承受的负序电压不宜超过额定电压的2%。谐波电流产生的谐波转矩对电动机的平均转矩的影响不大，但谐波会产生显著的脉冲转矩，可能出现电机转轴扭曲振动的问题，这种振荡力矩使汽轮发电机的转子元件发生扭振，并使汽轮机叶片产生疲劳循环。4.3谐波电流使变压器的铜耗增加，特别是3次及以上谐波对三角形连接的

8、变压器，会在其绕组中形成环流，使绕组过热；对星形连接的变压器，当绕组中性点接地，而该侧电网中分布电容较大或者装有中性点接地的并联电容器时，可能形成3次谐波谐振，使变压器附加损耗增加。4.4由于输电线路阻抗的频率特性，线路电阻随着频率的升高而增加,在集肤效应的作用下，谐波电流使