电力谐波危害及治理

 [摘 要] 电网谐波造成电网污染，导致输,配,用电系统随时出现许多故障, 电网谐波还大大

增加了电能损耗。文中详细论述了电力谐波危害，并提出主要治理方案。

[关键词] 电力谐波 危害 治理

工业经济的飞速发展使非线性设备的广泛应用,大量的谐波电流被注入电网，严重影响了

电能质量，威胁电网的安全运行,同时增加了电能损耗，降低了经济效益。

1 谐波的来源

电网谐波主要来源于3 个方面：（1）发电源质量不高产生的谐波；（2）输配电系统产

生的谐波；（3）用电设备产生的谐波。其中用电设备产生的谐波最多。

发电机由于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一致，发电

源或多或少会产生一些谐波，但一般来说很少。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，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择

在磁化曲线的饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波因而含有奇次谐波。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的50%。在用电设备中，晶闸管整流设备`

变频装置`电弧炉`电石炉`气体放电类电光源`家用电器等都能产生谐波。

2 谐波的危害

2.1 影响线路的稳定运行

2.1.1 影响线路的稳定运行

供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电磁式继电器`感应式继电器或晶体管

继电器来检测保护的，使得在故障情况下线路与设备能安全运行。但由于电磁式继电器与感

应式继电器在谐波影响下会误动作，因而不能全面有效地起保护作用。晶体管继电器虽然有

许多优点，但由于采用了整流取样电路，也容易受谐波影响，产生误动或拒动。这样，谐波

将严重威胁供配点系统的稳定与安全运行。

2.1.2 影响电网的质量

电力系统中的谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变。如低压配电系统中的中性线，

由于荧光灯`调光灯`计算机等负载，会产生大量的奇次谐波，其中3 次谐波的含量较多，可

高达40%；三相配电线路中，相线上的3 的整数倍谐波在中性线上会叠加，使中性线的电

流值可能超过相线上的电流。另外，相同频率的谐波电压与谐波电流要生产同次谐波的有功

功率与无功功率，从而降低电网电压，浪费电网的容量。

2.2 对电力设备的危害

2.2.1 对电力变压器的危害

谐波使变压器的铜耗增大，其中包括电阻损耗、导体的涡流损耗与导体外部因漏磁通引

起的杂散损耗都要增加。谐波还能使变压器的铁耗增大，这主要表现在铁心中的磁滞损耗增

加，谐波使电压的波形畸变越大，则磁滞损耗越大。同时由于以上两方面的损耗增加因此要

减少变压器的实际使用容量。除此之外，谐波还会导致变压器的燥声增大，甚至发出金属声。

2.2.2 对电力电缆的危害

由于谐波次数的高频率上升，再加上电缆导体截面积越大屈肤效应越明显，从而导致导

体的交流电阻增加，使得电缆允许通过的电流减小。另外电缆的电阻、线路的感抗与系统的

串联提高功率因数用的电容器及线路的容抗与系统并联，一定数值的电感与电容可能发生谐

振。

2.2.3 对电力电容器的危害

当电网存在谐波时，投入电容后其端电压增大，通过电容器的电流就增大，使得电容损

耗功率增大。对于膜纸复合介质电容器，虽然允许有谐波时的损耗功率为无谐波时损耗功率

的3.18 倍，对于全膜电容器允许有谐波时的损耗功率为无谐波时的1.43 倍，但如果谐波含

量较高，超出电容允许的条件，就会使电容器过电流和过负荷，因而异常发热，在电场和温

度的作用下绝缘介质会迅速老化，尤其是电容器投入在电压已经畸变的电网中时还可能使电

网的谐波加剧，即产生谐波扩大现象。另外谐波的存在往往使电压呈现尖顶波形，尖顶电压

波易在介质中诱发局部放电，且由于电压变化率大，局部放电强度大，对绝缘介质更能起到

加速老化的作用，从而缩短电容器的使用寿命。一般来说，电压每升高10%，电容的寿命

就要缩短1/2 左右。再者在谐波严重的情况下，还会使电容器鼓肚、击穿或爆炸。

2.3 对用电设备的危害

2.3.1 对电动机的危害

谐波对异步电动机的影响，主要是增加电动机的附加损耗，降低效率，严重时使电动机

过热。尤其是负序谐波在电动机中产生负序旋转磁场，形成与电动机旋转方向相反的转矩，

起制动作用，从而减少电动机的出力。另外，当电动机中的谐波电流的频率接近某个零件的

固有频率时还会使电动机产生机械振动，发出很大的噪声。

2.3.2 对低压开关的危害

对于配电用的断路器来说，全电磁型的短路器易受谐波电流的影响使铁耗的增大而发

热，同时由于对电磁铁的影响与涡流的影响而使其脱扣困难，且谐波次数越高影响越大；热

磁型的断路器，由于导体的集肤效应与铁耗增加而引起发热，使得额定电流降低与脱扣电流

降低；电子型的断路器额定电流的降低更多。由此可知，上述三种配电断路器都可能因谐波

产生误动作

对于漏电路器来说，由于谐波汇漏电流的作用，可能使断路器异常发热，出现误动作或

拒动。对于电磁接角器来说，谐波电流，使磁体部件升温增大，线圈温度升高使额定电流降

低。对于热继电器来说，因受谐波电流的影响也要使额定电流降低。在工作中它们都可能造

成误动作。

2.3.3 对弱电系统设备的干扰

对于计算机网络、通信、有线电视、报警与楼宇自动化等设备，电力系统中的谐波通过

电磁感应、静电感应与传导方式耦合到这些系统中，产生干扰。其中电磁感应与静电感应的

耦合强度与干扰频率成正比，传导则通过公共接地耦合，有大量不平衡电流流人接地极，从

而干扰弱电系统。

2.4 影响电力测量的准确性

目前采用的电力测量仪表有电子式和感应式两种，它们都会受谐波的影响。特别是电子

式电能表，当谐波较大时将产生计量混乱，这将对供电部门带来难以估计的损失。

2.5 谐波对人体的影响

从人体生理学角度来看，人体细胞在受到刺激兴奋时，其频率如果与谐波频率相近，电

网谐波的电磁辐射就会直接影响人的大脑与心脏。

3 谐波的治理

由于谐波对电网带来许多方面的危害，治理谐波就显得尤为重要。

3.1 选型把关，验收检测

作为供电部门，在用户报装时详细了解其用电性质和用电设备，审查设计图纸时充分考

虑系统的设计，使所选用设备的谐波控制在标准允许的范围内。对工矿企业应特别注意，在

通电验收时要做好谐波的检测。

3.2 加装设施，减小谐波

对现运行的线路应定期进行线损统计，对线损教大的线路进行分析，找出线损大的原因，

如怀疑与谐波有关，因寻找出谐波源，加装设施减小谐波。

3.2.1 加装谐波滤波器

对于电动机控制器产生的谐波，谐波的形状很分明，可以用滤波器来降低谐波电流。

3.2.2 加隔离变压器

均衡的3 次谐波电流传回到电源去的问题还可以用一台DYN 接法的隔离变压器来削

弱。

3.2.3 加装有源的谐波调节器

由于流器/逆变器产生的边频带和谐波不能很好地用普通的滤波器来滤除，这是因为边频

带上的频率是随 传动装置的速度而变化的，并且时常很接近于基波频率。有源滤波器能主

动注入一个电流精确地补偿由负荷产生的谐波电流，获得一个纯粹的正弦波。

3.2.4 采用在无功补偿的同时加装电抗器的方案

（1） 欧洲早在十几年前就认识到电网谐波对干扰与损害电网安全及关联用电

设备正常运行的危害并制定了强制性法规，基本上只允许安装串联电抗器的无

功补偿装置。实践证明：虽然装置增加了一些成本，但是其明显优点如节省无

功电流费用，减轻导线、熔断器及变压器的负荷，减少谐波电流与谐波电压，

防止电网谐振使整个用电电网与供电电网更安全可靠与高效。

（2） GMKPb 常用串联电抗率为5.67%,7%,14%，其相应谐振频率分别为210Hz，

1Hz 及134Hz。由于电网中谐波主要是5 次与7 次谐波，通常7%的电抗配

置能解决绝大多数问题，即既能防止电网谐振，又能适当吸收电网谐波。但如

果系统情况复杂，需要采用不同于7%电抗率，则必须经过实地实时测量后才

能确定正确的串联电抗率。如果电网中经常出现的是三次谐波，则必须选择

14%的电抗率。

（3） 中国多数用户由于成本问题排斥使用带电抗的无功补偿方案，但是有些情况下

必须串联电抗器：根据欧洲的经验与规范，如果用户产生谐波设备的总功率

（KW）达到企业用电总功率的10~15%时；或者在5 次谐波时谐波电压高出

电网电压2%（或者总的谐波频谱的谐波电压高出电网电压3%）时，则必须串

联电抗器。要注意的是，这些数值的确定应在低负荷动作时段进行考查，因为

这时用电设备的电网抑制消失，容易产生推移而导致快速形成谐振。

（4） 德国法兰克盖姆普公司自2000 年以来广泛推广安装串联电抗器的无功补偿装置,用户效果十分明显,如中国华晶集团,电视五台,抗州松下冷机,NOK 橡胶,等.

3.2.5 德国法兰克盖姆普公司还可提供其他滤波装置包有源的谐波调节器以及各种解决方案,法兰克盖姆普GMKPb/r 无功补偿(滤波)装量系统比其他同类产品更优

良:

1. 非等比设计: 模块化非等比设计使同容量回路数量及开关次数达到最优化,大大提高可靠

性.

2. 元器件单一: 30Kvar 与15Kvar 组或25Kvar 与12.5Kvar 组能满足大多数容量需要.

3.万能式配套: 可以与国内外各种柜型轻松配套, 而与柜型类别无关.

1. 连接更简便: 由于每个模块自成相对的系统, ,同时每个模块备有主回路电和控制回路

两 个接口,模块本身已组装及检验合格, 只需将其通过母线相连就实现对接及容量扩展。

2. 体积更小型: 单柜无功容量较传统的固定式成套柜增加至少一倍.

3. 扩容更方便: 在用户无功补偿容量不足时可以随时增加模块进行扩容而不需变动柜子结

构.

4. 检修更容易: 可直接将模块抽出或更挽模块部件,余下模块可继续工作.

5. 进线更灵活: 上进线及下进线均可选择,还可设置主断路器.

6. 安全可触摸: 所有柜内连接全部为可触摸式安全连接技术,IP20。

7. 功能更强大: 可实现如下功能

10.1 三相补偿,分相补偿, 三相补偿和分相补偿混合补偿

10.2 单一无功补偿或无功补偿兼滤波双重选择

10.3 可选择接触器(90%的场合)或动态晶闸管(可控硅)投切方式.

10.4 可选择实现COS,U,I,P,S 多种控制方式

10.5 可实现谐波超限,温度超值特殊保护方式.

10.6 独特的要害场所高技术防谐振保护.

10.7 粉尘污秽场合加装专用过滤器技术.

10.8 可扩展电力需求侧管理功能.

11.优良的设计技术,丰富的专业经验,高品质的元器件

-最新GMKP 充气式环保化电容器

-最新GMKPr 高线性低损耗电抗器

如图:

上图为一般产品实测波形

上图为法兰克产品实测波形,电源质量改善巳十分明显.

3..3 加大宣传，供用同治

通过各种媒体加大宣传力度，使用户明确治理谐波是互惠互利的，既可节能增效，又可

保障设备的安全运行。供电方与用电方应共同治理。

4 结论

电网谐波造成电网污染，严重影响电能质量,威胁电网的安全运行，增加了电能损耗，情

况日趋严重。应引起足够的重视，关键是尽快制订完善的法规,才能长期坚持对谐波进行有

效的治理，保障电力系统的安全运行，降低电能损耗，提高企业的经济效益。__