低压配电系统谐波的产生及治理

低压配电系统谐波的产生及治理
摘要：谐波严重危害电力系统的安全与稳定，会造成额外的电能损耗，缩短
装置的使用寿命，严重污染低压配电系统的电能品质，影响功率因数，致使供电
效率下降。

由于各种非线性负荷的应用推广带来的谐波给电网造成了越来越严重
的污染，因此谐波治理已逐步成为电力系统当前亟待解决的难题。

本文分析了低
压配电系统中谐波成因，探讨了如何治理谐波及抑制办法。

关键词：低压配电系统；谐波；治理；
引言
电力系统稳定运行需遵循频率不变、波形为正弦波的规律，电力行业对电压
设定值有比较清楚的准则，电力能源质量则主要指电压频率及波形质量，其指标
包括：电压偏离、电压起伏和闪烁、频偏、谐波和三相不均衡。

但有关常规线性
负荷的电阻，采用电加热导线及磁性材料，其电流波形通常为正弦波。

电网中的
大容量谐波会引起电网的非线性改变，从而引发电网内的电流，电压波形发生畸变，出现大量高次谐波现象，给配电系统造成伤害。

此外，电压呈正弦波形作用
于非线性元件，由于元件表现为非线性，电压和电流不同步改变。

因此所产生之
电流不能呈正弦波形而不是正弦波，通常都把它归于谐波之列，故非线性元件在
线路上之应用产生了谐波。

一．谐波的概述
当供电系统供给电能质量较为理想时，通过负载的交流波型必须选用标准的
正弦波型。

但是，由于电网负载的非线性较多，使得真实的交流信号往往会出现
畸变，从而产生不规则的波形。

测量的交变电流波型是不对称的。

利用电流叠合
的理论把某些正弦型的畸变电流进行 FFT分解为无限多的正弦量迭代形式。

其中
同工频同频的成分叫基波，可以获得一系列比电力系统基波频率更大的正弦成分，而这些更高频率成分叫谐波。

谐波频率是基波的整数倍，因此，通常又把谐波叫
做高次谐波【1-2】。

二．低压配电系统谐波主要危害
（一）引起电力电缆发热
在三相对称环路下，三相三相线路的三次谐波相位相同，在三相线路上，三
相线路所形成的谐振电流和谐振电压是相线的三倍；因此，在中线的温度升高。

由于 OA装置的数量增多，电子型日光灯的三次谐波对整个体系的覆盖面增大，
因此必须注意到共振弓形的发热问题。

当高频电流通过电线时，会增加集肤效果，使电路外部的电流浓度增加，从而导致相线和中线产生热【3】。

（二）加快绝缘老化的速度，缩短设备的使用寿命
因为在很多场合下，谐波会导致变压器、电容器等电器的电阻和电流损失加大，同时也会加大绝缘体所受到的电压；而且，谐波会使变压器的铜损耗增加，
因此当变压器承受严重谐波负荷时就会出现局部过热和噪声升高，进而加快绝缘
老化速度，减少变压器等使用寿命和供电可靠性【4】。

（三）影响通讯系统工作质量
当电力系统与通信线路并行或相邻时，由于它们间存在静电感应、电磁感应等，容易形成电场、磁场耦合等耦合，三相共振作用非常强烈，会对通信网络造
成严重的噪声，从而降低信号的传输品质；干扰了信号的传输，不仅会降低通话
的清晰性，还会危及到通信的设备和人员的生命。

（四）造成了电网中各类自动和保护设备的误动、拒绝，特别是采用了微电
脑的保护，在综合自动化设备上尤为突出，易引起使区域系统解体而导致故障扩
展的恶性结果【4】。

三．低压配电系统谐波的表现形式
目前常用的谐波特性的方法是采用 FFT进行失真，测量失真频率的方法主要
包括两类：电压失真和电流失真。

由分析结果可知，在单一次谐波失真的情况下，使用的 EMF频率包含的频率较高，而单一次谐波的存在频率则较高。

当前，能对
配电系统造成谐波影响的电气设备广泛存在于人们生活中。

例如大部分的城市和
商务中心、宾馆、宾馆等使用空调电器，而生产企业则使用窑炉、 UPS、 DC供电、整流变压器。

这些电器是典型的非线性电器，尤其是在电力系统的工作状态达到一定程度后，会产生大量的谐波和谐波，往往造成谐波电流与谐波电压超过低压配电系统接线端的允许值以及低压配电网之间的谐波电压载荷值，给电力系统与电网造成很大的冲击与损失。

这些电气设备通常有自己的谐波电流产生量随这些设备的工作状态而增加，从而使在整个制热与制冷状态中产生了大量谐波，特别是应用于工业生产企业中的电气设备以及自动化设施在工作时产生谐波电压以及谐波电流，将对低压配电系统造成更大负荷压力【5】。

在新能源汽车投入运营的背景下，电动汽车已逐步成为今后新能源设备极其重要的一个发展方向。

当前电动汽车得到了越来越多的使用，就其使用状况及适用范围而言，其充电设备极有可能是没有：一种能发出很高频率的共振的设备。

将蓄电池的充电器插入配网后，其单相共整流回路会产生较高的次、奇次和多重次的谐波，成为影响电力网负载容许的主要因素。

对于充电器来说，低压分配中的电流，其负载中励磁电流所占比重远远超过低压变电设备所占比重，因此这部分谐波具有很大危害性【6】。

四．低压配电系统谐波的治理策略
（一）谐波对于低压配电系统的影响
谐波给低压配电系统带来了很大危害，就大多数城市电网供电线路而言，大部分线路损耗以及电力能源空耗中很大一部分都是因为谐波引起，其可使线路电阻随谐波频率升高而增大，给电力能源消耗带来浪费，同时谐波电流还会使线路过载电流和电压升高，以及因此而造成的过载过热、破坏线路绝缘、减小电缆载流能力等问题【7】。

（二）低压配电系统谐波的治理措施
通常情况下，为了达到有效控制谐波的目的，需按照如下思路进行：
1.需要结合实际的低压配电系统进行专用配电回路或专用变压器供电来进行谐波电流和谐波电压的限流和降低。

2.在低压配电网中，由于其电气设备的功率因数低，因此在低压配电网中，
必须在低压母线的一边加装电源滤波器。

无源型滤波器是一种常用的用于抑制谐
波和无功的新型滤波设备，结构相对比较简单，它有着稳定性高，成本投入低，
维护维修困难等应用优点，并且目前仍被许多电力企业所采用，但应用时无源滤
波器尺寸偏大，往往会引起电网电压的波动，技术上还需要优化与发展。

但有源
滤波器采用了较先进的谐波电流检测技术来实现谐波电流实时检测并通过电流瞬
时控制来实现谐波电流动态补偿，并且还能针对电网谐波电流的变化去自动跟踪，有较高的可控性，能够快速地做出反应【8-9】。

3.低压配电系统中变电设备为少数较为重要的非线性设备提供电力供应时，
可以采用电力滤波器或者使用较高谐波抑制作用的设备进行谐波电流与谐波电压
产生源头设备的抑制和治理。

同时，还可选择采用专用供电线路或者配电系统隔
离线性负荷和非线性负荷供电电源。

避免电源端非线性负荷增加，还可选用大容
量变电设备对低压配电系统分解设定回【10-12】。

结语
谐波的出现关系到科学研究设备，人民生活中使用的电子设备和电气设备数
量的增加，同时对低压配电系统造成一定的冲击。

谐波的控制及抑制要求电力企
业及城市电网必须不断更新，低压配电系统设备必须进行研究并技术性更换，系
统端电压及电流荷载水平必须持续提高，为了有效地控制与抑制谐波，确保电力
系统及低压配电系统安全平稳地运行。

参考文献
[1]周敏俊.地铁低压配电系统谐波分析与治理[J].区域治
理,2020,000(051):140-140.
[2]张志胜.低压电网谐波电流治理方案探讨[J].科技研
究,2014,000(016):628-629.
[3]钱中勇.配电网谐波对配电变压器危害分析[J].建筑工程技术与设
计,2018,000(015):4910-4910.
[4]郑立祥.低压配电系统谐波的产生及治理[J].通信电源技
术,2020,037(018):217-219.
[5]周晓曼.低压配电网谐波分析及防范措施[J].科技
风,2013,000(014):122-122.
[6]王文彬.地铁谐波仿真计算与测试[J].公路交通科技·应用技术
版,2014,010(004):325-327.
[7]刘涛.低压配电系统谐波的产生及治理[J].现代工业经济和信息
化,2020,010(004):110-111.
[8]周晓曼.低压配电网谐波分析及防范措施[J].科技
风,2013,000(014):122-122.
[9]费丹.工厂配电系统中谐波的分析及治理[J].建筑知识：学术
刊,2012,000(010):228-229.
[10]茅靖,方健美.低压配电系统谐波抑制及治理设计方法探讨[J].现代建筑电气,2018,009(001):29-34.
[11]朱生杰,王莉娟.动力厂低压配电系统谐波治理项目改造规划与设计[J].通讯世界,2015,000(017):176-176.
[12]王文彬.地铁谐波仿真计算与测试[J].公路交通科技：应用技术
版,2014,000(004):325-327.。