谐波的危害与治理
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谐波的危害与治理
趋
势
趋势
电力网中非线性负载的逐渐增加是全世 界共同的趋势，如变频器（1）、晶闸管整
流器、直流设备、计算机、电视机、节能灯、
UPS、中频炉、轧机系统等，这些非线性负
载将导致电网污染，电力品质下降，引起供
用电设备故障,甚至引发严重火灾事故等。
1
趋 危
势 害
危害
一些常见 的危害
1
2
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治理
混合 滤波
有源滤波安全有效，但与无源滤波相比，成本较高；混合 滤波器是将有源滤波器与无源滤波器结合起来，使其既能达到 有源滤波器的滤波性能，还能适当降低成本，避免无源滤波器 的安全隐患。混合滤波器特别适合应用在谐波量大、功率因数 低的场合，可有效降低谐波治理成本。
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谢谢
9
危害
导致意外 跳闸
继电保护正常运行中，当电源谐波分量较高时， 可能会引起过电压保护、过电流保护的误动作。当三 相严重不对称时，在正序性谐波或负序性谐波含量较 高的情况下，可能对以负序滤过器为启动元件的保护 装置产生干扰，而引起误动。如某地电气化铁路通车 后，曾发生过由于牵引变电所注入系统大量的谐波和 负序电流，引起供电系统电能质量指标严重恶化，多 次造成发电机的负序电流保护误动，主变压器的过电 流保护装置误动，线路的距离保护振荡闭锁装置误动， 高频保护收发讯机误动，母线差动保护误动和故障录 波器误动的事故。9Fra bibliotek趋 危 治
势 害 理
治理
传统的谐波治理装置，基本原理为谐波旁路。主要有电容 电抗等无源器件组成；作为低成本的滤波方案，经过准确设计 和高性能滤波元件选型的调谐式无源滤波器在某些场合可以安 全运行。
无源谐波
混合滤波
有源滤波
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治理
无源 谐波
无源滤波的主要结构是用电抗器与电容器串联起来，组成 LC 串联回路，并联于系统中，LC回路的谐振频率设定在需要 滤除的谐波频率上，例如5次、7次、11次谐振点上，达到滤除 这3次谐波的目的。其成本低，但滤波效果不太好，如果谐振 频率设定得不好，会与系统产生谐振。市场上流通较多的采取 的滤波方法就是这一种，主要是因为低成本，用户容易接受。 虽滤波的效果较差，只要满足国家对谐波的限制标准和电力部 门对无功的要求就行了。由于其低成本，市场的需求也就大， 一般而言，低压0.4KV系统大多数采用无源滤波方式，高压 10KV几乎都是采用这种方式对谐波进行治理。
Q
0 0.00424 0.00424 -0.00424 -0.00424
负载电能计量影 响（与基波电度 比较） +0.69% +0.49% -0.49% -0.49% +0.49%
9
危害
导致无功 补偿装置 损坏
谐波电流对无功补偿装置的影响也很常见，这实 际已经成为企业进行节能技术改造中不可回避的问题。 节能改造中大量使用变频器，而变频器产生严重的谐 波电流。这些谐波电流对原来的无功补偿装置造成了 不同程度的损坏，常见的现象包括：无功补偿装置不 能投切、无功补偿装置中的保险丝烧断、无功补偿装 置中的电容炸裂。有时，不仅无功补偿器出现故障， 甚至变压器也会遭到损坏。谐波电流造成这些危害的 根本原因是谐波电流在无功补偿装置与变压器构成的 回路中发生了LC并联谐振。LC并联谐振会导致电流方 法，烧毁无功补偿装置。
9
危害
对电子型 电能表计 量准确度 的影响 对电子型电能表呈宽带响应的特性，电子表带宽主要受 其互感器频带和乘法器时钟频率的限制。电子式电能表的误 差主要源自其输入模块。在结构设计上，由于电能表输入模 块的信号变送仅考虑基波，当电压、电流波形发生畸变时， 磁通不能相应地发生线性变化而产生误差，影响了电能表地 整体计量精度。
u(t)=√2 sin100π t+3%×√2sin(300π t+θ 3) i(t)=√2 sin(100π t-π /6)+20%×√2 sin(300π t+θ 3-θ )
相位差 谐波功率
θ（rad）
0 π/4 3π/4 -3π/4 -π/4
P
0.006 0.00424 -0.00424 -0.00424 0.00424
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治理
有源 滤波
先进的治理谐波装置，基本原理是谐波抵消。主要器件为 IGBT电力电子器件。他完全克服了无源滤波器的所有弊端，独 立于系统阻抗，没有过载和谐波危险，滤波灵活有效。响应速 度快，不仅能动态分相滤除谐波和补偿无功，还能解决三相不 平衡、闪变、电压波动等电能质量问题。但由于受到电力电子 元件耐压，额定电流的发展限制，成本极高。
3
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危害
导致电缆 过热
谐波电流流过电缆时，会导致电缆过热。造成这 种现象的原因是交流电流的趋肤效应。趋肤效应是交 流电流流过导体时，向导体的表面集中的一种物理现 象，电流的频率越高，电流越向导体表面集中。
导体损耗与谐波畸变 率的关系图
9
危害
导致变压 器过热
谐波电流的趋肤效应导致了更高的铜损和铁损， 同时更大的涡流损耗和磁滞损耗导致铁心损耗增加。 谐波电流流过变压器时，会使变压器在没有达到额定 功率时便出现温度过高的现象。当负荷主要是变频器、 中频炉等谐波源设备，这时发现变压器仅仅达到50% 负荷时，就温度过高。过高的温度会缩短变压器的寿 命。为了避免变压器过热，当负载是谐波源时，必须 降额选用变压器(使变压器不工作在额定功率下)。
趋
势
趋势
电力网中非线性负载的逐渐增加是全世 界共同的趋势，如变频器（1）、晶闸管整
流器、直流设备、计算机、电视机、节能灯、
UPS、中频炉、轧机系统等，这些非线性负
载将导致电网污染，电力品质下降，引起供
用电设备故障,甚至引发严重火灾事故等。
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趋 危
势 害
危害
一些常见 的危害
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治理
混合 滤波
有源滤波安全有效，但与无源滤波相比，成本较高；混合 滤波器是将有源滤波器与无源滤波器结合起来，使其既能达到 有源滤波器的滤波性能，还能适当降低成本，避免无源滤波器 的安全隐患。混合滤波器特别适合应用在谐波量大、功率因数 低的场合，可有效降低谐波治理成本。
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谢谢
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危害
导致意外 跳闸
继电保护正常运行中，当电源谐波分量较高时， 可能会引起过电压保护、过电流保护的误动作。当三 相严重不对称时，在正序性谐波或负序性谐波含量较 高的情况下，可能对以负序滤过器为启动元件的保护 装置产生干扰，而引起误动。如某地电气化铁路通车 后，曾发生过由于牵引变电所注入系统大量的谐波和 负序电流，引起供电系统电能质量指标严重恶化，多 次造成发电机的负序电流保护误动，主变压器的过电 流保护装置误动，线路的距离保护振荡闭锁装置误动， 高频保护收发讯机误动，母线差动保护误动和故障录 波器误动的事故。9Fra bibliotek趋 危 治
势 害 理
治理
传统的谐波治理装置，基本原理为谐波旁路。主要有电容 电抗等无源器件组成；作为低成本的滤波方案，经过准确设计 和高性能滤波元件选型的调谐式无源滤波器在某些场合可以安 全运行。
无源谐波
混合滤波
有源滤波
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治理
无源 谐波
无源滤波的主要结构是用电抗器与电容器串联起来，组成 LC 串联回路，并联于系统中，LC回路的谐振频率设定在需要 滤除的谐波频率上，例如5次、7次、11次谐振点上，达到滤除 这3次谐波的目的。其成本低，但滤波效果不太好，如果谐振 频率设定得不好，会与系统产生谐振。市场上流通较多的采取 的滤波方法就是这一种，主要是因为低成本，用户容易接受。 虽滤波的效果较差，只要满足国家对谐波的限制标准和电力部 门对无功的要求就行了。由于其低成本，市场的需求也就大， 一般而言，低压0.4KV系统大多数采用无源滤波方式，高压 10KV几乎都是采用这种方式对谐波进行治理。
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0 0.00424 0.00424 -0.00424 -0.00424
负载电能计量影 响（与基波电度 比较） +0.69% +0.49% -0.49% -0.49% +0.49%
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危害
导致无功 补偿装置 损坏
谐波电流对无功补偿装置的影响也很常见，这实 际已经成为企业进行节能技术改造中不可回避的问题。 节能改造中大量使用变频器，而变频器产生严重的谐 波电流。这些谐波电流对原来的无功补偿装置造成了 不同程度的损坏，常见的现象包括：无功补偿装置不 能投切、无功补偿装置中的保险丝烧断、无功补偿装 置中的电容炸裂。有时，不仅无功补偿器出现故障， 甚至变压器也会遭到损坏。谐波电流造成这些危害的 根本原因是谐波电流在无功补偿装置与变压器构成的 回路中发生了LC并联谐振。LC并联谐振会导致电流方 法，烧毁无功补偿装置。
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危害
对电子型 电能表计 量准确度 的影响 对电子型电能表呈宽带响应的特性，电子表带宽主要受 其互感器频带和乘法器时钟频率的限制。电子式电能表的误 差主要源自其输入模块。在结构设计上，由于电能表输入模 块的信号变送仅考虑基波，当电压、电流波形发生畸变时， 磁通不能相应地发生线性变化而产生误差，影响了电能表地 整体计量精度。
u(t)=√2 sin100π t+3%×√2sin(300π t+θ 3) i(t)=√2 sin(100π t-π /6)+20%×√2 sin(300π t+θ 3-θ )
相位差 谐波功率
θ（rad）
0 π/4 3π/4 -3π/4 -π/4
P
0.006 0.00424 -0.00424 -0.00424 0.00424
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治理
有源 滤波
先进的治理谐波装置，基本原理是谐波抵消。主要器件为 IGBT电力电子器件。他完全克服了无源滤波器的所有弊端，独 立于系统阻抗，没有过载和谐波危险，滤波灵活有效。响应速 度快，不仅能动态分相滤除谐波和补偿无功，还能解决三相不 平衡、闪变、电压波动等电能质量问题。但由于受到电力电子 元件耐压，额定电流的发展限制，成本极高。
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危害
导致电缆 过热
谐波电流流过电缆时，会导致电缆过热。造成这 种现象的原因是交流电流的趋肤效应。趋肤效应是交 流电流流过导体时，向导体的表面集中的一种物理现 象，电流的频率越高，电流越向导体表面集中。
导体损耗与谐波畸变 率的关系图
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危害
导致变压 器过热
谐波电流的趋肤效应导致了更高的铜损和铁损， 同时更大的涡流损耗和磁滞损耗导致铁心损耗增加。 谐波电流流过变压器时，会使变压器在没有达到额定 功率时便出现温度过高的现象。当负荷主要是变频器、 中频炉等谐波源设备，这时发现变压器仅仅达到50% 负荷时，就温度过高。过高的温度会缩短变压器的寿 命。为了避免变压器过热，当负载是谐波源时，必须 降额选用变压器(使变压器不工作在额定功率下)。