谐波治理与无功补偿

谐波治理与⽆功补偿
1：什么是谐波：
电⼒系统中有⾮线性（时变或时不变）负载时，即使电源都以⼯频50HZ供电，当⼯频电压或电流作⽤于⾮线性负载时，就会产⽣不同于⼯频的其它频率的正弦电压或电流，这些不同于⼯频频率的正弦电压或电流，⽤富⽒级数展开，就是⼈们称的电⼒谐波。

从⼴义上讲，由于交流电⽹有效分量为⼯频单⼀频率，因此任何与⼯频频率不同的成分都可以称之为谐波.
在电⼒系统⽅⾯，谐波是指多少倍于⼯频频率的波形，简称“次”，是指从2次到30次范围，
如5次谐波电压（电流）的频率是250赫兹，7次谐波电压（电流）的频率是350赫兹；3、5、
、7、9、11、等叫做其次谐波，超过13次的谐波称⾼次谐波。

近三四⼗年来，各种电⼒电⼦装置的迅速发展使得公⽤电⽹的谐波污染⽇趋严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发⽣，谐波危害的严重性才引起⼈们⾼度的关注。

: 电⼒谐波对电⼒⽹（包括⽤户）危害是⼗分严重的，它是⼀种电⼒污染，
随着经济展，⼤功率可控硅的⼴泛应⽤，⼤量⾮线性负荷增加，特别是电⼦技术、节能技术和控制技术的进步，在化⼯、冶⾦、钢铁、煤矿和交通等部门⼤量使⽤各种整流设备、交直流换流设备和电⼦电压调整设备，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，同时种类繁多的照明器具、娱乐设施和家⽤电器等普及使⽤，使得电⼒系统波形严重变形。

2：:电⼒谐波的主要危害有：
（1）引起串联谐振及并联谐振，放⼤谐波，造成危险的过电压或过电流；
（2）产⽣谐波损耗，使发、变电和⽤电设备效率降低；
（3）加速电⽓设备及电⼒变压器绝缘⽼化，使其容易击穿，从⽽缩短它们的使⽤寿命；（4）使设备（如电机、继电保护、⾃动装置、测量仪表、电⼒电⼦器件、计算机系统、精密仪器等）运转不正常或不能正确操作；
（5）⼲扰通讯系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正确传递，甚⾄损坏通信设备。

（6）使开关（断路器）过载，造成经常性跳闸。

由于谐波电流在导体表⾯流动，引起导体发热，降低了开关的实际容量所致。

（7）使⽆功补偿设备部件损坏，⽆法进⾏⽆功补偿，加⼤对⽤电设备的危害
8）对变电所的继电保护产⽣⼲扰，易造成保护误动作，导致区域性停电事故。

（9）对家⽤电器产⽣危害，如空调、微波炉、电视等。

（10）对电动机的危害
对旋转的发电机、电动机，由于谐波电流或谐波电压在定⼦绕组、转⼦回路及铁芯中产⽣附加损耗，从⽽降低发输电及⽤电设备的效率，更为严重的是谐波振荡容易使汽轮发电机产⽣震荡⼒矩，可能引起机械共振，造成汽轮机叶⽚扭曲及产⽣疲劳循环，导致设备⽆法正常⼯作。

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。

另外电线路损失，降低变压器额定容量。

动机中的谐波电流，当频率接近某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。

（11）对低压开关设备的危害断路器开断谐波含量较⾼的电流时，断路器的遮断能⼒将⼤
⼤降低，造成电弧重燃，发⽣短路，甚⾄断路器爆炸。

对于配电⽤断路器来说，全电磁型的断路器易受谐波电流的影响使铁耗增⼤⽽发热，同时由于对电磁铁的影响与涡流影响使脱扣困难，且谐波次数越⾼影响越⼤；热磁型的断路器，由于导体的集肤次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，谐波也要使其额定电流降低，尤其是检测峰值的电⼦断路器，额定电流降低得更多。

由此可知，上述三种配电断路器都可能因谐波产⽣误动作。

（12）对于漏电断路器来说，由于谐波汇漏电流的作⽤，可能使断路器异常发热，出现误动作或不动作。

对于电磁接⾓器来说，谐波电流使磁体部件温升增⼤，影响接点，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。

在⼯作中它们都有可能造成误动作。

（13）对弱电系统设备的⼲扰影响通讯系统的正常⼯作
当输电线路与通讯线路平⾏或相距较近时，由于两者之间存在静电感应和电磁感应，形
成电场耦合和磁场耦合，谐波分量将在通讯系统内产⽣声频⼲扰，从⽽降低信号的传输质量，破坏信号的正常传输，不仅影响通话的清晰度，严重时将威胁通讯设备及⼈⾝安全。

　谐波会对邻近的通信系统产⽣⼲扰，轻者产⽣噪声，降低通信质量；重者导致住处丢失，使通信系统⽆法正常⼯
对于计算机⽹络、通信、有线电视、报警与楼宇⾃动化等弱电设备，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⼊接地极，从⽽⼲扰弱电系统。

(14)影响电⼒测量的准确性
⽬前采⽤的电⼒测量仪表中有磁电型和感应型，它们受谐波的影响较⼤。

特别是电能表（多采⽤感应型），当谐波较⼤时将产⽣计量混乱，测量不准确。

(15)引发供电事故的发⽣
　谐波电压在许多情况下能使正弦波变得更尖，不仅导致变压器、电容器等电⽓设备的磁滞及涡流损耗增加，⽽且使绝缘材料承受的电应⼒增⼤。

谐波电流能使变压器的铜耗增加，所以变压器在严重的谐波负荷下将产⽣局部过热，噪声增⼤，从⽽加速绝缘⽼化，⼤⼤缩短了变压器、电动机的使⽤寿命，降低供电可靠性，极有可能在⽣产过程中造成断电的严重后果。

电⽹中含有⼤量的谐波源（变频或整流设备）以及电⼒电容器、变压器、电缆、电动机等负荷，这些电⽓设备处于经常的变动之中，极易构成串联或并联的谐振条件。

当电⽹参数配合不利时，在⼀定的频率下，形成谐波振荡，产⽣过电压或过电流，危及电⼒系统的安全运⾏，如不加以治理极易引发输配电事故的发⽣。

(16)谐波对⼈体有影响
从⼈体⽣理学来说，⼈体细胞在受到刺激兴奋时，会在细胞膜静息电位基础上发⽣快速电波动或可逆翻转，其频率如果与谐波频率相接近，电⽹谐波的电磁辐射就会直接影响⼈的脑磁场与⼼磁场
3：谐波的治理：
1）谐波治理标准
GB/T 14549?93 《电能质量公⽤电⽹谐波》
该标准对不同电压等级各次谐波允许注⼊值都作了具体规定（略），其规定公⽤电⽹谐波电压（相电压）限值。

2）谐波治理
谐波治理就是在谐波源处安装滤波器，就近吸收谐波源产⽣的谐波电流，现在⼴泛采⽤的滤波器为⽆源滤波器，另外有利⽤时域补偿原理的有源滤波器，这种滤波器的优点是能做到适时补
偿，且不增加电⽹的容性元件，但造价较⾼。

⽆源滤波装置，吸收⾼次谐波，⽽所有滤波⽀路对基波呈现容性，正好满⾜⽆功补偿要求，不必另装并联电容器补偿装置，这种⽅法经济、简便，国内外⼴泛采⽤。

滤波器的种类，滤波器⼤致分为以下六种类型：
(a)?单调谐波滤波器；(b)?双调谐滤波器；
(c)?⼀阶⾼通滤波器；(d)?⼆阶⾼通滤波器；
(e)?三阶⾼通滤波器；(f)?“c”式⾼通滤波器。

单调谐滤波器通频带窄，滤波效果好，损耗⼩，调谐容易，是使⽤最多的⼀种类型。

双调谐滤波器可替代两个单调谐滤波器，只有⼀个电抗器（L1）承受全部冲击电压，但接线复杂，调谐困难，仅在超⾼压系统中使⽤。

⼀阶⾼通滤波器因基波损耗⼤，⼀般不采⽤。

⼆阶⾼通滤波器通频带很宽，滤波效果好，既可调谐振点，⼜可调谐曲线锐度，并可防意外共振与放⼤，因此也有以⼆阶宽通带做低次滤波器。

三阶⾼通滤波器⼀般⽤电弧炉滤波。

“C”式⾼通滤波器，⽤于电弧炉滤波，对⼆次谐波特别有效。

（四）、补偿：
企业中由于⼤量的电⼒负荷是感性负荷，因此企业的⾃然功率因数较低，如不采⽤⼈⼯补偿，提⾼功率因数，将造成如下不良影响：
a、降低发电机的输出功率，当发电机需提⾼⽆功输出，低于额定功率因数运⾏时，将使发电机有功输出降低；
b、降低了变电、输电设备的供电能⼒；
c、使⽹络电⼒损耗增加（⽹络中的电能损失与功率因数平⽅数成反⽐）；
d、功率因数愈低，线路的电压降愈⼤，使得⽤电设备的运⾏条件恶化；
e、⽉均功率因数低于0.9（⼩型低压⽤户或农业⽤电为0.8），将受到“电⼒罚款”。

上述可见，提⾼功率因数不仅对电⼒系统，⽽且对企业经济运⾏有着重⼤意义。

在考虑提⾼功率因数时，应⾸先提⾼企业⽤电设备的⾃然功率因数，当采取措施后还达不到供电部门要求时，采⽤⼈⼯补偿装置。

⼀般除在容量较⼤、经常运⾏的恒速机械（如⽔泵、空压机、⿎风机、电动发电机组等）上采⽤同步电动机补偿外，其它的应安装并联电容器进⾏补偿。

1）并联电容器补偿容量的计算
QC = α P30 qc
ＱＣ：需要补偿的⽆功容量，kvar；
P30:全企业有功计算负荷，ＫＷ；
α：平均负荷系数，取0.7～0.8；
qc:补偿率，kvar/KW 可在有关⼿则查得，也可按下式计算：
2）并联电容器的装设地点
a、集中补偿⽅式。

将⾼压电容器集中安装在总降压变电所或功率因数较低、负荷较⼤的配电所⾼压母线上。

b、分散补偿。

对⽤电负荷分散和功率因数较低的车间变电所，采⽤低压并联电容器安装在低压配电室。

C、就地补偿。

对距供电点较远的⼤、中容量连续⼯作制的电动机（如风机、⽔泵、压缩机、球磨机等），应采⽤电动机⽆功功率就地补偿装置。

它不仅提⾼功率因数，且减少线路损失，减⼩总电流，提⾼变压器负载率有明显效果。

但单机补偿容量不宜过⼤，应保证电动机断电时不致因⾃激磁出现过激磁，否则易损坏电动机。

就地补偿装置与电动机共⽤⼀台断路器，同时投切。

3）对⾼次谐波的抑制措施
为了减少和避免⾼次谐波对并联补偿装置的危害。

为减少谐波电流流⼊电容器和合闸涌流，可串适当的电抗器。

其感抗值应在可能产⽣的任何谐波下，均使电容器回路的总电抗为感抗，从⽽消除谐振的可能。

4：⽆功功率补偿的必要性。

现代电⽹中，电动机等感性负荷占据相当70%⽐重。

它们在消耗有功功率的同时，也需要吸收⼤量⽆功功率。

⽆功功率的出现不仅导致发电机出⼒下降，降低了输配电设备效率，⽽且还增⼤了⽹损，严重影响了输电效率和电能的利⽤率。

⽬前，⽇本、美国等发达国家补偿度达到0．5以上，⼲⽹功率因数接近1．0，⽽我国仅
为0．45。

低压系统补偿中，主要采取变电所集中补偿⽅式，对⼤型⽤电设备则采取分散补偿。

⽆功补偿是电⼒系统节能降耗的最好最快的⽅法。

基本上⼀年就可以收回投资。