电网谐波及其抑制措施

河南科技2012.01上

工业技术

INDUSTRY TECHNOLOGY

在电力电子技术快速发展的今天，用电负荷日益增加，变频器驱动的电动机系统因其控制流程方便、节能效果明显、维护简单和网络化等优点，在电力系统中得到了广泛应用。变频器在变频过程中都会使它的输入、输出端产生高次谐波，输入端的高次谐波会通过输入电源线对公用电网产生影响，输出端的高次谐波会对电动机等负载造成很大的负面影响。因此，研究谐波的来源、影响、检测方法和抑制措施是很有必要的。

一、谐波的产生原因

电力系统中的三相交流发电机发出的三相交流电压一般可认为是50Hz 的正弦波，但由于系统中存在各种非线性元件，致使系统和用户的线路内出现了谐波，使电压或电流波形发生畸变。系统中产生谐波的非线性元件很多，尤其以大型硅整流设备和大型电弧炉所产生的谐波最为突出，严重影响系统的电能质量。

二、谐波的危害性

谐波对电气设备的危害极大，具体来说，当谐波电流通过变压器时，变压器铁芯的损耗明显增加，发热量激增，致使铁芯使用寿命缩短；当谐波电流通过交流电动机时，会使电动机转子发生震动，增大电动机产生的噪声，严重影响电动机的正常工作；当谐波电压加在电容器两极时，由于电容器对谐波的阻抗很小，电容器很容易发生过负荷甚至烧毁。此外，谐波电流会使电力线路的电能损耗和电压损耗增加，使计量电能的感应式电度表计量不准确，特别是电子式电度表会被严重干扰，无法正常工作，甚至被烧毁；会使电力系统发生电压谐振，使线路产生过电压，有可能击穿线路设备的绝缘，造成事故；还可能造成系统的继电保护和自动装置误动作，对电力线路附近的通信线路和通信设备产生信号干扰。由此可见，谐波的危害是十分严重的，应高度重视。

三、谐波测量

谐波的危害是评价电能质量的一个重要指标，有必要在电网日常运行中加以检测和监测。由于电网谐波问题的复杂性，采用一定的理论计算，很难准确反映电网的实际情况，通常采用实测电网谐波的干扰来保证电网的安全运行和高质量供电。常用的谐波分析仪种类较多，常见的有谐波检测报警仪、谐波频谱分析仪、电能质量综合分析仪。发达国家在研制和使用谐波分析仪方面较先进，所生产的仪器功能齐全、测量范围广，使用方便可靠，价格较高，如美国fluke 电能质量分析仪、日产数字型电能分析仪。而国产仪器性能方面则较差，数据采集方面也不太理想，但价格较低。如国产dxj 系列谐波检测仪、国产gxf 系列谐波频谱分析仪等。

四、谐波抑制措施

谐波抑制措施常见的有3类：一是装设谐波补偿装置来补偿谐波。二是对电力电子装置本身进行改造，减少其产生的谐波，控制其功率因数为1。三是在市电网络中采用适当的措施来抑制谐波。具体方法有以下几种。

1.合理选用电力电子设备。选用电力电子设备时，尽量选

脉动数较大或有一定移相角的换流变压器。12相脉冲整流THDv （电压畸变率）为10%~15%，18相脉冲整流的THDv 为3%~

8%，缺点是需要专用变压器，不利于设备的改造，价格较高。

2.合理改造电力电子装置。在用户进线处加串联电抗器，

以增大和电气系统的电气距离，减小谐波的相互影响；具有谐波互补性的装置应集中，否则会分散或交错使用，适当限制谐波量大的工作方式。当设备本体无法改造时，可在谐波源附近安装有源电力滤波器来吸收谐波电流，但补偿容量较小，造价较高。

3.保持电源三相平衡。从电源电压、线路阻抗、负载特性

等方面找出不平衡原因，改善电源三相不平衡度；加装无功功率补偿装置，抑制电压波动、闪变、三相不平衡；增大供电电源容量，减小谐波含量。

4.改进设备或装置性能，提高用电设备的抗干扰能力。信

号线与动力线分开配线，尽量使用双绞线降低共模干扰。在通讯电子控制系统中，编制的软件可适当增加对检测信号和输出控制部分的软件滤波，以增强系统自身的抗干扰能力。

5.安装电力滤波器。无源电力滤波器无功补偿效果良好，

适合于稳态谐波场所。有源电力滤波器动态性能好，响应时间(15μs)短，三相补偿谐波电流的功率损耗低（小于设备额定功率的3%），适合于暂态谐波或谐波成分复杂、变化较快、随机性

较强的场所。

五、应用实例

目前工厂普遍采用变频调速，大多是6脉冲触发变频器，5次谐波含量较高。以某厂1台980kW/690V 三相异步电动机为例，该电动机由西门子6脉冲变频器传动调速。可在变频器输入端并联安装1台诺基亚无源电力滤波器，主要吸收变频器产生的5次谐波。投用前5次谐波畸变率为28.8%，投用后变成1.7%，补偿率超过90%,基本可以消除系统的5次谐波干扰。无源滤波器结构中的电容器提高线路末端功率因数达到100%，节约电能统计结果显示投入后比投入前月节电超过8000kW ·h ，取得了良好的经济效益。

电网谐波对公用电网具有一定程度的破坏，是电网污染源

之一，当前使用的各种方法都各有利弊，因此，分析和研究谐波

的抑制措施具有重要的现实意义。H

K 镇平县电业局王金伟

电网谐波及其抑制措施

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