谐波谐振产生的原因及危害分析

谐波谐振产生的原因及危害分析

摘要：在电网运行中，不可避免地会产生谐波和谐振。当谐波谐振发生时，其电压幅值高、变化速度快、持续时间长，轻则影响设备的安全稳定

运行，重则可使开关柜爆炸、毁坏设备，甚至造成大面积停电等严重

事故。本文就其定义、产生原因、危害及预防措施作以介绍，供参考。

1.定义

谐波是一个周期的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍，又称高次谐波。通俗地说，基波频率是50HZ，那么谐波就是频率为100HZ、150HZ、200HZ...N*50HZ的正弦波。

谐振是交流电路的一种特定工作状况，是指在含有电阻、电感、电容的交流电路中，电路两端电压与其电流一般是不同相位的，当电路中的负载或电源频率发生变化，使电压相量与电流相量同相时，称这时的电路工作状态为谐振。谐波在电网中长期存在，而谐振仅是电网某一范围内的一种异常状态。

2.产生的原因

谐波的产生是由于电网中存在着非线性负荷（谐波源），如电力变压器和电抗器、可控硅整流设备、电弧炉、旋转电机、家用电器等，另外，当系统中发生谐振时，也要产生谐波。

谐振的发生是由于电力系统中存在电感和电容等储能元件，在某些情况下，如电压互感器铁磁饱和、非全相拉合闸、输电线路一相断线并一端接地等，在部分电路中形成谐振。谐波也可产生谐振，由谐波源和系统中

的某一设备或某几台设备可能构成某次谐波的谐振电路。

3.造成的危害

3.1谐波的危害

谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，也对周围的通信系统产生干扰。电力电子设备广泛应用以前，人们对谐振及其危害就进行过一些研究，并有一定认识，但那时谐波污染没有引起足够的重视。近三四十年来，各种电力、电子装置的迅速使用，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。谐波对公用电网和其他系统的危害大致有以下几个方面。

（1）谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热

甚至发生火灾。

（2）谐波影响各种电气设备的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重

过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以

至损坏。

（3）谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起严重事故。

（4）谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。

（5）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；

重者导致信号丢失，使通信系统无法正常工作。

3.2谐振的危害

（1）谐振时,PT一次线圈通过电流较大,一次侧熔断器尚未熔断时,可能使PT喷油、线圈烧毁甚至爆炸,从而引起开关跳闸造成大范围停

电,破坏系统的正常工作,给电网的安全运行带来极大的威胁。

（2）引起母线三相、二相及单相对地电压升高, 不仅危害设备的绝缘，而且产生大的零序电压分量，出现虚假接地和不正确的接地指示，

并使小容量的异步电机发生反转。

（3）谐振时,电压互感器一次侧熔断器熔断后可能造成母线低电压保护误动,母线负荷误跳闸或厂用电误动,联动不成功时,将造成发电

厂被迫停机、停炉等严重事故。

发生谐振时，运行人员应根据电压、电流的异常指示，判断谐振类型及可能产生的原因，并果断采取措施，防止事故扩大。

4. 预防措施

4.1谐波的预防措施

当电网中谐波含量超出国家规定，就必须采取措施消除或抑制谐波，消除或抑制谐波的对策可以两方面考虑。一是从非线性负载本身入手，使它们尽可能减少谐波电流的注入量。二是设法改变系统中谐波电流的流向，以消除和防止谐波的影响。通常的做法有：

4.1.1在非线性负载回路增设谐波滤波器。主要适用于可控硅整流装置，中频电源装置及各种电子逆变器等。滤波器可以对某些谐波产生强烈的吸收作用，以减少谐波电流有含量。采用单调谐滤波器可以对5—13次谐波进行滤

波，对17次以上的谐波则应采用高通滤波器结线。

4.1.2对非线性负载的供、配电回路要分开独立设置，供电电变压器必须使用Y/△接线方式，即一次侧为Y接，二次侧为角接。其它用电设备不宜与非线性负载共用一台供电变压器，如从经济角度考虑，需用一台变压器供电时须对非线性负载产生的谐波电流成份予以防治，以确保其它用电设备的可靠、安全使用。

4.2 谐振的的预防措施

防止谐振的产生，应从改变供电系统电气参数着手，破坏回路中发生铁磁谐振的参数匹配。这样既可防止电压互感器发生磁饱和，又可预防电压互感器谐振过电压的产生。

4.2.1 装设继电保护设备

当电网发生单相接地故障时，为改变电压互感器的谐振参数，可通过装设一套继电保护设备来实现。该装置是利用单相接地时所产生的较大谐振电流，启动电流继电器投入，将电压互感器二次侧开口三角处绕组短接。当故障排除后，保护装置恢复原状，电压互感器恢复正常运行。

4.2.2 选用不易饱和的或三相五柱式电压互感器。

10 kV系统中使用的电压互感器，应选用励磁感抗大于1.5 MΩ的电压互感器。

4.2.3 减少电压互感器台数。

4.2.4 串接单相互感器。

4.2.5 在中性点装设消弧线圈。

在10 kV系统中发生谐振，且单相接地电流值较大或接近30 A时，可

将中性点通过消弧线圈接地。

4.2.6 在电压互感器一次侧中性点与地之间串接消谐电阻R0。

4.2.7 装设消谐装置。

随着我国工业自动化水平的不断提高,相信在不久的将来,谐波、谐振对电力系统造成的危害会逐步得到根治。

参考文献

[1]解广润《过电压及保护》北京 : 电力工业出版社

[2]刘宝忠、崔艳《铁磁谐振过电压分析与消除防范对策》东北电力技术