高次谐波的产生及其治理

高次谐波的产生及其治理

一、概述

目前，许多变电所的负荷中含有大量非线性负荷，如整流装置、交-交变频装置、炼钢电弧炉、中频炉、电力机车、交流电焊机、高频电焊机、中频淬火炉、高频淬火炉、计算机的开关电源、带电子镇流器的荧光灯等。供电给这些非线性负荷的系统电压即使为理想正弦波，它们工作时的电流也是非正弦电流。这些非正弦电流波形按傅氏级数可以分解为基波及一系列不同频率和振幅的谐波。谐波频率为基波频率的整数倍时，称为高次谐波；其频率为基波频率的非整数倍时，称为分数谐波或旁频波；其频率低于基波频率时，称为次谐波。谐波电流流经系统中包括发电机、输电线、变压器等各种阻抗元件时，必然产生非正弦的电压降，使交流系统内各点的电压波形也发生不同程度的畸变。电压畸变的程度取决于非线性负荷容量与电网容量的相对比值以及供电系统对谐波频率的阻抗，畸变的电压反过来对整流装置从系统中取用的电流波形又有影响。因而谐波电流和谐波电压是相伴而生、相互影响的。

二、谐波危害

2.1通讯干扰

非线性负荷供电系统产生的谐波对与其邻近的通讯线路产

生静电感应及电磁感应，在通讯系统内产生不良影响。

2.2同步发电机的影响

电力系统中的同步发电机，特别是以非线性负荷为主或以发电电压直接供给非线性负荷的同步发电机，高次谐波对其有较大不良影响。谐波电流引起定子特别是转子部分的附加损耗和附加温升，降低了发电机的额定出力。

2.3对异步电动机的影响

谐波引起电机角速度脉动，严重时会发生机械共振。对电动机的功率因数和最大转矩都有影响。

2.4对电力电容器的影响

由于电容器的容抗和频率成反比，电力电容器对谐波电压最为敏感。谐波电压加速电容器介质老化，介质损失系数tgδ增大，容易发生故障和缩短寿命，谐波电流常易使电容器过负荷而出现不允许的温升。电容器与电力系统还可能发生危险的谐振。此时，电容器成倍地过负荷，响声异常，熔断器熔断，使电容器无法运行。伴随着谐振，在谐振环节常出现过电压，造成电气元件及设备故障或损坏，严重时影响系统的安全运行。

2.5对电缆线路绝缘的影响

对电缆线路，非正弦电压使绝缘老化加速，漏泄电流增大；当出现并联谐振过电压时，可能引起放炮并击穿电缆。

2.6对变压器的影响

谐波电压使变压器激磁电流增大，效率变低，并恶化其功率因数。谐波放大会造成主变声音异常。

2.7对测量仪的影响

高次谐波会引起电度表误差，谐波频率愈高，误差愈大，且均为负误差。

2.8对继电保护自动装置等的影响

当谐波电压水平较高时，对供电系统的电压自动调节的误差有所增加。负序系统的高次谐波电流对具有负序电流谐波滤波装置的继电保护装置有不良影响。谐波电流恶化甚至破坏利用电力线路作为联系通道的远动装置的工作。

2.9对整流装置的影响

高次谐波对脉冲—相位控制的可控硅（晶闸管）整流装置有较大影响，可能造成脉冲丢失而烧坏可控硅管。

由于谐波的这些危害，所以在设计和建设非线性负荷的配电时，必须满足国家制订的谐波标准《电能质量公用电网谐波》GB/T14549-93要求，采取抑制和消除谐波的措施。

抑制和消除谐波，主要归结为抑制和消除谐波电流，使电压畸变率和系统注入公共连接点的

谐波电流符合国家标准。

三、公用电网谐波国家标准

国家标准GBT/14549-93中谐波电压限值和谐波电流允许值如下：

3.1公用电网谐波电压（相电压）限值见表1：表1电网标称电压(kv)

电压总畸变率(％)

各次谐波电压含有率(％)

奇次

偶次

0.38

5.0

4.0

2.0

4.0 3.2 1.6 10 35 3.0 2.4 1.2 66

110

2.0

1.6

0.8

3.2谐波电流允许值

3.2.1公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量（方均根值）不应超过表2中规定的允许值。当公共连接点的最小短路容量不同于基准短路容量时，表2中的谐波电流允许值的换算为：

Ih=（Sk1/Sk2）×Ihp

式中：Sk1——公共连接点的最小短路容量，MV A；

Sk2——基准短路容量，MV A；

Ihp——表2中的第h次谐波电流允许值，A；

Ih——短路容量为Sk1时的第h次谐波电流允许值。

表2注入公共连接的谐波电流允许值标准

电压

kv

基准短

路容量

MV A

谐波次数及谐波电流允许值，A 2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13 0.38 10 78 62 39

62 26 44 19 21 16 28 13 24 6 100

43 34 21 34 14 24 11 11 8.5 16 7.1

13 10 100 26 20 13 20 8.5 15 6.4

6.8 5.1 9.3 4.3

7.9 35 250 15 12 7.7 12

5.1 8.8

3.8

4.1 3.1

5.6 2.6 4.7 66 500

13 8.1 13 5.4 9.3 4.1 4.3 3.3 5.9 2.7

110 75.

12 9.6 6 9.6 4.0 6.8 3.0 3.2

2.4

4.3

2.0

3.7

续表2注入公共连接的谐波电流允许值标准电压

kv

基准短

路容量

MV A

谐波次数及谐波电流允许值，A

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