论文部分内容阅读
摘要：随着现代工业的高速发展，电力系统中的非线性的负荷日益增多，各种新型用电设备越来越多地问世和使用，高次谐波的影响越来越严重。为了适应现今企业对电能质量的要求， 本文分析了谐波对电力设备的影响，并重点介绍了对电力计量的影响，并用收集的在线数据对指标进行论证。
关键词：谐波；谐波危害；畸变；无功补偿；电能质量
引言：随着现代工业的高速发展，电力系统中的非线性负荷日益增多，各种新型用电设备越来越多的问世和使用，高次谐波的影响越来越严重。电力系统受到谐波污染后，对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在威胁 ，给周围电气环境带来了极大影响。轻则影响系统的运行效率，重则损坏设备以至危害电力系统的安全运行。谐波测量的主要作用有鉴定实际电力系统及谐波源用户的谐波水平是否符合标准的规定。电气设备调试、投运时的谐波测量，以确保设备投运后，电力系统和设备的安全及经济运行。谐波故障或异常原因的测量。谐波专题测试 ，如谐波潮流、谐波谐振等。因此，研究和分析谐波产生的原因、危害和抑制谐波的措施具有重要的实际意义。由于目前的变频器几乎都采用控制方式 ，变频器主要产生次谐波（ 这样的脉冲调制形式使得变频器运行时在电源侧产生高次谐波电流，并造成电压波形畸变，对电源系统产生严重影响。）
1、谐波的主要危害
谐波污染对电力系统的危害是严重的，主要表现在谐波对线路的影响对供电线路来说，由于集肤效应和邻近效应 ，线路电阻随着频率的增加会很快增加，在线路中会有很大的电能浪费。另外在电力系统中，由于中性线电流都很小所以其线径一般都很细 ，当大量的谐波电流流过中性线时，会在其上产生大量的热量 ，不仅会破坏绝缘，严重时还会造成短路。甚至引起火灾。而当谐波频率与网络谐振频率相近或相同时，会在线路中产生很高的谐振电压。严重时会使电力系统或用电设备的绝缘击穿、造成恶性事故 。
2、谐波对电力变压器、电容器、旋转电机、电动机的影响
谐波电流使变压器的损耗增加，特别是 3 次及其倍数次谐波对三角连接的变压器会在其绕组中形成环流，使绕组过热（对全星形连接的变压器，当绕组中性点接地，而该侧电网中分布电容较大或装有中性点接地的并联电容器时，可能形成3次谐波谐振，使变压器附加损耗增加。对电力电容器的影响由于电容器对谐波的阻抗很小，谐波电流叠加到基波电流上 ，会使电力电容器中流过的电流有很大的增加，使电力电容器的温升增高，引起电容器过负荷甚至爆炸。同时，谐波还可能与电容器一起在电网中形成谐振，并又施加到电网中。随着谐波电压的增高，会加速电容器的老化，使电容器的损耗系数增大、附加损耗增加，从而容易发生故障和缩短电容器的寿命。另一方面，电容器的电容与电网的感抗组的谐振回路的谐振频率等于或接近于某次谐波分谐波分量的频率时，就会产生谐波放大，使得电容器因过热、过电压等而不能正常运行，甚至损坏。对旋轉电机的影响谐波对旋转电机的危害主要是产生附加的损耗和转矩。由于集肤效应、磁带、涡流等随着频率的增高而使在旋转电机的铁心和绕组中产生的附加损耗增加。在供电系统中，用户的电动机负荷约占整个负荷的85%左右。因此，谐波使电力用户电动机附加损耗增加的影响最为显著，由于电动机的出力一般不能按发热情况来进行调整，由谐波引起电动机的发热效应是按它能随的谐波电压折算成等值的基波负序电压来考虑的。试验表明，在额定出力下持续承受力额定电压和负序电压时，电动机的绝缘寿命要减少一半。因此，国际上一般建议在持续工作的条件下，电动机承受的负序电压不宜超过额定电压的谐波电流产生的谐波转矩对电动机的平均转矩的影响不大。但谐波会产生显著的脉冲转矩，可能出现电机转轴震动的问题。这种振荡力矩使汽轮发电机的转子元件发生扭振，并使汽轮机叶产生疲劳循环。
3、谐波对继电保护和自动装置的影响
对于电磁式继电器来说，电力谐波常会引起继电保护以及自动装置的误动作或拒动，造成整个保护系统的可靠性降低，容易引起系统故障或使系统故障扩大。对通信线路产生干扰。在电力线路上流过幅度较大的奇次低频谐波电流时，通过电磁祸合，会在邻近电力线路的通信线路中产生干扰电压 。干扰通信线路的正常工作，使通话清晰度降低，甚至会引起通信线路的破坏。对用电设备的影响电力谐波会使电视机、计算机的显示亮度发生波动，图像或图形发生畸变，甚至会使机器内部元件损坏，导致机器无法使用或系统无法运行 。
4、谐波畸变
电力系统中，正常的电压和电流波形应该是工频（50Hz或60Hz）下的正弦波。然而实际的波形总是不同程度的偏离正弦波形。早在交流电出现初期，人们就开始研究，使其偏离值限制在可接受的限度之内，而所有用电负荷的额定值均是按此进行考虑的。在这种条件下，交流电源和用电负荷之间达到了某种平衡，因此过去的电能质量只要求频率的偏移的允许误
差和电压的波动误差。但是随着国民经济的发展，近几十年来，各种换流器、电气机车、电弧炉的大量使用，家用电子电器的广泛普及等，这些非线性负荷使电网电流严重畸变，这种严重畸变的电流在电网中流动（以电网为负载）时，由于电网存在内阻抗，从而产生谐波压降，然后叠加在电网原有的电压上，形成电网电压畸变。这种畸变的电网电压对系统内各种
电力设备和通信线路带来损害，影响国民经济各部门乃至每个家庭。因此谐波已经成为电力系统的公害。从另一方面讲，非正弦电流又是各种非线性负荷能正常工作所必需的。如变压器要产生正弦电压，要求其激磁电流为尖顶波，整流电源要得到直流电压，其电流为尖脉冲等。因此可以说电力系统中，一切非线性负载的存在和正常工作，将要求电网提供非正弦电流，如同电力系统中，一切感性负载的存在和正常工作，要求电网提供滞后的无功电流的道理是相同的。
5、对于谐波有两种分析方法
即时域法和频域法。对于时域法有in=i-i1=f（t）或in=i-I1mcosφsinω1t=f（t），在国标GB/T14549中谐波电压限制是按时域考虑的，对应此方法的滤波器为有源滤波器，其优点是不需分析各次谐波值，对于存在各种非特征次谐波的系统能很有效的进行谐波滤除，且跟踪响应时间快，但成本较高，受电力电子器件的限制，容量还不能做的很大。对于频域法，是利用数学工具富氏级数将周期性的畸变波分解成直流分量，基波分量和谐波分量，其优点是：
1）在线性网络中，每一次谐波可以认为是独立的，可以简化问题的讨论；2）与现代仪器进行精确测量协调一致；3）方便提出对各次谐波的限制。
6、无功补偿与谐波治理的意义
无功补偿与谐波治理都与供电系统的电能质量密切相关。谐波治理本身就属于改善电能质量的范畴，而无功补偿装置在补偿负荷或系统无功功率的同时也直接调节了系统电压，在一些变电站利用电力电容器和相控电抗器及现代电力电子控制技术组成的静止无功补偿器直接作为电压调控的手段，由于其响应迅速调控精准，工程应用十分满意。由此可见无功补偿也对电能质量的提高有着直接积极的意义。
参考文献：
[1]陈家斌 电气设备检修及实验[M]中国水利水电出版社2007年
[2]陈家斌 电气设备故障检测诊断方法及实例[M]中国水利水电出版社2007年
[3]陈家斌 电气设备运行维护及故障处理[M]中国水利水电出版社2006年
[4]陈家斌 电气设备安装及调试[M]中国水利水电出版社2008年
[5]雷玉贵 变电检修[M] 中国水利水电出版社2006年
关键词：谐波；谐波危害；畸变；无功补偿；电能质量
引言：随着现代工业的高速发展，电力系统中的非线性负荷日益增多，各种新型用电设备越来越多的问世和使用，高次谐波的影响越来越严重。电力系统受到谐波污染后，对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在威胁 ，给周围电气环境带来了极大影响。轻则影响系统的运行效率，重则损坏设备以至危害电力系统的安全运行。谐波测量的主要作用有鉴定实际电力系统及谐波源用户的谐波水平是否符合标准的规定。电气设备调试、投运时的谐波测量，以确保设备投运后，电力系统和设备的安全及经济运行。谐波故障或异常原因的测量。谐波专题测试 ，如谐波潮流、谐波谐振等。因此，研究和分析谐波产生的原因、危害和抑制谐波的措施具有重要的实际意义。由于目前的变频器几乎都采用控制方式 ，变频器主要产生次谐波（ 这样的脉冲调制形式使得变频器运行时在电源侧产生高次谐波电流，并造成电压波形畸变，对电源系统产生严重影响。）
1、谐波的主要危害
谐波污染对电力系统的危害是严重的，主要表现在谐波对线路的影响对供电线路来说，由于集肤效应和邻近效应 ，线路电阻随着频率的增加会很快增加，在线路中会有很大的电能浪费。另外在电力系统中，由于中性线电流都很小所以其线径一般都很细 ，当大量的谐波电流流过中性线时，会在其上产生大量的热量 ，不仅会破坏绝缘，严重时还会造成短路。甚至引起火灾。而当谐波频率与网络谐振频率相近或相同时，会在线路中产生很高的谐振电压。严重时会使电力系统或用电设备的绝缘击穿、造成恶性事故 。
2、谐波对电力变压器、电容器、旋转电机、电动机的影响
谐波电流使变压器的损耗增加，特别是 3 次及其倍数次谐波对三角连接的变压器会在其绕组中形成环流，使绕组过热（对全星形连接的变压器，当绕组中性点接地，而该侧电网中分布电容较大或装有中性点接地的并联电容器时，可能形成3次谐波谐振，使变压器附加损耗增加。对电力电容器的影响由于电容器对谐波的阻抗很小，谐波电流叠加到基波电流上 ，会使电力电容器中流过的电流有很大的增加，使电力电容器的温升增高，引起电容器过负荷甚至爆炸。同时，谐波还可能与电容器一起在电网中形成谐振，并又施加到电网中。随着谐波电压的增高，会加速电容器的老化，使电容器的损耗系数增大、附加损耗增加，从而容易发生故障和缩短电容器的寿命。另一方面，电容器的电容与电网的感抗组的谐振回路的谐振频率等于或接近于某次谐波分谐波分量的频率时，就会产生谐波放大，使得电容器因过热、过电压等而不能正常运行，甚至损坏。对旋轉电机的影响谐波对旋转电机的危害主要是产生附加的损耗和转矩。由于集肤效应、磁带、涡流等随着频率的增高而使在旋转电机的铁心和绕组中产生的附加损耗增加。在供电系统中，用户的电动机负荷约占整个负荷的85%左右。因此，谐波使电力用户电动机附加损耗增加的影响最为显著，由于电动机的出力一般不能按发热情况来进行调整，由谐波引起电动机的发热效应是按它能随的谐波电压折算成等值的基波负序电压来考虑的。试验表明，在额定出力下持续承受力额定电压和负序电压时，电动机的绝缘寿命要减少一半。因此，国际上一般建议在持续工作的条件下，电动机承受的负序电压不宜超过额定电压的谐波电流产生的谐波转矩对电动机的平均转矩的影响不大。但谐波会产生显著的脉冲转矩，可能出现电机转轴震动的问题。这种振荡力矩使汽轮发电机的转子元件发生扭振，并使汽轮机叶产生疲劳循环。
3、谐波对继电保护和自动装置的影响
对于电磁式继电器来说，电力谐波常会引起继电保护以及自动装置的误动作或拒动，造成整个保护系统的可靠性降低，容易引起系统故障或使系统故障扩大。对通信线路产生干扰。在电力线路上流过幅度较大的奇次低频谐波电流时，通过电磁祸合，会在邻近电力线路的通信线路中产生干扰电压 。干扰通信线路的正常工作，使通话清晰度降低，甚至会引起通信线路的破坏。对用电设备的影响电力谐波会使电视机、计算机的显示亮度发生波动，图像或图形发生畸变，甚至会使机器内部元件损坏，导致机器无法使用或系统无法运行 。
4、谐波畸变
电力系统中，正常的电压和电流波形应该是工频（50Hz或60Hz）下的正弦波。然而实际的波形总是不同程度的偏离正弦波形。早在交流电出现初期，人们就开始研究，使其偏离值限制在可接受的限度之内，而所有用电负荷的额定值均是按此进行考虑的。在这种条件下，交流电源和用电负荷之间达到了某种平衡，因此过去的电能质量只要求频率的偏移的允许误
差和电压的波动误差。但是随着国民经济的发展，近几十年来，各种换流器、电气机车、电弧炉的大量使用，家用电子电器的广泛普及等，这些非线性负荷使电网电流严重畸变，这种严重畸变的电流在电网中流动（以电网为负载）时，由于电网存在内阻抗，从而产生谐波压降，然后叠加在电网原有的电压上，形成电网电压畸变。这种畸变的电网电压对系统内各种
电力设备和通信线路带来损害，影响国民经济各部门乃至每个家庭。因此谐波已经成为电力系统的公害。从另一方面讲，非正弦电流又是各种非线性负荷能正常工作所必需的。如变压器要产生正弦电压，要求其激磁电流为尖顶波，整流电源要得到直流电压，其电流为尖脉冲等。因此可以说电力系统中，一切非线性负载的存在和正常工作，将要求电网提供非正弦电流，如同电力系统中，一切感性负载的存在和正常工作，要求电网提供滞后的无功电流的道理是相同的。
5、对于谐波有两种分析方法
即时域法和频域法。对于时域法有in=i-i1=f（t）或in=i-I1mcosφsinω1t=f（t），在国标GB/T14549中谐波电压限制是按时域考虑的，对应此方法的滤波器为有源滤波器，其优点是不需分析各次谐波值，对于存在各种非特征次谐波的系统能很有效的进行谐波滤除，且跟踪响应时间快，但成本较高，受电力电子器件的限制，容量还不能做的很大。对于频域法，是利用数学工具富氏级数将周期性的畸变波分解成直流分量，基波分量和谐波分量，其优点是：
1）在线性网络中，每一次谐波可以认为是独立的，可以简化问题的讨论；2）与现代仪器进行精确测量协调一致；3）方便提出对各次谐波的限制。
6、无功补偿与谐波治理的意义
无功补偿与谐波治理都与供电系统的电能质量密切相关。谐波治理本身就属于改善电能质量的范畴，而无功补偿装置在补偿负荷或系统无功功率的同时也直接调节了系统电压，在一些变电站利用电力电容器和相控电抗器及现代电力电子控制技术组成的静止无功补偿器直接作为电压调控的手段，由于其响应迅速调控精准，工程应用十分满意。由此可见无功补偿也对电能质量的提高有着直接积极的意义。
参考文献：
[1]陈家斌 电气设备检修及实验[M]中国水利水电出版社2007年
[2]陈家斌 电气设备故障检测诊断方法及实例[M]中国水利水电出版社2007年
[3]陈家斌 电气设备运行维护及故障处理[M]中国水利水电出版社2006年
[4]陈家斌 电气设备安装及调试[M]中国水利水电出版社2008年
[5]雷玉贵 变电检修[M] 中国水利水电出版社2006年