摘 要：谐波主要是由称为谐波源的大功率换流设备（包括电解整流设备）及其它非线性负荷产生，谐波源产生的谐波不但危及电网及其它电力用户而且也危及自身，因此谐波的治理是十分必要且有实际经济效益的。本文以南铝公司为实例对谐波的产生及治理方案进行了分析研究。
1 南铝电网主要谐波源
南铝公司是拥有完整的铝产业链（电解铝-铝铸造-铝型材-铝板带材）的综合型冶炼、加工企业，我司电网中的电解整流柜、挤压工频炉、氧化整流柜、变频器等整流变电装置均产生不同频率和较大振幅的高次谐波，是我司电网的主要谐波源。
2 谐波造成的主要危害
2.1 电子设备的影响
计算器和一些其它电子设备，如可编过程控制器（PLC），通常要求总谐波电压畸变率（THD）小于5%，且个别谐波电压畸变率低于3%，较高的畸变量可导致控制设备误动作，进而造成生产或运行中断，导致较大的经济损失。
2.2 对开关和继电保护等自动装置的影响
谐波电流也会引起开关之额外损失，并提高温升使承载基波电流能力降低。温升的提高对某些绝缘组件而言会降低其使用寿命。低压断路器之固态跳脱装置，系根据电流峰值来动作，而此种型式之跳脱装置会因馈线供电给非线性负载而导致不正常跳闸。
2.3 对变压器的影响
对变压器而言，谐波电流可导致铜损和杂散损增加，谐波电压则会增加铁损。与纯正基本波运行的正弦电流和电压相较，谐波对变压器的整体影响是温升较高。须注意的是; 这些由谐波所引起的额外损失将与电流和频率的平方成比例上升，进而导致变压器的基波负载容量下降。而当你为非线性负载选择正确的变压器额定容量时，应考虑足够的降载因数，以确保变压器温升在允许的范围内。
2.4 对电力电缆的影响
在导体中非正弦波电流产生的热量与俱有相同均方根值的纯正弦波电流相较，则非正弦波有较高的热量。该额外温升是由众所周知的集肤效应和邻近效应所引起的，而这两种现象取决于频率及导体的尺寸和间隔。这两种效应如同增加导体交流电阻，进而导致I2RAC损耗增加。
2.5 电动机与发电机的影响
谐波电流和电压对感应及同步电动机所造成的主要效应为在谐波频率下铁损和铜损的增加所引起之额外温升。这些额外损失将导致电动机效率降低，并影响转矩。当设备负荷对电动机转矩的变动较敏感时，其扭动转矩的输出将影响所生产产品的质量。例如：铝铸轧、板带等一些金属加工业。
2.6 功率因数补偿电容器
电容器与其它设备相较有很大区别，因其容性特点在系统共振情况下可显著的改变系统阻抗。电容器组之容抗随频率升高而降低，因此，电容器组起到放大谐波电流的作用，从而提高温升并增加绝缘材料的介质应力。频繁地切换非线性电磁组件会产生谐波电流如变压器，这些谐波电流将增加电容器的负担。
系统谐振将导致谐波电压和电流会明显地高于在无谐振情况下出现的谐波电压和电流，因此在电力系统中使用电容器组时，必需考量因素是系统产生谐振的可能性。
3 南铝电网主要谐波源的检测与分析
3.1 概述
3.1.1 检测目的：
此方案的目是分析几次测量的数据，以了解现场电压、电流的谐波情况，分析研究解决方案。
3.1.2 检测时间：2019年5月27-31日
3.1.3 检测设备：
测试设备主要为FLUKE43B
设备技术参数
·电压精确度： 1%
·电流精确度： 1%
·最大采样率： 25 MS/s
3.2 整流所检测
负載类型：整流变压器+整流柜正常运行。
3.2.1测量说明：
现场测量整流变压器交流进线侧。
3.2.2测量记录：
整流变压器
3.2.5 检测分析：
整流所整流变压器的谐波情况相近，从基波电流到各阶次谐波的畸变率都相差不多，从数据表中我们可以看到整流变压器，都是以5次谐波为主，畸变率在22%-24%之间，由于基波电流比较小的原因，所以总的谐波电流不是很大。
3.3 氧化一生产线变压器（带工频炉、氧化整流柜）
3.3.1 测量示意图
3.3.2负载类型： 挤压工频炉+氧化整流柜
3.3.3测量说明：
现场测量了2#变压器低压进线侧。
3.3.4测量记录
3.3.4.1以A相为例：
A相谐波电流柱形图
3.3.4.2 测量点数据记录分析
3.3.4.3 谐波电流对比表
3.3.5测试分析
通过谐波电流对比表，我们可以看到7次谐波的允许值为150A，而系统中7次谐波的最大值为216A，是严重超标的，5次谐波虽然没有超标，但是其电流值也达到172A了， 电子设备在这种环境下工作是很容易造成损坏的。特别是对一些通讯以及控制系统影响比较大，会造成电磁干扰，引起控制系统的误动作。
4 南铝电网谐波治理改造的建议措施
从治理谐波的角度考虑，可以选择无源和有源滤波两种谐波治理方案。
无源滤波除了起滤波作用外，还能实现无功补偿，由电容器、电抗器、电阻等无源元件组成，以对5次、7次谐波为主形成低阻抗通路，以达到抑制谐波的作用。因成本低，技术成熟，目前在冶金配电网中被广泛使用。
与无源滤波器相比，有源滤波器具有高度可控性和快速响应性，不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变、补偿无功，有一机多能的特点，具体如下：
滤波特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险;
具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化的谐波;
能有效降低因高次谐波电流导致的设备和线路损耗;
并联型滤波器可多级并联，解决大容量和扩容问题。
南铝公司系统中谐波主要集中在5次和7次，故采用无源滤波方式为主，采用如下无源滤波成套装置结构：进线断路器开关柜、电流互感器、高压隔离接地开关、放电线圈、滤波电抗器、滤波电容器、避雷器、微机保护系统及装置内部连接。装置连接方式为电容器采用双星型连接，并设中性点不平衡电流互感器。每一个滤波支路具有独立保护系统，具有开口三角保护和过流保护;每套装置亦具有微机保护系统，可实现包括过流、速断、过压和低电压等保护
装置投入运行后分析：
装置投运后，110kv侧功率因素在0.95～0.98之间波动，不产生谐振，110kv母线电压总畸变率≤2%，注入的各次谐波电流小于国标GB/T14549-93《电能质量共用电网谐波的要求》限值。
5 结语
冶金企业中非线性负荷会给企业带来较大的损失。本文分析了南铝公司电网系统中的谐波现状，采用无源滤波方式消除了谐波干扰，符合国家的节能减排要求，提高企业的经济效益。
参考文献：1.姜文龙.电力系统谐波及其抑制方法的研究{D}.济南：山东大学，2013
2.王群，姚为正，刘进军等.谐波源与有源电力滤波器的补偿特性{J}.中国电机工程学报.2001，21.