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摘要：谐波会严重增加电力损耗，导致供电质量下降。本文概括分析了供配电系统中谐波的成因和配网中谐波的危害，并提出了处理谐波的一些对策和方法，希望能起到抛砖引玉的作用。
关键词：供配电；谐波；成因；处理
中图分类号： F407.61文献标识码：A 文章编号：
谐波是电力设备运行中不可避免的现象，当谐波超过设备承载范围之后，将会影响到其作业性能的发挥。从试验结果判断，谐波可以降低供配电系统传输电能的工作效率，并且引发一系列的故障问题，如：过热、过载、噪声、老化等，给供电单位的正常调控造成不便。无论是从系统功能或经投资角度考虑，都必须要深入分析谐波产生的原因，在此基础上提出切实可行的处理方案。
一、供配电系统谐波成因
工业与民用建筑电气设备中典型非线性设备有晶闸管整流设备、变压器、气体放电类电光源、变频装置、換流设备、电弧炉以及家用电器等。
（一）晶闸管整流设备所致
由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波。如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的30％；接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。经统计表明：由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40％，这是最大的谐波源。
（二）变压器导致
供配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流的0.5 ％。
（三）气体放电类电光源所产生
荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。分析与测量这类电光源的伏安特性，可知其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。
（四）变频装置导致
变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成分很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。
（五）家用电器所致
电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装置，会产生较深的奇次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中，因不平衡电流的变化也能使波形改变。这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。
二、谐波的危害
（一）影响供配电系统的稳定运行
供配电系统的电力变压器、电力线路通常采用继电保护措施，在故障情况下保障系统和设备的安全，其检测部分常采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器。其中电磁式继电器、感应式继电器对 10％含量以下的谐波并不敏感，当谐波含量达到 40％时将导致继电保护系统误动。晶体管继电器具有很多优点，将取代电磁式继电器和感应式继电器成为未来的发展方向。但晶体管继电器采用的整流取样电路，极易受谐波影响，产生拒动和误动。还有一些继电器由于所采用电路的原因，也会在谐波过大的情况下改变其特性。因此谐波的泛滥将严重地威胁供配电系统的安全与稳定运行。
（二）增加电力变压器的铜损和铁损
谐波会大大增加电力变压器的铜损和铁损，降低变压器有效出力，谐波导致噪声，会使变电所的噪声污染指数超标。对于电力电容器，谐波会导致端电压升高，损耗加大、发热，加速老化，缩短使用寿命。
（三）增加附加损耗
供配电网中大量的异步电动机所产生的谐波会增加附加损耗。负序谐波产生的负序旋转磁场，会产生制动力矩，影响电动机的有功出力。对断路器而言，无论其构成元件为电磁的、还是热磁的都可能受谐波的影响误动。
（四）影响电能表正常工作
电能表是评价电能消耗重要而基本的测量工具，是用户缴费的凭证，而谐波可能使电能计量产生较大误差，严重时会导致计量混乱。同样，谐波也是引起滤波、 保护装置误动和拒动的重要因素。
三、谐波的处理对策
供配电系统中谐波的抑制方法主要分补偿和消除两种：补偿是设置吸收装置来吸收谐波；消除是通过改变谐波源工作方式和特性，使其少产生甚至不产生谐波。常用的抑制措施主要有下面几种：
（一）设置无源滤波器
无源滤波的主要结构是用电抗器与电容器串联起来，组成 Lc串联回路，并联于系统中，Lc回路的谐振频率设定在需要滤除的谐波频率上，例如：5次、7次、11次谐振点上，达到滤除这 3次谐波的目的。一般而言，低压 0.4KV系统大多数采用无源滤波方式，高压10KV几乎都是采用这种方式对谐波进行治理。该方法适用于中小范围内的供配电系统，具有成本低、效率高、见效快等特点。
（二）设置有源滤波器
有源谐波滤除装置是在无源滤波的基础上发展起来的，它的滤波效果好，在其额定的无功功率范围内，滤波效果是百分之百的。它主要是由电力电子元件组成电路，使之产生一个和系统的谐波同频率、同幅度，但相位相反的谐波电流与系统中的谐波电流抵消。此种方法成本投资大，但发挥出来的滤波效果显著，对于谐波的含量，不必滤得太干净，只要不危害其他用电器也就可以了。
（三）采用D，ynll连接组别变压器
其一次侧为△形联结，3的奇数倍谐波在原边△形绕组内形成环流，不至于将谐波电流注入公共电网，有利于抑制谐波对公共电网的污染。此外，D，ynll联结组别变压器还能提供更小的零序阻抗，有利于切除单相接地短路故障。
（四）正确测量
主管部门对所辖电网进行系统、正确的测量，以确定谐波源位置和产生的原因，为谐波治理准备充分的原始材料；在谐波产生起伏较大的地方，可设置长期观察点，收集可靠的数据。对电力用户而言，可以监督供电部门提供的电力是否满足要求；对于供电部门而言，可以评估电力用户的用电设备是否产生了超标的谐波污染。
（五）采取适当的隔离、补偿和减小措施
针对谐波的产生和传播的特点，采取相应的隔离、补偿和减小措施。在配电网中，主要存在的是三次谐波污染，可以在谐波检测的基础上，通过适当加装滤波设备来减小谐波注入电网。对于各种电气设备的设计者，在设计初始，就要考虑其设备的谐波污染度，采取措施将谐波限制在标准允许的范围内。
（六）其他对策
对大功率非线形用电设备变压器宜由短路容量大的电网供电，一般指由电压等级高、短路容量大的电网供电。当并联电容器组附近有谐波源，谐波电流超过规定允许值时，应在回路中设置串联电抗器以抑制谐波电流，并限制合闸时的涌流。一般电网中以5次谐波电流为大，电抗器的电抗率(即电抗器的感抗与并联电容器组的容抗之比)常取 6％，如用于抑制三次谐波电流，则取13％，但在基波情况下，并联电容器组的补偿无功作用分别要抵消6％和13％。为此电抗率也有分别取 5％和 12％，分流滤波的作用较好；电抗率4.5％和11.5％的滤波效果更好，实际是用于滤波器。
参考文献：
[1]候在平．供配电系统谐波产生的原因及处理措施[J]．电力工程. 2011，27(15)：59—61．
[2]蔡晓伟．电力系统谐波危害的案例分析理[J]．科技博览.2010，15(2)：120—121．
[3]刘新平．初探治理电力谐波的常用方法[J]．东南大学学报.2010，28(10)：25—27．
关键词：供配电；谐波；成因；处理
中图分类号： F407.61文献标识码：A 文章编号：
谐波是电力设备运行中不可避免的现象，当谐波超过设备承载范围之后，将会影响到其作业性能的发挥。从试验结果判断，谐波可以降低供配电系统传输电能的工作效率，并且引发一系列的故障问题，如：过热、过载、噪声、老化等，给供电单位的正常调控造成不便。无论是从系统功能或经投资角度考虑，都必须要深入分析谐波产生的原因，在此基础上提出切实可行的处理方案。
一、供配电系统谐波成因
工业与民用建筑电气设备中典型非线性设备有晶闸管整流设备、变压器、气体放电类电光源、变频装置、換流设备、电弧炉以及家用电器等。
（一）晶闸管整流设备所致
由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波。如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的30％；接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。经统计表明：由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40％，这是最大的谐波源。
（二）变压器导致
供配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流的0.5 ％。
（三）气体放电类电光源所产生
荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。分析与测量这类电光源的伏安特性，可知其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。
（四）变频装置导致
变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成分很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。
（五）家用电器所致
电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装置，会产生较深的奇次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中，因不平衡电流的变化也能使波形改变。这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。
二、谐波的危害
（一）影响供配电系统的稳定运行
供配电系统的电力变压器、电力线路通常采用继电保护措施，在故障情况下保障系统和设备的安全，其检测部分常采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器。其中电磁式继电器、感应式继电器对 10％含量以下的谐波并不敏感，当谐波含量达到 40％时将导致继电保护系统误动。晶体管继电器具有很多优点，将取代电磁式继电器和感应式继电器成为未来的发展方向。但晶体管继电器采用的整流取样电路，极易受谐波影响，产生拒动和误动。还有一些继电器由于所采用电路的原因，也会在谐波过大的情况下改变其特性。因此谐波的泛滥将严重地威胁供配电系统的安全与稳定运行。
（二）增加电力变压器的铜损和铁损
谐波会大大增加电力变压器的铜损和铁损，降低变压器有效出力，谐波导致噪声，会使变电所的噪声污染指数超标。对于电力电容器，谐波会导致端电压升高，损耗加大、发热，加速老化，缩短使用寿命。
（三）增加附加损耗
供配电网中大量的异步电动机所产生的谐波会增加附加损耗。负序谐波产生的负序旋转磁场，会产生制动力矩，影响电动机的有功出力。对断路器而言，无论其构成元件为电磁的、还是热磁的都可能受谐波的影响误动。
（四）影响电能表正常工作
电能表是评价电能消耗重要而基本的测量工具，是用户缴费的凭证，而谐波可能使电能计量产生较大误差，严重时会导致计量混乱。同样，谐波也是引起滤波、 保护装置误动和拒动的重要因素。
三、谐波的处理对策
供配电系统中谐波的抑制方法主要分补偿和消除两种：补偿是设置吸收装置来吸收谐波；消除是通过改变谐波源工作方式和特性，使其少产生甚至不产生谐波。常用的抑制措施主要有下面几种：
（一）设置无源滤波器
无源滤波的主要结构是用电抗器与电容器串联起来，组成 Lc串联回路，并联于系统中，Lc回路的谐振频率设定在需要滤除的谐波频率上，例如：5次、7次、11次谐振点上，达到滤除这 3次谐波的目的。一般而言，低压 0.4KV系统大多数采用无源滤波方式，高压10KV几乎都是采用这种方式对谐波进行治理。该方法适用于中小范围内的供配电系统，具有成本低、效率高、见效快等特点。
（二）设置有源滤波器
有源谐波滤除装置是在无源滤波的基础上发展起来的，它的滤波效果好，在其额定的无功功率范围内，滤波效果是百分之百的。它主要是由电力电子元件组成电路，使之产生一个和系统的谐波同频率、同幅度，但相位相反的谐波电流与系统中的谐波电流抵消。此种方法成本投资大，但发挥出来的滤波效果显著，对于谐波的含量，不必滤得太干净，只要不危害其他用电器也就可以了。
（三）采用D，ynll连接组别变压器
其一次侧为△形联结，3的奇数倍谐波在原边△形绕组内形成环流，不至于将谐波电流注入公共电网，有利于抑制谐波对公共电网的污染。此外，D，ynll联结组别变压器还能提供更小的零序阻抗，有利于切除单相接地短路故障。
（四）正确测量
主管部门对所辖电网进行系统、正确的测量，以确定谐波源位置和产生的原因，为谐波治理准备充分的原始材料；在谐波产生起伏较大的地方，可设置长期观察点，收集可靠的数据。对电力用户而言，可以监督供电部门提供的电力是否满足要求；对于供电部门而言，可以评估电力用户的用电设备是否产生了超标的谐波污染。
（五）采取适当的隔离、补偿和减小措施
针对谐波的产生和传播的特点，采取相应的隔离、补偿和减小措施。在配电网中，主要存在的是三次谐波污染，可以在谐波检测的基础上，通过适当加装滤波设备来减小谐波注入电网。对于各种电气设备的设计者，在设计初始，就要考虑其设备的谐波污染度，采取措施将谐波限制在标准允许的范围内。
（六）其他对策
对大功率非线形用电设备变压器宜由短路容量大的电网供电，一般指由电压等级高、短路容量大的电网供电。当并联电容器组附近有谐波源，谐波电流超过规定允许值时，应在回路中设置串联电抗器以抑制谐波电流，并限制合闸时的涌流。一般电网中以5次谐波电流为大，电抗器的电抗率(即电抗器的感抗与并联电容器组的容抗之比)常取 6％，如用于抑制三次谐波电流，则取13％，但在基波情况下，并联电容器组的补偿无功作用分别要抵消6％和13％。为此电抗率也有分别取 5％和 12％，分流滤波的作用较好；电抗率4.5％和11.5％的滤波效果更好，实际是用于滤波器。
参考文献：
[1]候在平．供配电系统谐波产生的原因及处理措施[J]．电力工程. 2011，27(15)：59—61．
[2]蔡晓伟．电力系统谐波危害的案例分析理[J]．科技博览.2010，15(2)：120—121．
[3]刘新平．初探治理电力谐波的常用方法[J]．东南大学学报.2010，28(10)：25—27．