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摘要：分析电网电力系统中谐波的来源以及产生的影响与危害，并总结了治理的方法和实际应用。
关键词：电网；谐波；危害；治理
0 引言
随着工业经济的飞速发展，非线性设备在电网中的广泛应用,大量的谐波电流被注入电网，严重影响了电能质量，威胁电网的安全运行,同时增加了电能损耗，降低了经济效益。在实行节能降耗的形势下，治理谐波迫在眉睫。
1 电力谐波的来源
电力谐波主要来源于3个方面：
（1）发电源质量不高产生的谐波。发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致，发电源或多或少都会产生一些谐波，但一般来说很少。
（2）输配电系统产生的谐波。输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，其工作磁密往往选择在磁化曲线的饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波因而含有奇次谐波。
（3）用電设备产生的谐波。随着各种产生谐波电流的电力电子设备、家用电器、非线性及冲击性用电设备的不断增加，构成了电力系统中电能质量的主要污染。
2 谐波的危害
（1）谐波使公用电网系统下设备元件产生了附加谐波损耗，降低了发电，输电及用电设备的效率（导致用电量大增加），大量的3次以上的谐波流过中性线路时，会使线路过热损坏甚至发生火灾。
（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了引起附加损耗外，还会引起机械振动、噪声增加和过电压；使变压器局部，电容器、电缆等设备发热。加速设备绝缘老化、减少使用寿命以至设备损坏报废。
（3）谐波的发生还会引起公用电网中局部的并联谐振或串联谐振，从而进一步引起谐波放大，使上述的危害大大增加。甚至还会引起严重电力事故。
（4）谐波还会影响电气线路中的保护元件，继电器、自动系统装置的误操作，电气测量仪表不准确等等。
（5）谐波在注入电网系统后会对邻近的通信信号产生干扰，影响一定范围的通话质量。触发电话铃响，甚至在极端情况下，威胁通信设备和人员的安全。
3 电力谐波的抑制措施
为了减少供电系统的谐波问题，除了加强电力谐波的管理之外，从技术上可采取以下措施：
(1) 三相整流变压器采用Y/△或△/Y的接线形式，这样可以消除3的整数倍次的电力谐波，从而使注入电网的谐波电流只有5、7、11……等次谐波。
(2) 装设静止无功补偿装置，对大型电弧炉及晶闸管控制的非线性设备，由于其负荷是冲击性的，而且是随机的，因此宜装设能吸收动态谐波电流的静止无功补偿装置，提高供电系统承受谐波的能力。
(3) 对于大容量的电力设备，特别是大容量的电容器组，回路内增设限流装置或串联电抗器，以抑制电力谐波的产生。
(4) 对容量在100kVA及以上整流装置和非线性设备的用户，增设分流滤波装置，就近吸收电力谐波。
(5) 增加整流变压器二次侧的相数。
(6) 选择合理的供电电压，并尽可能保持三相电压平衡。
(7) 换流装置是供电系统的主要谐波源之一，可以采用增加换流装置的相数，有效的消除幅值较大的低频项，从而大大地降低了谐波电流的有效值。
在配网中，无论是工业负荷还是民用负荷，大多为感性，所有感性负荷都要消耗无功功率，所以往往采用电容器补偿的方式。尤其是在400V的低压配网中，由于并联电容器简单经济，再配以智能型的无功功率补偿控制器，使得补偿方式方便灵活，补偿容量更趋合理。
在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力,这就是无功补偿的道理。
目前,无功补偿技术在国内得到广泛应用，采用的补偿方式一般有三种:1、集中补偿。补偿电容器组装设在变电站站内母线上，可手动或分组自动补偿。结合电网实际情况,选择按功率因数、电压无功、电压无功综合控制或电压无功综合控制兼滤波等不同方式进行补偿。2、动态无功补偿。由可控硅控制投切电容器，这种控制方式反应速度一般在20ms，投切时无充电电流和过电压，但由于可控硅有自然导通电压的特性，电容器投切是会产生谐波。3、供电线路分组自动无功补偿。一般用于厂矿企业、配电变压器低压部分就地补偿。在考虑无功补偿方式选择时，为了充分发挥发、供电设备的潜力，尽量让发电机少发无功，对于用户所需的无功功率和电网中的无功损耗优先考虑在变电端予以补偿，以增加供电网络中各组成部分的允许温升和允许电压降下的输电能力，减少网络中的电能损耗。
4 我分厂的谐波治理及无功补偿的情况
我分厂设备总装机容量为9838 kW，设备工作装机容量为7786KW，有功计算负荷（110KV侧）为5165 kW，无功计算负荷（110kV侧）为2254 kvar，年设计耗电量为22483 k-kw·h。综合考虑谐波及无功补偿因素之后，采用110kV主变低压进线侧装设消弧消谐装置和10kV高压配电室、0.4kV低压配电室分别集中装设静电电容补偿相结合的方式，使110kV侧功率因数达到0.916，以减少线路损耗。其中，10KV高压配电室采用单次投切900kvar补偿的方式，而各二级配电室根据其负载的情况，采用6到12组，单组容量为50kvar的德国法兰克盖姆勒低压无功补偿装置。通过智能自动控制器可以实现手动和自动投切补偿组。
低压补偿组中串联的电抗器可以有效的避免由电容器和变压器形成的谐振电路（一般频率在250～500HZ之间）所导致的电容器、变压器过载，产生干扰，电压畸变等后果，净化电网。同时，FRANK GMKPr滤波电抗器具有高滤波能力，低损耗，低噪音，高线性度，安装简便和使用寿命长的特点。正常情况下，单台电抗器可实现5到100kvar的无功输出，其电抗率P有三个等级，分别为：7%、5.67%、14%，感差在±3%的范围之内。由于电网中主要是5次与7次谐波，通常7%的电抗配置能解决绝大多数问题，即既能防止电网谐振，又能适当吸收电网谐波。故我分厂采用额定电压为400V、电抗率为7%的法兰克专用电抗器,配50Kvar电容器。
封装于圆柱铝壳内的GMKP电容器用于低压电器设备的功率因数校正和电压波形的改善。其主要优点是实现了介质的革命，采用特殊保护气体代替传统的油、环氧等介质，是真正意义上的干式阻燃环保化电容器。同时具有超压拉断及电流速断双重电气保护。圆柱式封装增加了每个电容器组的安装密度，有效的节约了空间，其正常使用寿命可达100000小时。而其耐过电压及过电流的能力可以达到1.3倍的额定范围之内，可安全抵御的浪涌电流可以高达200倍。
而补偿组中采用的GMKPC-800（Prophi）型智能控制器具有自动和手动两种模式，通过标准编程和扩展编程可以实现补偿投切的优化，其最优控制比较传统等值投切方式减少回路40%-60%，如100kvar可通过内部程序设定为1：1：2：4，即12.5：12.5：25：50kvar，仅4个回路，而传统方式如仍以12.5 kvar为最小组，则需8个回路。其循环非线性投切方式优化了投切方式，通过不断测量无功的变化，总是可以投入功率尽可能大的电容器。如25：25：50：50kvar柜子中，在无功至少需50kvar情况下会立即投入50kvar组，而不是通过25kvar组来累加，由此减少投切次数，提高了器件寿命。
5 结论
电网谐波造成电网污染，严重影响电能质量,威胁电网的安全运行，增加了电能损耗，情况日趋严重。应引起足够的重视，关键是尽快制订完善的法规并在技术上持续改进,才能长期坚持对谐波进行有效的治理，保障电力系统的安全运行，降低电能损耗，同时也能延长用户设备使用寿命，提高产品质量，降低电磁污染环境，减少能耗，提高电能利用率，提高企业的经济效益。
参考文献：
[1]王兆安，杨军，刘进军，等.谐波抑制和无功补偿[M].北京：机械工业出版社，1998.
[2]吕东生，电力系统中谐波的危害和抑制[J].现代化农业，2005,(10)
关键词：电网；谐波；危害；治理
0 引言
随着工业经济的飞速发展，非线性设备在电网中的广泛应用,大量的谐波电流被注入电网，严重影响了电能质量，威胁电网的安全运行,同时增加了电能损耗，降低了经济效益。在实行节能降耗的形势下，治理谐波迫在眉睫。
1 电力谐波的来源
电力谐波主要来源于3个方面：
（1）发电源质量不高产生的谐波。发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致，发电源或多或少都会产生一些谐波，但一般来说很少。
（2）输配电系统产生的谐波。输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，其工作磁密往往选择在磁化曲线的饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波因而含有奇次谐波。
（3）用電设备产生的谐波。随着各种产生谐波电流的电力电子设备、家用电器、非线性及冲击性用电设备的不断增加，构成了电力系统中电能质量的主要污染。
2 谐波的危害
（1）谐波使公用电网系统下设备元件产生了附加谐波损耗，降低了发电，输电及用电设备的效率（导致用电量大增加），大量的3次以上的谐波流过中性线路时，会使线路过热损坏甚至发生火灾。
（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了引起附加损耗外，还会引起机械振动、噪声增加和过电压；使变压器局部，电容器、电缆等设备发热。加速设备绝缘老化、减少使用寿命以至设备损坏报废。
（3）谐波的发生还会引起公用电网中局部的并联谐振或串联谐振，从而进一步引起谐波放大，使上述的危害大大增加。甚至还会引起严重电力事故。
（4）谐波还会影响电气线路中的保护元件，继电器、自动系统装置的误操作，电气测量仪表不准确等等。
（5）谐波在注入电网系统后会对邻近的通信信号产生干扰，影响一定范围的通话质量。触发电话铃响，甚至在极端情况下，威胁通信设备和人员的安全。
3 电力谐波的抑制措施
为了减少供电系统的谐波问题，除了加强电力谐波的管理之外，从技术上可采取以下措施：
(1) 三相整流变压器采用Y/△或△/Y的接线形式，这样可以消除3的整数倍次的电力谐波，从而使注入电网的谐波电流只有5、7、11……等次谐波。
(2) 装设静止无功补偿装置，对大型电弧炉及晶闸管控制的非线性设备，由于其负荷是冲击性的，而且是随机的，因此宜装设能吸收动态谐波电流的静止无功补偿装置，提高供电系统承受谐波的能力。
(3) 对于大容量的电力设备，特别是大容量的电容器组，回路内增设限流装置或串联电抗器，以抑制电力谐波的产生。
(4) 对容量在100kVA及以上整流装置和非线性设备的用户，增设分流滤波装置，就近吸收电力谐波。
(5) 增加整流变压器二次侧的相数。
(6) 选择合理的供电电压，并尽可能保持三相电压平衡。
(7) 换流装置是供电系统的主要谐波源之一，可以采用增加换流装置的相数，有效的消除幅值较大的低频项，从而大大地降低了谐波电流的有效值。
在配网中，无论是工业负荷还是民用负荷，大多为感性，所有感性负荷都要消耗无功功率，所以往往采用电容器补偿的方式。尤其是在400V的低压配网中，由于并联电容器简单经济，再配以智能型的无功功率补偿控制器，使得补偿方式方便灵活，补偿容量更趋合理。
在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力,这就是无功补偿的道理。
目前,无功补偿技术在国内得到广泛应用，采用的补偿方式一般有三种:1、集中补偿。补偿电容器组装设在变电站站内母线上，可手动或分组自动补偿。结合电网实际情况,选择按功率因数、电压无功、电压无功综合控制或电压无功综合控制兼滤波等不同方式进行补偿。2、动态无功补偿。由可控硅控制投切电容器，这种控制方式反应速度一般在20ms，投切时无充电电流和过电压，但由于可控硅有自然导通电压的特性，电容器投切是会产生谐波。3、供电线路分组自动无功补偿。一般用于厂矿企业、配电变压器低压部分就地补偿。在考虑无功补偿方式选择时，为了充分发挥发、供电设备的潜力，尽量让发电机少发无功，对于用户所需的无功功率和电网中的无功损耗优先考虑在变电端予以补偿，以增加供电网络中各组成部分的允许温升和允许电压降下的输电能力，减少网络中的电能损耗。
4 我分厂的谐波治理及无功补偿的情况
我分厂设备总装机容量为9838 kW，设备工作装机容量为7786KW，有功计算负荷（110KV侧）为5165 kW，无功计算负荷（110kV侧）为2254 kvar，年设计耗电量为22483 k-kw·h。综合考虑谐波及无功补偿因素之后，采用110kV主变低压进线侧装设消弧消谐装置和10kV高压配电室、0.4kV低压配电室分别集中装设静电电容补偿相结合的方式，使110kV侧功率因数达到0.916，以减少线路损耗。其中，10KV高压配电室采用单次投切900kvar补偿的方式，而各二级配电室根据其负载的情况，采用6到12组，单组容量为50kvar的德国法兰克盖姆勒低压无功补偿装置。通过智能自动控制器可以实现手动和自动投切补偿组。
低压补偿组中串联的电抗器可以有效的避免由电容器和变压器形成的谐振电路（一般频率在250～500HZ之间）所导致的电容器、变压器过载，产生干扰，电压畸变等后果，净化电网。同时，FRANK GMKPr滤波电抗器具有高滤波能力，低损耗，低噪音，高线性度，安装简便和使用寿命长的特点。正常情况下，单台电抗器可实现5到100kvar的无功输出，其电抗率P有三个等级，分别为：7%、5.67%、14%，感差在±3%的范围之内。由于电网中主要是5次与7次谐波，通常7%的电抗配置能解决绝大多数问题，即既能防止电网谐振，又能适当吸收电网谐波。故我分厂采用额定电压为400V、电抗率为7%的法兰克专用电抗器,配50Kvar电容器。
封装于圆柱铝壳内的GMKP电容器用于低压电器设备的功率因数校正和电压波形的改善。其主要优点是实现了介质的革命，采用特殊保护气体代替传统的油、环氧等介质，是真正意义上的干式阻燃环保化电容器。同时具有超压拉断及电流速断双重电气保护。圆柱式封装增加了每个电容器组的安装密度，有效的节约了空间，其正常使用寿命可达100000小时。而其耐过电压及过电流的能力可以达到1.3倍的额定范围之内，可安全抵御的浪涌电流可以高达200倍。
而补偿组中采用的GMKPC-800（Prophi）型智能控制器具有自动和手动两种模式，通过标准编程和扩展编程可以实现补偿投切的优化，其最优控制比较传统等值投切方式减少回路40%-60%，如100kvar可通过内部程序设定为1：1：2：4，即12.5：12.5：25：50kvar，仅4个回路，而传统方式如仍以12.5 kvar为最小组，则需8个回路。其循环非线性投切方式优化了投切方式，通过不断测量无功的变化，总是可以投入功率尽可能大的电容器。如25：25：50：50kvar柜子中，在无功至少需50kvar情况下会立即投入50kvar组，而不是通过25kvar组来累加，由此减少投切次数，提高了器件寿命。
5 结论
电网谐波造成电网污染，严重影响电能质量,威胁电网的安全运行，增加了电能损耗，情况日趋严重。应引起足够的重视，关键是尽快制订完善的法规并在技术上持续改进,才能长期坚持对谐波进行有效的治理，保障电力系统的安全运行，降低电能损耗，同时也能延长用户设备使用寿命，提高产品质量，降低电磁污染环境，减少能耗，提高电能利用率，提高企业的经济效益。
参考文献：
[1]王兆安，杨军，刘进军，等.谐波抑制和无功补偿[M].北京：机械工业出版社，1998.
[2]吕东生，电力系统中谐波的危害和抑制[J].现代化农业，2005,(10)