諧波電流對電力系統的影響

劉汶興

（廣東電網公司江門供電局,廣東 江門 529000）

諧波電流對電力系統的影響

劉汶興

（廣東電網公司江門供電局,廣東 江門 529000）

在現代工業化不斷發展的今天，因非線性元件的使用，造成諧波電流的產生而導致電力系統供電電壓發生畸變，嚴重影響了電力系統的正常運行。因此，本文通過分析諧波電流對電力系統供電質量的影響和危害，并提出相應的改進措施，以保證電力系統的正常運行。

諧波電流；電力系統；供電質量；改進措施

0 引言

在實際運行中，諧波電流的產生，容易導致電氣設備故障和損壞的發生，即使安裝了無功補償裝置，也容易因諧波電流過大而造成電力系統的故障或損壞。面對這種情況，分析諧波電流的產生對電力系統的影響，包括電容器、電力電纜、變壓器及電網的影響，采用相應的措施，對保證電力系統在諧波條件下的安全運行是十分有必要的。

1 諧波電流對電力系統的影響

1.1 諧波電流對電容器等電力設備的影響

與一般電容器組相比，整流裝置的諧波阻抗較大。在電容器中，因電壓畸變會產生額外電力的損耗，容易因電容器與其他電力系統的串聯和并聯諧振而引起過電壓、過電流情況的發生，進而導致電壓器損壞。因此，在進行諧波分析的電路中，在直流負載電流一定的情況下，可以將諧波源作為恒流源，由于電力系統的結構直接關系到諧波電流對電力電容器的影響，當諧波源與電力系統中的電力容器在同一母線上時，電力系統的結構具有并聯電路的特征。所以，為了有效分析諧波電流對電力系統的影響，可以以電力容器組支路串接于電抗器的結構及等值電路為依據，如圖1所示，表示電力電容器諧波分析電路圖[1]。根據諧波電流的特征，可知n次諧波電流的計算公式為：

其中，Inmax代表電流最大值，I1代表基波電流。從公式中可以看出諧波電流最大值與諧波次數成反比例關系。然而，在重疊角不為0的情況下，n次諧波電流幅值的計算公式為：

其中，Kn代表修正系數，而修正系數主要與重疊角、諧波次數等有關。然而，對于諧波的等值電路，其計算公式為：

其中，xs代表電力系統的基波電抗，xc代表電力容器的基波容抗，xL代表串聯在電力電容器組支路的基波電抗。由公式（3）（4）可知，當電力電容器組支路呈現容性時，電容器支路中諧波電流放大；當電力容器呈現感性時，電容器組支路的電流較小；當電容器支路發生串聯諧振情況時，其起到濾波器的作用。然而，當電力電容器發生并聯諧振時，將可能威脅到電容器的運行安全，因此，在未連接串聯電抗器的情況，令x=0，此時電力電容器發生并聯諧振的條件為x=n2x。Lc

電力電容器諧波分析電路圖

1.2 諧波電流對輸電線路的影響

1.3 諧波電流對繼電保護整定的影響

在諧波電流較高的情況下，諧波電流容易入侵某一電網系統而影響繼電保護的整定值，容易錯誤地引起過電流、過電壓情況的發生，尤其是在負序性諧波的情況下，若出現三相電壓不對稱的情況下，容易因操作失誤將負序濾過器作為啟動元件的保護裝置。由于諧波電流的產生，致使差動保護動作跳閘，大面積停電等事故，不僅造成了嚴重的經濟損失，也嚴重威脅到人們的生命財產安全。因此，面對諧波電流對電力系統的影響，應采取相應的措施降低諧波電流，以保證電力系統的運行安全。

2 電力系統在諧波條件下的改進措施

在電力系統中，隨著非線性元件的不斷增多，非線性負載會產生較多的諧波，并產生脈沖型電流。由于諧波電流主要表現在電力系統供電中斷、電網發生諧振等方面，容易造成電力設備發熱并損壞，嚴重影響了電力系統的安全性和穩定性，特別是3次諧波產生的巨大的中性線電流，因配電變壓器的電壓值超過了標準的電壓值，嚴重影響了電力設備的運行安全。因此，針對諧波電流對電力系統的影響，采取相應的措施降低諧波電流，首先，電力電容器因諧波過載，在有諧波電流的情況下，電容器可能會因諧波電流放大而造成負荷過載。因此，在設計無功補償電力電容器時，應充分考慮諧波對電力電容器的影響，可采取的措施有：第一，增加整流相數，對于大功率的整流裝置來說，通過增加整流相數的方式，即增加脈動波數P，將各組整流裝置側繞組對稱地移相，抵消低次諧波分量，這樣既提高了整流裝置的整流效率，也有效減少了諧波電流對電力系統的影響；第二，在電容器組支路中串接電抗器，使電力電容器組支路呈現感性；第三，改變電容器容量等，從而有效避免并聯諧振的發生。

最后，在降低諧波電流中，還應遵循“因地制宜”的原則，有針對性地加強濾波源的治理。由于濾波裝置主要分為有源、無源電力濾波器，在電力系統中，若采用有源濾波器裝置，可以通過濾波采樣裝置對諧波源發出的諧波進行采集，并復制電流大小相等、方向相反的諧波，將采集的諧波接入電網，最終抵消原來的諧波，有源濾波器實際上屬于一個大功率的諧波發生器。而無源電力濾波器是通過電感、電容諧振的工作原理來組織n次諧波，以保證電力系統中的電壓畸變率保持在一定范圍內。

3 結束語

在電力系統運行中，面對諧波電流對電力系統的影響，對于供電公司來說，應對其引起足夠關注。若出現諧波源容量大、系統短路容量小的情況，將會造成巨大的經濟損失，甚至可能危及到人們的生命財產安全。因此，分析諧波電流對電力電容器、電網、電力系統繼電保護等的影響，有針對性地采取相應的措施，采用增加濾波裝置及增加整流相數的方式，減少濾波電流對電力系統的影響，以保證電力系統的安全性、可靠性和穩定性。

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