淺析電力系統諧波的危害與檢測

楊怡 仵亞男

（中國平煤神馬集團電務廠 河南省平頂山市 467000）

淺析電力系統諧波的危害與檢測

楊怡 仵亞男

（中國平煤神馬集團電務廠 河南省平頂山市 467000）

隨著電力電子裝置日趨廣泛的應用，諧波污染越來越受到人們的重視。本文介紹了諧波問題及研究現狀，簡要闡述了電力系統諧波的危害，并結合竹園變電站實際提出了一種粗略估算電力系統是否含有高次諧波的方法。

諧波電流；諧波電壓；頻率；電容

1 諧波問題及研究現狀

“諧波”一詞起源于聲學。有關諧波的數學分析在18世紀和19世紀已經奠定了良好的基礎。傅里葉等人提出的諧波分析方法至今仍被廣泛應用。

電力系統的諧波問題早在20世紀20年代和30年代就引起了人們的注意。當時在德國，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C.Read發表的有關變流器諧波的論文是早期有關諧波研究的經典論文。

到了20世紀50年代和60年代，由于高壓直流輸電技術的發展，發表了有關變流器引起電力系統諧波問題的大量論文。E.W.Kimbark在其著作中對此進行了總結。70年代以來，由于電力電子技術的飛速發展，各種電力電子裝置在電力系統、工業、交通及家庭中的應用日益廣泛，諧波所造成的危害也日趨嚴重。世界各國都對諧波問題予以充分的關注。國際上召開了多次有關諧波問題的學術會議，不少國家和國際學術組織都制定了限制電力系統諧波和用電設備諧波的標準和規定。

我國對諧波問題的研究起步較晚。吳競昌等人1988年出版的《電力系統諧波》一書是我國有關諧波問題較有影響的著作。夏道止等1994年出版的《高壓直流輸電系統的諧波分析及濾波》是近年出版的代表性著作。此外，唐統一等人和容健綱等人分別獨立翻譯了J.Arrillaga等的《電力系統諧波》一書，也在國內有較大的影響。

有關諧波問題的研究可以劃分為以下四個方面：

（1）與諧波有關的功率定義和功率理論的研究；

（2）諧波分析以及諧波影響和危害的分析；

（3）諧波的補償和抑制；

（4）與諧波有關的測量問題和限制諧波標準的研究。

2 諧波的危害

理想的公用電網所提供的電壓應該是單一而固定的頻率以及規定的電壓幅值。諧波電流和諧波電壓的出現，對公用電網是一種污染，它使用電設備所處的環境惡化，也對周圍的通信系統和公用電網以外的設備帶來危害。在電力電子設備廣泛應用以前，人們對諧波及其危害就進行過一些研究，并有一定認識，但那時諧波污染還不嚴重，沒有引起足夠的重視。近四五十年來，各種電力電子裝置的迅速普及使得公用電網的諧波污染日趨嚴重，由諧波引起的各種故障和事故也不斷發生，諧波危害的嚴重性才引起人們高度的關注。諧波對公用電網和其他系統的危害大致有以下幾個方面：

（1）諧波使公用電網中的元件產生了附加的諧波損耗，降低了發電、輸電及用電設備的效率，大量的3次諧波流過中性線時會使線路過熱甚至發生火災。

（2）諧波影響各種電氣設備的正常工作。諧波對電機的影響除引起附加損耗外，還會產生機械振動、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴重過熱。諧波使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以致損壞。

（3）諧波會引起公用電網中局部的并聯諧振和串聯諧振，從而使諧波放大，這就使得上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起嚴重事故。

（4）諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作，并會使電氣測量儀表計量不準確。

（5）諧波會對鄰近的通信系統產生干擾，輕者產生噪聲，降低通信質量；重者導致信息丟失，使通信系統無法正常工作。

3 粗略檢測電源中是否含有高次諧波的簡單方法

根據電容器對頻率敏感的原理，用測量電容電流的辦法，初步判斷電源中是否含有高次諧波。

圖1 判斷電源是否含有高次諧波原理圖

以我廠所轄的竹園變電站諧波測量為例，運用此原理在35kV1#站變的低壓側進行測量，測試結果如表1所示。

表1 竹園變電站35kV 1#站變處諧波測量數據

由測量結果可見，實測電流值與理論電流值相差不大，且存在儀表自身誤差和讀數誤差的影響。因此可以判定，測量時竹園站35kV1#站變處高次諧波的含量不大。

4 結束語

諧波問題越來越受到人們的重視和關注，電力電子技術的進步與發展，將出現新的諧波源，分布式發電系統的諧波、智能電網的諧波問題等需要深入研究，認清諧波的危害，掌握諧波的檢測方法，是我們分析研究諧波問題的前提和關鍵，諧波抑制技術需要多學科知識交叉融合，發現與研究新的諧波治理理論與技術是保障電力系統安全運行的必然要求。

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1004-7344（2016）13-0064-01

2016-4-15