电力课堂 | 电网谐波的概念及其抑制方法

一. 谐波的产生与危害

电网谐波的产生，主要是由于电力系统中存在各种非线性元件。因此，即使电力系统中电源的电压波形为正弦波，也会由于非线性元件的存在，使得电网中总有谐波电流或电压存在。产生谐波的电气元件很多，例如荧光灯和高压钠灯等气体放电灯、感应电动机、电焊机、变压器和感应电炉等，都要产生谐波电流或电压。最为严重的是大型晶闸管变流设备和大型电弧炉，它们产生的谐波电流最为突出，是造成电网谐波的主要因素。

谱波对电气设备的危害很大。谐波电流通过变压器，可使变压器铁心损耗明显增加，从而使变压器出现过热，缩短其使用寿命。谐波电流通过交流电动机，不仅会使电动机的铁心损耗明显增加，而且会使电动机转子发生振动现象，严重影响机械加工的产品质量。谐波对电容器的影响更为突出，谐波电压加在龟容器两端时，由于电容器对于谐波的阻抗很小，因此电容器很容易过负荷甚至烧毁。

此外，谐波电流可使电力线路的电能损耗和电压损耗增加，可使计量电能的感应式电能表计量不准确，可使电力系统发生电压谐振，从而在线路上引起谐振过电压，有可能击穿线路设备的绝缘，还可能造成系统的继电保护和自动装置发生误动作，并可对附近的通信设备和通信线路产生信号干扰。

因此，GB/T14549-2008《电能质量 公用电网谐波》对谐波电压限值和谐波电流允许值均作了规定。

二. 电网谐波的抑制措施

（1）三相整流变压器采用Yd或Dy联结 

由于3次及3的整数倍次谐波在三角形联结的绕组内形成环流，而星形联结的绕组内不可能产生3次及3的整数倍次谐波电流，因此采用Yd或Dy联结的三相整流变压器，能使注入电网的谐波电流中消除3次及3的整数倍次的谐波电流。又由于电力系统中的非正弦交流电压或电流通常正、负两半波对时间轴是对称的，不含直流分量和偶次谐波分量，因此采用Yd或Dy联结的整流变压器后，注入电网的谐波电流只有5、7、11、……等次谐波。这是抑制高次谐波最基本的方法。

（2）增加整流变压器二次侧的相数 

整流变压器二次侧的相数越多，整流波形的脉波数越多，其次数低的谐波被消除的也越多。例如，整流相数为6相时，出现的5次谐波电流为基波电流的18.5%，7次谐波电流为基波电流的12%。如果整流相数增加到12相时，则出现的5次谐波电流降为基波电流的4.5%，7次谐波电流降为基波电流的3%，都差不多减少了75%。由此可见，增加整流相数对高次谐波抑制的效果相当显著。

（3）使各台整流变压器二次侧互有相角差 

多台相数相同的整流装置并列运行时，使其整流变压器的二次侧互有适当的相角差，这与增加二次侧的相数效果相类似，也能大大减少注入电网的高次谐波。

（4）装设分流滤波器

在大容量静止“谐波源”（如大型晶闸管整流器）与电网连接处装设分流滤波器，使滤波器的各组R-L-C回路分别对需要消除的5、7、11、…等次谐波进行调谐，使之发生串联谐振。由于串联谐振回路的阻抗极小，从而使这些次数的谐波电流被它分流吸收而不至注入公用电网中去。

（5）选用Dyn11联结组三相配电变压器

由于Dyn11联结的变压器高压绕组为三角形联结，使3次及3的整数倍次的高次谐波在绕组内形成环流而不至注入高压电网中去，从而抑制了高次谐波。

（6）其他抑制谐波的措施

例如限制电力系统中接入的变流设备和交流调压装置的容量，或提高对大容量非线性设备的供电电压，或者将“谐波源”与不能受干扰的负荷电路从电网的接线上分开，都能有助于谐波的抑制或消除。