鲜为人知 浅谈电网谐波的危害

你知道谐波对电网的危害有多大吗？随着谐波对电网的污染日趋严重，人们对电网谐波的关注度也越来越高，谐波的治理也势在必行，本文将对电网谐波产生的原因、谐波的危害等进行分析。

一、谐波的基本概念

供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值（n=fn/f1）称为谐波次数。电网中有时也存在非整数倍谐波，称为非谐波（Non-harmonics）或分数谐波。

对于我国使用的50Hz电源来说基波为50Hz，3次谐波为150Hz，5次谐波为250Hz，以此类推。

基波叠加5次和7次谐波示意图

二、电网谐波产生的原因

高次谐波产生的根本原因是由于电力系统中某些设备和负荷的非线性特性，即所加的电压与产生的电流不成线性（正比）关系而造成的波形畸变。

电网谐波来自于三个方面：

(1)发电源质量不高产生谐波；

由于发电机制造工艺的问题，致使电枢表面的磁感应强度分布稍稍偏离正弦波，因此，产生的感应电动势也会稍稍偏离正弦电动势，即所产生的电流稍偏离正弦电流。当然，几个这样的电源并网时，总电源的电流也将偏离正弦波。发电机发出谐波电势的同时也会有谐波电势产生，其谐波电势取决于发电机本身的结构和工作状况，基本上与外接阻抗无关。故可视为谐波恒压源，但其值很小。

(2)输配电系统产生谐波；

供电系统本身存在的非线性元件是谐波的又一来源。这些非线性元件主要有变压器激磁支路、交直流换流站的可控硅控制元件、可控硅控制的电容器、电抗器组等。

(3)用电设备产生的谐波。

由于用电设备的非线性，导致谐波的产生。当电流流经线性负载时，负载上电流与施加电压呈线性关系；而电流流经非线性负载时，则负载上电流为非正弦电波，即产生了谐波。常见的非线性负载如：整流器、开关电源、变频调速器、电子计算机、UPS、荧光灯、微波炉、电视机等。

三、谐波对电网的危害

1)系统角度，谐波会导致一些不正常现象：一是超高压长线上，谐波电流若较大，潜供电弧熄灭会被延缓，单相重合闸可能会失败，扩大事故，消弧线圈接地的系统中同样存在这个问题；二是谐波分量较大的时候，可能引起保护误动或拒动，如零序三次谐波过大，可能引起接地保护误动；三是计量和测量误差，尤其对过零检测相位的表计来说，更为严重。

2)谐波引起设备的附加损耗，降低效率。尤其是对电容器组的影响，随着频率的提高，其介质损耗会明显增加；对输电线路来说，由于谐波频率高和趋肤效应的原因，线路电阻会增加，因而引起附件线损；同时变压器和电机等，都会引起一定附加的铜耗和铁损，产生局部过热。

3)加速绝缘老化，很大缩短设备寿命。谐波作用下，绝缘老化物理过程明显加剧，对电缆，电容器等危害很大。

4)可能产生局部的串联或并联谐振，并放大谐波水平。从而导致谐波支路中的设备因过电压或过电流而损坏。

5)谐波对通信系统的干扰。若谐波频率接近载波频率，电力线载波通信和远动装置信号传输会被一定程度干扰，此外通过电磁、静电和传导耦合途径，也会对平行敷设的通信线路产生干扰。

四、国家标准对谐波的要求

1、谐波电压限值《电能质量、公用电网谐波》GB/T14549-93公用电网谐波电压（相电压）

2、注入公用链接到的谐波电流允许值

五、总结

上述可以看到，电网谐波带来的危害巨大，甚至会带来严重的电网事故，国家标准对注入电网的电压、电流谐波含量也有严格要求，因此，对电网谐波的治理势在必行。广州致远电子股份有限公司自主研发的电能质量分析仪能够监测电压电流不平衡度/谐波含量分析（奇偶次谐波畸形变率分析），通过测量谐波含量，进行有效的分析，及时发现故障隐患，提前治理整顿，减少电网谐波带来的危害，提高企业设备的供电质量，提高设备进行的可靠性，减少因设备误动作而造成的经济损失。