淺談諧波的危害及主要抑制措施

1.引言

如今，隨著電力電子技術的飛速發展，電力負荷的種類越來越多，尤其是變頻器驅動的電機系統因其流程控制方便、節能效果明顯、維護簡單、網絡化等優點而得到越來越多的應用。無論是哪種變頻器，它都會在變頻過程中輸入.輸出端產生高次諧波，輸入端的諧波會通過輸入電源線對公共電網產生影響。輸出端的諧波對電機等負載有很大的負面影響，使得電網在穩定運行下產生越來越多的諧波。諧波都來自哪里.都有何影響.怎樣檢測.我們今天關心的是如何抑制等。

2.諧波源

諧波來源于各種諧波源，所謂“諧波源”它通常指各種特定的電氣設備，即非線性電氣設備或非線性電力負荷。其中，電力電子設備是電網的主要組成部分，變壓器組組數量較多.鐵芯電抗器.電弧爐.變頻驅動或晶閘管整流直流驅動設備.計算機.用于重要負載的不間斷電源(ups).節能熒光燈系統.家用電器和電子設備是諧波源。這些非線性負載會導致電網污染、電力質量下降、供電設備故障、嚴重情況甚至火災事故。

3.諧波危害

當電力電子設備容量達到連接的電網短路容量0時.3至0.當5倍以上，或諧波諧振引起的電網參數較低時，可能容易在一定范圍內引起諧波諧振“諧波不穩定”。5.7次諧波含量占總諧波含量的比重較大，其中5次諧波含量占總諧波含量的45%，其中高達80%。諧波危害主要表現在以下幾個方面：

(1)電機變壓器上高諧波電流的皮膚收集效應嚴重時，容易造成局部高溫和變壓器銅損傷比例增加。

(2)由于諧波電流與基波磁場的相互作用，會產生不良的機械振動，加速軸和軸承疲勞，縮短壽命，還會增加變壓器噪聲。

(3)電機諧波軸承受較大諧波的電壓容易擊穿軸承潤滑油膜，造成放電損壞軸承。

(4)電網中的大量三次諧波導致電力電容器迅速“鼓肚”和“放炮”而退出運行時，三次諧波流過中線會使線路過熱甚至發生火災。

（5）在一定條件下，電力電子設備運行過程中產生的瞬時刺電壓是影響電力電纜局部放電和使用壽命的重要原因，導致電纜絕緣故障損壞。

(6)諧波還可能導致保護和自動裝置的誤動。

(7)諧波信號頻率高.大能量可以存在電容耦合.電磁感應.電氣傳導等特性，對通信產生不可避免的干擾。

(8)諧波超標容易損壞電子原器件或縮短電子原器件的使用壽命。

(9)諧波會導致公共電網局部并聯諧振和串聯諧振，從而放大諧波，從而大大增加上述危害，甚至造成其他嚴重事故。

4.國家標準

gb／t14549-93電能質量-公用電網諧波如表1。

表2為諧波電流允許值，注入公共連接點。

表1 電能質量－公用電網諧波標準

表2 注入公共連接點的諧波電流允許值

5.諧波測量

上述諧波的危害使它成為*必要時，在電網的日常運行中檢測和監測電能質量的重要指標。由于電網諧波問題的復雜性，很難通過一定的理論計算準確反映電網的實際情況。通常采用測量的電網諧波干擾，以確保電網的安全運行和高質量的電源。

目前，從儀器性能和測試目的來看，可分為：諧波檢測器報警儀.諧波分析儀.電能質量綜合分析儀。發達國家在諧波分析儀的開發和使用方面比較先進，儀器功能齊全.測量范圍廣，使用方便可靠，價格高。但是國產儀器性能還是比較差，數據采集也不理想，但是價格比較低。比如:國產的dxj一系列諧波檢測儀.美國fluke電能質量分析儀.日產數字電能分析儀.國產gxf系列諧波分析儀等。

6.諧波治理

抑制諧波危害的措施主要是對諧波源本身和傳播路徑的抑制?；舅枷耄阂皇前惭b諧波補償裝置補償諧波，二是改造電力電子設備本身，減少諧波，功率因數可控制為1，三是在市政電網中采取適當措施抑制諧波，具體方法如下：

6.1抑制諧波所采取的措施

(1)選擇電力電子設備時，盡量選擇脈動較大或有一定移相角的換流變壓器。12相脈沖整流

thdv大約10%-15%，18相脈沖整流thdv大約3%-8%，缺點是需要專用變壓器，不利于設備改造，價格較高；

(2)設備本體無法改進時，可在諧波源附近安裝有源電源濾波器，吸收諧波電流，但補償能力小，成本高；

(3)具有諧波互補性的裝置應集中，否則分散或交錯使用，適當限制諧波量大的工作方式；

(4)在用戶進線處增加串聯電抗器，以增加與電氣系統的電氣距離，減少諧波的相互作用；

(5)電源電壓.線路阻抗.找出負荷特性不平衡的原因，改善電源三相不平衡；

(6)安裝無功功率補償裝置，抑制電壓波動.閃變.三相不平衡；

(7)增加供電容量，降低諧波含量；

(8)提高設備或設備的性能，提高電氣設備的抗干擾能力；

(9)信號線與動力線分開布線，盡量采用雙絞線減少共模干擾；

(10)在使用通信電子控制系統時，應適當增加檢測信號和輸出控制部分的軟件濾波器，以提高系統本身的抗干擾能力。

無源電源波的安裝方式簡單，體積小，.無功補償效果良好，適用于穩態諧波場所。非線性負載產生的諧波電流和濾波器與系統連接點之間的電壓失真，輸出和負載產生的諧波電流相等.相反的諧波電流起著補償諧波的作用。動態性能好，響應時間短(15μs)，三相補償諧波電流低的功率損耗(小于設備額定功率的3%)，適用于臨時諧波或諧波成分復雜、變化快、隨機性強的場所。

6.2運用實例

變頻調速廣泛應用于工廠，多為6脈沖觸發變頻器，5次諧波含量較高。我們有一個980kw／690v西門子6脈沖變頻器驅動三相異步電機。諾基亞的一個無源電源濾波器并聯安裝在變頻器的輸入端，主要吸收變頻器產生的5個諧波。前5個諧波失真率28.8%，投入使用后變成1.7%，補償率超過90%?；鞠讼到y的5次諧波干擾，延長了元器件的使用壽命。無源濾波器結構中的電容器提高了線路末端的功率因數，達到了100%。節能統計結果顯示，投資后比投資前一個月節電8000多度，經濟效益良好。

7.結束語

諧波給公共電網帶來了一定程度的破壞，成為電網的污染源之一。目前，各種方法都有一定的缺點。因此，分析和研究如何抑制諧波也將成為一個非常重要的課題。