什么是谐波、谐波的危害、谐波的治理(图)
2005/11/9 17:21:28 电源在线网
1、什么是谐波
电力系统中有非线性（时变或时不变）负载时，即使电源都以工频50HZ供电，当工频电压或电流作用于非线性负载时，就会产生不同于工频的其它频率的正弦电压或电流，这些不同于工频频率的正弦电压或电流，用富氏级数展开，就是人们称的电力谐波。
随着经济发展，大功率可控硅的广泛应用，大量非线性负荷增加，特别是电子技术、节能技术和控制技术的进步，在化工、冶金、钢铁、煤矿和交通等部门大量使用各种整流设备、交直流换流设备和电子电压调整设备，电熔炼设备、电化学设备、矿井起重设备、露天采掘设备、电气机车等与日俱增，同时种类繁多的照明器具、娱乐设施和家用电器等普及使用，使得电力系统波形严重畸变。
2、谐波的危害
电力谐波的主要危害有：
a、引起串联谐振及并联谐振，放大谐波，造成危险的过电压或过电流；
b、产生谐波损耗，使发、变电和用电设备效率降低；
c、加速电气设备绝缘老化，使其容易击穿，从而缩短它们的使用寿命；
d、使设备（如电机、继电保护、自动装置、测量仪表、电力电子器件、计算机系统、精密仪器等）运转不正常或不能正确操作；
e、干扰通讯系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正确传递，甚至损坏通信设备。
3、谐波的治理
1）谐波治理标准
GB/T 14549—93 《电能质量 公用电网谐波》
该标准对不同电压等级各次谐波允许注入值都作了具体规定（略），其规定公用电网谐波电压（相电压）限值
2）谐波治理
谐波治理就是在谐波源处安装滤波器，就近吸收谐波源产生的谐波电流，现在广泛采用的滤波器为无源滤波器，另外有利用时域补偿原理的有源滤波器，这种滤波器的优点是能做到适时补偿，且不增加电网的容性元件，但造价较高。无源滤波装置，吸收高次谐波，而所有滤波支路对基波呈现容性，正好满足无功补偿要求，不必另装并联电容器补偿装置，这种方法经济、简便，国内外广泛采用。
滤波器的种类。滤波器大致分为以下六种类型，如图:
(a)—单调谐波滤波器；(b)—双调谐滤波器；
(c)—一阶高通滤波器；(d)—二阶高通滤波器；
(e)—三阶高通滤波器；(f)—“c”式高通滤波器。
单调谐滤波器通频带窄，滤波效果好，损耗小，调谐容易，是使用最多的一种类型。
双调谐滤波器可替代两个单调谐滤波器，只有一个电抗器（L1）承受全部冲击电压，但接线复杂，调谐困难，仅在超高压系统中使用。
一阶高通滤波器因基波损耗大，一般不采用。
二阶高通滤波器通频带很宽，滤波效果好，既可调谐振点，又可调谐曲线锐度，并可防意外共振与放大，因此也有以二阶宽通带做低次滤波器。
三阶高通滤波器一般用电弧炉滤波。
“C”式高通滤波器，用于电弧炉滤波，对二次谐波特别有效。
4、补偿
企业中由于大量的电力负荷是感性负荷，因此企业的自然功率因数较低，如不采用人工补偿，提高功率因数，将造成如下不良影响：
a、降低发电机的输出功率，当发电机需提高无功输出，低于额定功率因数运行时，将使发电机有功输出降低；
b、降低了变电、输电设备的供电能力；
c、使网络电力损耗增加（网络中的电能损失与功率因数平方数成反比）；
d、功率因数愈低，线路的电压降愈大，使得用电设备的运行条件恶化；
e、月均功率因数低于0.9（小型低压用户或农业用电为0.8），将受到“电力罚款”。
上述可见，提高功率因数不仅对电力系统，而且对企业经济运行有着重大意义。
在考虑提高功率因数时，应首先提高企业用电设备的自然功率因数，当采取措施后还达不到供电部门要求时，采用人工补偿装置。一般除在容量较大、经常运行的恒速机械（如水泵、空压机、鼓风机、电动发电机组等）上采用同步电动机补偿外，其它的应安装并联电容器进行补偿。
1）并联电容器补偿容量的计算
QC = α P30 qc
ＱＣ：需要补偿的无功容量，kvar；
P30:全企业有功计算负荷，ＫＷ；
α：平均负荷系数，取0.7～0.8；
qc:补偿率，kvar/KW 可在有关手则查得，也可按下式计算：
2）并联电容器的装设地点
a、集中补偿方式。将高压电容器集中安装在总降压变电所或功率因数较低、负荷较大的配电所高压母线上。
b、分散补偿。对用电负荷分散和功率因数较低的车间变电所，采用低压并联电容器安装在低压配电室。
C、就地补偿。对距供电点较远的大、中容量连续工作制的电动机（如风机、水泵、压缩机、球磨机等），应采用电动机无功功率就地补偿装置。它不仅提高功率因数，且减少线路损失，减小总电流，提高变压器负载率有明显效果。但单机补偿容量不宜过大，应保证电动机断电时不致因自激磁出现过激磁，否则易损坏电动机。就地补偿装置与电动机共用一台断路器，同时投切。
3）对高次谐波的抑制措施
为了减少和避免高次谐波对并联补偿装置的危害。为减少谐波电流流入电容器和合闸涌流，可串适当的电抗器。其感抗值应在可能产生的任何谐波下，均使电容器回路的总电抗为感抗，从而消除谐振的可能。
如对6脉冲整流线路，有5次以上谐波，XL=4.5%～6%XC；对有3次谐波的线路XL=（12%～13%）XC。
为了防止可能出现铁磁谐振，一般应采用无铁芯电抗器。
电力系统中有非线性（时变或时不变）负载时，即使电源都以工频50HZ供电，当工频电压或电流作用于非线性负载时，就会产生不同于工频的其它频率的正弦电压或电流，这些不同于工频频率的正弦电压或电流，用富氏级数展开，就是人们称的电力谐波。
随着经济发展，大功率可控硅的广泛应用，大量非线性负荷增加，特别是电子技术、节能技术和控制技术的进步，在化工、冶金、钢铁、煤矿和交通等部门大量使用各种整流设备、交直流换流设备和电子电压调整设备，电熔炼设备、电化学设备、矿井起重设备、露天采掘设备、电气机车等与日俱增，同时种类繁多的照明器具、娱乐设施和家用电器等普及使用，使得电力系统波形严重畸变。
2、谐波的危害
电力谐波的主要危害有：
a、引起串联谐振及并联谐振，放大谐波，造成危险的过电压或过电流；
b、产生谐波损耗，使发、变电和用电设备效率降低；
c、加速电气设备绝缘老化，使其容易击穿，从而缩短它们的使用寿命；
d、使设备（如电机、继电保护、自动装置、测量仪表、电力电子器件、计算机系统、精密仪器等）运转不正常或不能正确操作；
e、干扰通讯系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正确传递，甚至损坏通信设备。
3、谐波的治理
1）谐波治理标准
GB/T 14549—93 《电能质量 公用电网谐波》
该标准对不同电压等级各次谐波允许注入值都作了具体规定（略），其规定公用电网谐波电压（相电压）限值
2）谐波治理
谐波治理就是在谐波源处安装滤波器，就近吸收谐波源产生的谐波电流，现在广泛采用的滤波器为无源滤波器，另外有利用时域补偿原理的有源滤波器，这种滤波器的优点是能做到适时补偿，且不增加电网的容性元件，但造价较高。无源滤波装置，吸收高次谐波，而所有滤波支路对基波呈现容性，正好满足无功补偿要求，不必另装并联电容器补偿装置，这种方法经济、简便，国内外广泛采用。
滤波器的种类。滤波器大致分为以下六种类型，如图:
(a)—单调谐波滤波器；(b)—双调谐滤波器；
(c)—一阶高通滤波器；(d)—二阶高通滤波器；
(e)—三阶高通滤波器；(f)—“c”式高通滤波器。
单调谐滤波器通频带窄，滤波效果好，损耗小，调谐容易，是使用最多的一种类型。
双调谐滤波器可替代两个单调谐滤波器，只有一个电抗器（L1）承受全部冲击电压，但接线复杂，调谐困难，仅在超高压系统中使用。
一阶高通滤波器因基波损耗大，一般不采用。
二阶高通滤波器通频带很宽，滤波效果好，既可调谐振点，又可调谐曲线锐度，并可防意外共振与放大，因此也有以二阶宽通带做低次滤波器。
三阶高通滤波器一般用电弧炉滤波。
“C”式高通滤波器，用于电弧炉滤波，对二次谐波特别有效。
4、补偿
企业中由于大量的电力负荷是感性负荷，因此企业的自然功率因数较低，如不采用人工补偿，提高功率因数，将造成如下不良影响：
a、降低发电机的输出功率，当发电机需提高无功输出，低于额定功率因数运行时，将使发电机有功输出降低；
b、降低了变电、输电设备的供电能力；
c、使网络电力损耗增加（网络中的电能损失与功率因数平方数成反比）；
d、功率因数愈低，线路的电压降愈大，使得用电设备的运行条件恶化；
e、月均功率因数低于0.9（小型低压用户或农业用电为0.8），将受到“电力罚款”。
上述可见，提高功率因数不仅对电力系统，而且对企业经济运行有着重大意义。
在考虑提高功率因数时，应首先提高企业用电设备的自然功率因数，当采取措施后还达不到供电部门要求时，采用人工补偿装置。一般除在容量较大、经常运行的恒速机械（如水泵、空压机、鼓风机、电动发电机组等）上采用同步电动机补偿外，其它的应安装并联电容器进行补偿。
1）并联电容器补偿容量的计算
QC = α P30 qc
ＱＣ：需要补偿的无功容量，kvar；
P30:全企业有功计算负荷，ＫＷ；
α：平均负荷系数，取0.7～0.8；
qc:补偿率，kvar/KW 可在有关手则查得，也可按下式计算：
2）并联电容器的装设地点
a、集中补偿方式。将高压电容器集中安装在总降压变电所或功率因数较低、负荷较大的配电所高压母线上。
b、分散补偿。对用电负荷分散和功率因数较低的车间变电所，采用低压并联电容器安装在低压配电室。
C、就地补偿。对距供电点较远的大、中容量连续工作制的电动机（如风机、水泵、压缩机、球磨机等），应采用电动机无功功率就地补偿装置。它不仅提高功率因数，且减少线路损失，减小总电流，提高变压器负载率有明显效果。但单机补偿容量不宜过大，应保证电动机断电时不致因自激磁出现过激磁，否则易损坏电动机。就地补偿装置与电动机共用一台断路器，同时投切。
3）对高次谐波的抑制措施
为了减少和避免高次谐波对并联补偿装置的危害。为减少谐波电流流入电容器和合闸涌流，可串适当的电抗器。其感抗值应在可能产生的任何谐波下，均使电容器回路的总电抗为感抗，从而消除谐振的可能。
如对6脉冲整流线路，有5次以上谐波，XL=4.5%～6%XC；对有3次谐波的线路XL=（12%～13%）XC。
为了防止可能出现铁磁谐振，一般应采用无铁芯电抗器。
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