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1。序

随着电力电子技术的飞速发展，越来越多的新型电气设备问世并投入使用，高次谐波的影响也越来越严重。电力系统受到谐波污染后，会影响系统的运行效率，甚至损坏设备，甚至危及电力系统的安全运行。过去，评价电力系统电能质量的主要指标是电压幅值和频率。现在世界各国都把电网电压正谐波畸变率的限值作为评价电能质量的指标之一，正确认识谐波已成为电力工作者的重要任务之一。因此，研究和分析谐波产生的原因、危害以及抑制谐波的措施具有重要的现实意义。

1谐波产生的原因

供电系统中谐波的出现主要由两个主要因素引起:

(1)晶闸管整流器和调压器的广泛使用，晶闸管在大量家用电器中的普遍使用以及各种非线性负载的增加导致波形失真。

(2)设备设计理念的改变。在过去，它倾向于采用在额定条件下工作或有较大余量的设计。如今，为了竞争，电气设备的设计趋于临界状态。比如有些设计为了节省材料，让磁性材料工作在磁化曲线的深度饱和段，在这些段运行会导致励磁材料波形严重失真。图1为三相六脉波整流装置的原理接线图，此时交流侧电流的傅里叶级数展开式为:

可以看出交流侧电流含有谐波，谐波阶次为(6k 1)，各阶谐波含量为。

谐波对电力系统的危害

谐波对电力系统的污染越来越严重。谐波源的注入增加了电网的谐波电流和电压，其危害波及全网，对各种电气设备都有不同程度的影响和危害。具体设备的危险分析如下:

(1)交流发电机。同步电机和感应电机会在定子绕组和转子绕组中产生额外的热损失。除了谐波电流的铜损I2nR之外，由于电流的趋肤效应，热损耗还会产生额外的损耗，从而增加转子的热损耗。对于大型汽轮发电机来说，如果发生多次谐波振荡，谐波电流超过额定电流的25%，转子就可能因上述原因而损坏。对于变压器来说，铁芯产生热损耗，尤其是涡流损耗，变压器绕组中存在谐波电流，在铁芯中感应出磁通，产生铁损。

(2)架空线谐波电流产生热损耗，较大的谐波电流分量可显著延迟二次电源电流的熄灭，导致单相重合闸失败。电缆中的谐波电流会产生热损耗，增加电缆的介质损耗和温升。

(3)电力电容器的谐波电流会造成额外的介质损耗，加速电力电容器的绝缘老化。系统中谐波电压或电流的谐振会引起过电压和过电流，损坏电气设备的绝缘，引起噪声和振动。

(4)电子计算机会因谐波干扰而失真；工业电子设备的功能会因为它而被破坏。

(5)对继电保护、自动控制装置和计算机的干扰和误操作，造成电能计量误差。

(6)谐波电流在高压架空线路上流动，不仅会增加线路损耗，还会干扰相邻的通信线路。

3电力系统抑制谐波的措施

为了将谐波对电力系统的干扰(污染)限制在系统可接受的范围内，我国和世界各国分别颁布了《电力系统谐波管理暂行规定》和IEC标准，明确了各种谐波源产生的谐波的限值。

抑制电力系统谐波的主要措施有:

(1)一组电抗器串联在补偿电容器电路中。

如图2所示，加Xc前，省略电阻，谐波源In母线的谐波电压为UN = xsn？在；补偿电容并联后，谐波源的输入谐波电抗为:此时的谐波电压，注入系统的谐波电流UN，ISN >；英寸也就是说，并联电容放大了系统的谐波。如果某次谐波对应有Xsn-Xcn=0，则谐波电流和电压趋于无穷大。为了摆脱这个谐振点，通常在电容支路中串联一个电抗器，其电感值的选择要使电容电路的总电抗在任何可能的谐波下都是感抗而不是容抗，从根本上消除产生谐波的可能性。

(2)安装单调谐滤波器和由电容、电感和电阻组成的高通滤波器。

单调谐滤波器是为某一次谐波设计的滤波器，高通滤波器是为吸收几个高次谐波设计的滤波器。要安装的过滤器的类型和数量以及它们的调谐频率(过滤次数)可以通过特定的计算来确定。

比如电力机车是大功率单相整流器，有谐波问题。根据实测数据，韶山-1型机车电流的谐波含量大致如表1所示，影响电力机车注入电力系统谐波电流的因素很多。如图3所示，接触网是影响因素之一。图中Zsn为电力系统谐波阻抗，供电臂总长度为L，臂上只有一台电力机车，位于变电站L处。

设接触网单位长度的第n次谐波阻抗和导纳分别为Zn和Yn，则可得第n次谐波的特性阻抗Zcn和传播常数γn。

可以看出，一般的接触网对机车的谐波电流是有放大作用的，当机车处于供电臂末端(L = L)时放大作用最大。解决牵引机车的谐波问题，一般的方法是在牵引变电所安装3、5、7滤波器。近几年新投入运营的电力机车，有的换成了车载分级滤波器，滤除三、五次谐波的效果很好。

(3)增加整流器的相数

谐波电流与整流相数密切相关，即随着相数的增加，谐波的最低阶变高，谐波电流的幅值变小。一般来说，可控硅整流装置多为6相。为了减少高次谐波电流，可以用12相或36相代替。使用12相整流器时，高次谐波电流只占总电流的1%左右，危害大大降低。

(4)当两台以上整流变压器由同一母线供电时，整流变压器的一次绕组可分别交替连接成Y形和△形，使5次和7次谐波相互抵消，只需考虑11和13次谐波的影响。由于频率高、振幅小，危害性降低。

4结论

(1)次谐波的出现影响了整个电力系统的环境。如通信中谐波噪声的出现会降低通话质量，使控制和保护设备误动作，使电力设备和系统过载，对电力系统的正常运行造成危害。

(2)谐波治理通常是制定用户连接点的电压谐波含量限值标准，即制定相关标准，采取相应措施，严格控制和净化电力系统环境。

(3)测量谐波时要注意PT和CT的准确性，否则误差会很大。用CT终端屏的分压来测量系统的谐波电压，既准确又方便。它已广泛应用于超高压系统的谐波电压测试。