三、諧波的形成和危害

  （一）諧波的形成
  在我國，電力系統的發電機發出的電壓，一般可認為是50Hz的正弦波。但是由于系統中各種非線性元件存在，因而在系統和用戶處的線路都會出現諧波，導致電流或電壓波形出現畸變，從而影響交流電的質量。當電網中的電壓和電流波形非理想的正弦波時，即說明其中含有高于50Hz的電壓和電流成分，我們將頻率高于50Hz的電流或電壓成分稱之為諧波。

  系統中產生諧波的非線性元件很多，例如熒光燈、各種氣體放電燈及交流電動機、電焊機、變壓器、變頻器等，會產生高次諧波電流。

  諧波在電網誕生的同時就是存在的，因為發電機和變壓器都會產生少量的諧波。現在由于產生大量諧波的用電設備不斷增加，并且電網中大量使用的并聯電容器對諧波非常敏感甚至會放大諧波，使得諧波的影響越來越嚴重，從而引起人們的重視。

  （二）諧波造成的危害
  1.加大電力運行成本。由于諧波的頻率較高，且無法自然消除，因此當大量諧波電壓、電流在電網中游蕩并積累疊加會導致損耗增加、電力設備過熱，從而加大了電力運行成本，增加了電費的支出。

  2.降低了供電的可靠性。諧波電壓在許多情況下能使正弦波變得更尖，不僅導致變壓器、電容器等電氣設備的磁滯及渦流損耗增加，而且使絕緣材料承受的電應力增大。諧波電流能使變壓器的銅耗增加，所以變壓器在嚴重的諧波負荷下將產生局部過熱，從而加速絕緣老化，大大縮短了變壓器、電動機的使用壽命，降低供電可靠性，極有可能在生產過程中造成斷電的嚴重后果。

  3.引發停電事故。繼電保護自動裝置對于保證電網的安全運行具有十分重要的作用。但是，由于諧波的大量存在，易使電網的各類保護及自動裝置產生誤動或拒動，特別在廣泛應用的微機保護、綜合自動化裝置中表現突出，引起區域電網瓦解，造成大面積停電惡性事故。

  4.對弱點系統設備產生干擾。對于計算機網絡、通信、有線電視、報警與樓宇自動化等弱點設備，電力系統中的諧波通過電磁感應、靜電感應與傳導方式耦合到這些系統中，產生干擾。其中電感應與靜電感應的耦合強度與干擾頻率成正比，傳導通過公共接地耦合，有大量不平衡電流流入接地極，從而干擾弱點系統。

  5.對電力電纜的危害。由于諧波次數高頻率上升，再加上電纜導體截面積越大趨膚效應越明顯，從而導致導體的交流電阻增大，使得電纜的允許通過電流減少。另外，電纜的電阻、系統母線側及線路感抗與系統串聯，提高功率因數用的電容器及線路的容抗與系統并聯，在一定數值的電感與電容下肯能發生諧振。

  （三）消除諧波的措施
  1.改善供電系統和環境。諧波的產生不可避免，但通過加大供電系統短路容量、提高供電系統的電壓等級、加大供電設備的容量、盡可能保證三相負載平衡等措施都可以提高電網抗諧波的能力。選擇合理的供電電壓并盡可能的保持三相平衡，可以有效的減少諧波對電網的危害。諧波源由較大容量的供電點或高一級電壓的電網供電，承受諧波的能力會增大。對諧波源負荷由專門的線路供電，減少諧波對其他負荷的影響，也有助于集中抑制和消除高次諧波。

  2.三相整流變壓器采用Yd或Dy聯結。這種聯結可以消除3的整數倍的高次諧波。由于電力系統中的非正弦交流對橫軸對稱，不含直流分量和偶次諧波分量，因此系統中只有影響較小5、7、11……等次諧波分量，這是抑制整流變壓器產生高次諧波干擾的最基本方法。
  3.加裝無功補償裝置。在諧波源處并聯裝設靜止無功補償裝置，可有效較少波動的諧波量，同時，可以抑制電壓波動、電壓閃變、三相不平衡，還可補償功率因數。

參考文獻：

［1］邱關源：《電路》（第四版）北京：高等教育出版社，1999年；
［2］趙智大：《高電壓技術》中國電力出版社；
［3］于寶水：《中國與世界各主要國家的市電電壓U與頻率Hz》。