摘要：電力系統的諧波問題早在20世紀二三十年代就引起了人們的關注。當時在德，電壓和電流波形的畸變是由使用靜態汞弧轉換器造成的。1945年里德發表的關于變換器諧波的論文是關于諧波研究的早期經典論文.關鍵詞：電力系統諧波污染

電力系統的諧波問題早在20世紀二三十年代就引起了人們的關注。當時在德，電壓和電流波形的畸變是由使用靜態汞弧轉換器造成的。1945年，J.C.Read發表了一篇關于變換器諧波的論文，這是一篇關于諧波研究的早期經典論文。20世紀五六十年代，由于高壓直流輸電技術的發展，發表了大量關于電力系統中變流器引起的諧波問題的論文。自20世紀70年代以來，由于電力電子技術的快速發展，各種電力電子設備被廣泛應用于電力系統、工業，交通和家庭，諧波造成的危害日益嚴重。世界各都十分重視諧波問題。世界上已經召開了許多關于諧波的學術會議，許多家和際學術組織都制定了標準和法規來限制電力系統和電氣設備的諧波。

供電系統諧波的定義是用傅里葉級數分解周期性的非正弦功率，不僅得到與電網基頻相同的分量，而且得到一系列大于電網基頻的分量，稱為諧波。諧波頻率與基頻之比(n=fn/f1)稱為諧波頻率。電網中有時存在非整數次諧波，稱為非諧波或分數次諧波。諧波實際上是一種干擾，使電網“被污染”。電氣技術領域主要研究諧波的產生、傳輸、測量、危害和抑制，其頻率范圍一般為2n40。

電網中諧波是如何產生的？主要來自以下幾個方面：

較好，發電源質量低產生諧波：很難做到三相繞組絕對對稱，鐵芯絕對均勻，還有其他原因，發電源也會產生一些諧波，但一般很少。

二、輸配電系統產生諧波：在輸配電系統中，主要是電力干式變壓器產生諧波。由于干式變壓器鐵心的飽和和磁化曲線的非線性，在設計干式變壓器時考慮經濟性，將其工作磁密選在磁化曲線的近飽和段，使磁化電流呈現尖峰波形，從而含有奇次諧波。它的大小與磁路結構和鐵芯的飽和度有關。鐵芯的飽和度越高，干式變壓器的工作點偏離線性度越遠，諧波電流越大，三次諧波電流可以達到額定電流的0.5倍。

三、電氣設備產生的諧波：晶閘管整流設備。晶閘管整流已廣泛應用于電力機車、鋁電解槽、充電裝置、開關電源等諸多方面，給電網造成了大量諧波。我們知道，晶閘管整流器采用移相控制，從電網中吸收缺角的正弦波，從而把另一部分缺角的正弦波留給電網，從而把另一部分缺角的正弦波留給電網，這顯然在左邊部分包含了大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路，則連接感性負載時含有奇次諧波電流，三次諧波含量可達基波的30%，連接容性負載時含有奇次諧波電壓，其諧波含量隨著電容值的增加而增加。如果整流裝置為三相全控橋6脈波整流器，干式變壓器一次側和供電線路含有5倍以上的奇次諧波電流；如果是12脈波整流器，也有11階及以上的奇次諧波電流。統計表明，整流器產生的諧波占所有諧波的近40%，即 #p#分頁標題#e#

變頻裝置。變頻裝置常用于風機、水泵、電梯等設備。由于相位控制，諧波成分非常復雜，不僅包含整數次諧波，還包含分數次諧波。這種設備的功率通常很大。隨著變頻調速的發展，給電網帶來的諧波越來越多。

電弧爐、電石爐。由于電爐的三相電極在加熱原料時很難同時接觸到不均勻的爐料，燃燒不穩定，造成三相負荷不平衡，諧波電流通過干式變壓器的三角形連接線圈注入電網。其中主要是27次諧波，基波平均820，較大45。

氣體放電電光源。熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈屬于氣體放電電光源。通過對這類電光源伏安特性的分析和測量，可以看出其非線性非常嚴重，有的還含有負伏安特性，會對電網造成奇次諧波電流。

家用電器。電視機、錄像機、電腦、調光燈、調溫炊具等。用調壓整流裝置，會產生很深的奇次諧波。在洗衣機、電風扇、空調等帶繞組的設備中，由于不平衡電流的變化，波形會發生變化。這些家電雖然功率小，但也是諧波的主要來源之一。

電網諧波造成電網污染和正弦電壓波形畸變，導致電力系統中發電和供電設備出現許多異常現象和故障。電力系統中諧波的危害是多方面的，可以總結如下：

1.對供配電線路的危害

(1)影響線路穩定運行：供配電系統中的電力線和干式變壓器一般采用電磁繼電器、電感繼電器或晶體管繼電器進行檢測和保護，以保證線路和設備發生故障時的安全。但電磁繼電器和感應繼電器在諧波影響下不能充分有效地發揮保護作用，因為10以下的含量高達40%時會造成繼電保護誤動。晶體管繼電器雖然有很多優點，但由于采用整流采樣電路，容易受到諧波的影響，導致誤操作或拒動。這樣，諧波將嚴重威脅供配電系統的穩定和安全運行。

(2)影響電網質量：電力系統中的諧波會扭曲電網的電壓和電流波形。比如民用配電系統中的中性線，由于熒光燈、調光燈、電腦的負載，會產生大量奇次諧波，其中三次諧波含量較多，達到40；三相配電線路中，相線上3的整數倍諧波會疊加在零線上，使零線的電流值可能超過相線上的電流。另外，同樣的頻率

的諧波電壓與諧波電流要產生同次諧波的有功功率與無功功率，從而降低電網電壓，浪費電網的容量。

2.對電力設備的危害

（1）對電力電容器的危害：當電網存在諧波時，投入電容器后其端電壓增大，通過電容器的電流增加得更大，使電容器損耗功率增加。對于膜紙復合介質電容器，雖然允許有諧波時的損耗功率為無諧波時損耗功率的1.38倍;對于全膜電容器允許有諧波時的損耗功率為無諧波時的1.43倍,但如果諧波含量較高,超出電容器允許條件,就會使電容器過電流和過負荷,損耗功率超過上述值，使電容器異常發熱，在電場和溫度的作用下絕緣介質會加速老化。尤其是電容器投入在電壓已經畸變的電網中時，還可能使電網的諧波加劇，即產生諧波擴大現象。另外，諧波的存在往往使電壓呈現尖頂波形，尖頂電壓波易在介質中誘發局部放電，且由于電壓變化率大，局部放電強度大，對絕緣介質更能起到加速老化的作用，從而縮短電容器的使用壽命。一般來說，電壓每升高10，電容器的壽命就要縮短1/2左右。再者，在諧波嚴重的情況下，還會使電容器鼓肚、擊穿或爆炸。#p#分頁標題#e#

（2）對電力干式變壓器的危害：諧波使干式變壓器的銅耗增大，其中包括電阻損耗、導體中的渦流損耗與導體外部因漏磁通引起的雜散損耗都要增加。諧波還使干式變壓器的鐵耗增大，這主要表現在鐵心中的磁滯損耗增加，諧波使電壓的波形變得越差，則磁滯損耗越大。同時由于以上兩方面的損耗增加，因此要減少干式變壓器的實際使用容量，或者說在選擇干式變壓器額定容量時需要考慮留出電網中的諧波含量。除此之外，諧波還導致干式變壓器噪聲增大，干式變壓器的振動噪聲主要是由于鐵心的磁致伸縮引起的，隨著諧波次數的增加，振動頻率在1KHZ左右的成分使混雜噪聲增加，有時還發出金屬聲。

（3）對電力電纜的危害：由于諧波次數高頻率上升，再加之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小。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可能發生諧振。

（4）對用電設備的危害

①對電動機的危害：諧波對異步電動機的影響，主要是增加電動機的附加損耗，降低效率，嚴重時使電動機過熱。尤其是負序諧波在電動機中產生負序旋轉磁場，形成與電動機旋轉方向相反的轉矩，起制動作用，從而減少電動機的出力。另外電動機中的諧波電流，當頻率接近某零件的固有頻率時還會使電動機產生機械振動，發出很大的噪聲。

②對低壓開關設備的危害：對于配電用斷路器來說，全電磁型的斷路器易受諧波電流的影響使鐵耗增大而發熱，同時由于對電磁鐵的影響與渦流影響使脫扣困難，且諧波次數越高影響越大；熱磁型的斷路器，由于導體的集膚次應與鐵耗增加而引起發熱，使得額定電流降低與脫扣電流降低；電子型的斷路器，諧波也要使其額定電流降低，尤其是檢測峰值的電子斷路器，額定電流降低得更多。由此可知，上述三種配電斷路器都可能因諧波產生誤動作。對于漏電斷路器來說，由于諧波匯漏電流的作用，可能使斷路器異常發熱，出現誤動作或不動作。對于電磁接角器來說，諧波電流使磁體部件溫升增大，影響接點，線圈溫度升高使額定電流降低。對于熱繼電器來說，因受諧波電流的影響也要使額定電流降低。在工作中它們都有可能造成誤動作。

（5）對弱電系統設備的干擾：對于計算機網絡、通信、有線電視、報警與樓宇自動化等弱電設備，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，傳導則通過公共接地耦合，有大量不平衡電流流入接地極，從而干擾弱電系統。#p#分頁標題#e#

（6）影響電力測量的準確性：目前采用的電力測量儀表中有磁電型和感應型，它們受諧波的影響較大。特別是電能表（多采用感應型），當諧波較大時將產生計量混亂，測量不準確。

（7）諧波對人體有影響：從人體生理學來說，人體細胞在受到刺激興奮時，會在細胞膜靜息電位基礎上發生快速電波動或可逆翻轉，其頻率如果與諧波頻率相接近，電網諧波的電磁輻射就會直接影響人的腦磁場與心磁場。

現我對諧波的控制，我已于1993年頒布了限制電力系統諧波的家標準《電能質量：公用電網諧波》，規定了公用電網諧波電壓限值和用戶向公用電網注入諧波電流的允許值，電力系統方面也做了大量的防止高次諧波入侵電網的各項措施，愿我們的電網越來越高效、穩定、安全運行！

來源：中電力諧波監測及濾波工程技術網