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电力系统设计中的谐波分析李启虎摘要：随着电力系统装机容量不断加大以及电网中电力电子元件的使用也越来越多致使大量的谐波电流注入电网造成正弦波畸变电能质量下降。此外谐波还将引发电力设备发热、电压或电流谐振、电气设备损坏等问题。关键词：电力系统;谐波;治理1电力系统谐波产生的原因电力系统出现高次谐波的主要原因是：电力系统中一些设备或负荷的非线性特点简单来说就是电压与电流不成正比关系致使波形畸变。在电力系统为非线性设备或负荷供电时设备或负荷在传递、变换、吸收系统发动机供给的基波能量时将其转换为谐波能量向电力系统输送了大量高次谐波导致电力系统正弦波形出现畸变从而影响电能质量。当正弦波电压施加在非线性电路上时电流就变成非正弦波非正弦电流在电网阻抗上产生压降会使电压波形也变为非正弦波。非正弦波可用傅立叶级数分解其中频率与工频相同的分量称为基波频率大于基波的分量称为谐波。电力谐波对电力网（包括用户）危害是十分严重的它是一种电力污染。由于线路、荧光灯、调光灯、计算机等负载会产生大量的奇次谐波其中3次谐波的含量较多三相配电线路中相线上的3的整数倍谐波在中性线上会叠加使中性线的电流值可能超过相线上的电流。另外相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率与无功功率从而降低电网电压浪费电网的容量。2谐波对电力系统的影响2.1对电力电容器的影响电力谐波可能致使电力电容器出现过热、破损等问题也可能致使电力电容器出现故障同时还会影响电容器的使用寿命。首先若并联电容器在电容器组回路阻抗为容性将放大谐波电流。当电网存在谐波时投入电容器后其端电压增大通过电容器的电流增加得更大使电容器损耗功率增加。使电容器过电流和过负荷损耗功率超过上述值使电容器异常发热在电场和温度的作用下绝缘介质会加速老化。尤其是电容器投入在电压已经畸变的电网中时还可能使电网的谐波加剧会使电容器鼓肚、击穿或爆炸。2.2对电力变压器的影响谐波使变压器的铜耗增大其中包括电阻损耗、导体中的涡流损耗与导体外部因漏磁通引起的杂散损耗都要增加。谐波还使变压器的铁耗增大这主要表现在铁心中的磁滞损耗增加谐波使电压的波形变得越差则磁滞损耗越大。2.3对继电保护与自动装置的影响输电网中的谐波不仅会影响变压器的正常运行还将影响继电保护与自动装置的正常运行进而影响整个配电网的安全、稳定运行因此需严格控制输电网中的谐波。2.4增加输电网的功耗谐波属于干扰能量的一种因此输电网中的谐波将影响输电线路的功耗。简单来讲就是谐波将增加输电线路的功耗从而影响输电线路的输电效率及节能效果。因而为提高输电网的输电效率提高其供电质量需严格控制、消除电网中的谐波。2.5对电力电缆的影响由于谐波次数高频率上升再加之电缆导体截面积越大趋肤效应越明显从而导致导体的交流电阻增大使得电缆的允许通过电流减小。另外电缆的电阻、系统母线侧及线路感抗与系统串联提高功率因数用的电容器及线路的容抗与系统并联在一定数值的电感与电容下可能发生谐振。2.6对用电设备的危害对电动机的危害谐波对异步电动机的影响主要是增加电动机的附加损耗降低效率严重时使电动机过热。尤其是负序谐波在电动机中产生负序旋转磁场形成与电动机旋转方向相反的转矩起制动作用从而减少电动机的出力。另外电动机中的谐波电流当频率接近某零件的固有频率时还会使电动机产生机械振动发出很大的噪声。3电力系统谐波治理方法想要最大限度的减少电力系统的损失就要研究电力系统中的谐波治理方案。3.1在电力系统中加装交流滤波器当已经确定谐波源设备以后在近距离谐波源处安装滤波器是防止谐波电流注入电网的最有效办法。在谐波源附近加装有源滤波器在谐波源处安装有源滤波器它会向电网中注入与原有谐波电流幅值相等、相位相同方向相反的电流从而使电源的总谐波电流抵消为零。从而获得一正弦波。3.2加隔离变压器隔离变压器可以消弱均衡的三次谐波电流传回到电源。通常在这种变压器的使用者会装设一个旁路的电路以避免在进行变压器的维护工作时长时期对负荷停止供电。使用隔离变压器的时候要适当提高额定值否则也会产生电压畸变和过热。3.3在无功补偿的同时加装电抗器将特定电抗百分率的串联电抗器配置到并联电容器组中一般是用来限制谐波对电容器的危害及治理以及改善电网电压波形的。谐波在电力系统中造成的各种电力污染严重威胁