［摘  要］经济和社会的快速发展促进了我国电力行业的不断进步，我国智能电网建设日益加快，电力技术的提升是电网运行的重要保障，电力系统中存在着大量的非线性特性的用电设备，导致了电力运行中存在大量的谐波源。在正常状态下，供电电压波形呈现的是正弦波，但是因为谐波的存在，实际波形偏离了正弦波。谐波对各种电器产生了重要的影响，谐波带来的危害影响电网正常运行。谐波处理需要技术上的提升，需要综合治理。文章以谐波对电气设备的危害及影响为研究核心，分析阐述了谐波的原理，明确了谐波对电气设备的危害和影响，提出了规避谐波造成损害的思路和措施。

［关键词］电器；谐波；危害；影响；措施

［中图分类号］TM76　　　　　［文献标志码］A　　　　　［文章编号］1001–523X（2020）10–0073–03

谐波对电力系统产生的影响较大，特别是在非线性阻抗型类型的电力设备进行供电时很容易出现谐波。电容器、变压器及电机设备受谐波影响导致供电效率差。要想维护电气设备的正常运行和保障电气设备的供电质量，就要最大程度地降低谐波产生的损害。近年来，我国大力提高电力生产水平，逐渐强调对电气设备的保护。在电气设备运行中需要加大控制谐波产生，运用相关技术有效抑制谐波干扰，提高用电设备的整体效能。抑制电流谐波需要从多方面入手，既要明确谐波对电气设备的危害和影响，又要对谐波产生的原因进行细致分析，从而找到治理谐波的有效措施。

1  谐波产生的原理

1.1  谐波的定义

谐波一词源于声学，本来是数学和物理学的概念，主要是指周期函数和周期性的波形中能用常数和函数表达的内容。电力系统的谐波从严格意义上来讲主要是指电流中所含的频率为基波的整数倍的电量。电力系统谐波最早在20世纪20年代引起人们注意。谐波造成了电压电流波形的畸变，谐波的概念中有分数谐波、间谐波和次谐波的说法。开关电源、镇流器、变频器、逆变器等非线性负载的条件下就容易产生谐波。

1.2  谐波产生的原因

谐波的产生主要是由于正弦电压加压与非线性负载，基波电流发生畸变产生谐波（如图1所示）。在正常的供电系统中，电流和电压是正弦波，但是，电阻电感和电容这些含有线性原件的出现导致流经的电流与电压之间发生问题。谐波产生实际上是非线性负载所导致的。电流经过负载时与电压不成线性关系，导致非正弦电流出现。半导体晶闸管的开关操作和二极管以及半导体晶闸管的非线性特性导致谐波产生。这些电流背离了正弦曲线波形。谐波的产生还与功率转换器的脉冲有关，功率转换器脉冲越高，最低谐波分量的频率就会越高。还有一些是其他的消耗装置，例如电子控制调节器等都会产生谐波。谐波来源于谐波源，一旦通过供电网络到达用户，就会对设备造成干扰，从而降低供电质量。电气设备中产生谐波的设备主要有开关、电源电子荧光灯、镇流器调速传动装置、不间断电源或者是磁性铁芯设备等。
2  谐波对电器设备的危害和影响

2.1  谐波对继电器的危害

在电气设备正常运行中，谐波产生的危害是多方面的。对电气设备的干扰和影响会造成设备停止动作或者引发安全事故。不同类型的电气设备，谐波产生的影响也存在着一定差异，但是，谐波对继电器的危害是非常明显的，例如电磁型继电器在运转过程中，线圈中的电流平均值随电磁动作转矩而发生变化，如果继电器按照基波进行调整，受到谐波的干扰就会影响继电器基波和谐波的有效值，继电器就会停止动作。继电器中电压受到谐波影响，线圈阻抗增大使电流逐渐减少，导致继电器停止动作。再如感应型的继电器是在有磁场的作用下产生的电磁转动，整个继电器的运转按照内部磁盘的顺序进行正常操作，但是，谐波产生以后，继电器设备的敏感度和灵敏度降低，继电器设备容易产生错误判断而停止动作。在整流型继电器的危害中可以发现，继电器的瞬时值发生变化，反应增量、反映平均值等都会发生变化。继电器受谐波危害脉动电压直接作用在继电器的晶管上，继电器受谐波因素影响幅值波动相应增大，保护装置失去了作用，继电器无法正常工作。

2.2  谐波对变压器的影响

变压器是电气设备中的主要组成部分。变压器的结构不同，在传输变电换电能时产生不同的高次谐波，影响供电质量。变压器谐波输出与铁芯结构相关，谐波次数越高，幅值衰减越大。变压器的磁路是非线性磁路，主磁路中就含有三次谐波分量，三次谐波的影响较大，变压器的磁路系统结构容易发生变化。例如三相变压器如果是铁芯结构，三次滤波容易造成铁芯闭合。三次谐波电流幅值相位和频率都相同，构成了对称的组别。三相变压器的磁通、电流和励磁电流存在一定差异，磁通可以存在铁磁物质中，也可以存在于非铁磁物质中，这表明了三次谐波磁通虽然不能存在于三相新式变压器中，但是，可以形成闭合线路（如图2所示）。三次谐波磁通经过油箱壁产生感应涡流，同时带来附加损耗，变压器的整体设备发生过热现象，导致变压器容量发生变化。例如电弧炉变压器会由于二次绕组工作发生短路，极易产生高次谐波。二次绕组通常是角形接法，电弧炉变压器要求二次电压具备较高的调压范围，如果电流大调压会不方便。电弧炉变压器的绕组连接出现小容量的解法，这种情况就会导致变压器无法遵循科学的设计结构，变压器容易发生电气元件的损害，更容易导致变压器失去整个系统效能。
2.3  谐波对电动机组的影响

在电力系统的电气设备中，发电机、电动机由于谐波电流或者是谐波电压产生电子绕组，转子回路和产生附加损耗降低了输电和用电设备的整体效率，损害了发电机的震荡系统。发电机组一旦发生机床共振就会造成汽轮机叶片扭曲，产生疲劳循环。电网中含有大量的电力机组，这些电容器、变压器、电缆和电动机产生负荷，长时间处于变动之中。谐波产生震荡电压或电流危及电力系统安全。在谐波电压下，正弦波变得更尖，这就导致了变压器电容器等设备产生磁带涡流，电机的绝缘材料受力较大，电动机电气元件过热造成增大，从而降低了供电的可靠性，容易产生断电的严重后果。谐波使生产传输利用效率整体降低。电气设备过热震动造成较大绝缘老化，寿命减短，产生故障或者烧毁。有些电力机组局部的并联谐振或者串联谐振会使含量放大，造成电动机组设备烧毁。谐波会引起自动装置的误操作。电力系统在运行过程中因为电动机组的整体消耗会加速电气设备的老化。谐波不仅危害了公用电网，而且对整个电动机组都产生了较大的影响。

3  谐波的治理的有效措施

3.1  采用无功补偿方式

近年来，电力电子装置应用日益广泛，电力电子装置是最大的谐波源。在供电系统中，产生谐波的一般是变压器、荧光灯等典型的阻感负载。采用无功补偿的目的就是提高供电系统负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗。无功补偿可以稳定受电端和电网电压，特别是在长距离输电线中找到合适的地点设置无功补偿装置，能够有效改善配电系统的稳定性，提高输电能力。特别是在三相负载不平衡的场合，采用无功补偿可以有效提高电网的运载能力。无功功率增加导致电流增大，使发电机、变压器和电气设备的设备容量和导电容量同时增加，电力用户启动控制设备的规格也逐渐增大。在工业用电和生活用电中采用无功补偿方式能够有效消耗电子装置的非线性装置功率，保证电压电网的平衡。采用无功补偿的设计，实际上是从电源的设备上入手，从源头上控制供电系统的谐波问题。对供电源头进行检查有利于及时发现线性负荷和非线性负荷问题。根据网络软件和负载来获取无功功率，根据无功功率需要提供的情况进行设计，发挥无功补偿的优势性作用，突出设备源头的整体控制。

3.2  使用先进的谐波消除装置

供电质量的提升需要从基础工作做起，提高电气设备的供电质量就要选择先进的电气设备。国家倡导节能减排的生产理念，使用的电气设备需要减少消耗，增加效能。在电力系统中，变压器是主要的组成部分，变压器耗能较大，在电网的基础设备中占据主要的位置。在电气设备上，需要掌握的原则是选择能够有效防止产生高次谐波的电气设备。例如有些城市在选择电压器时，将立体卷铁芯变压器运用于高层建筑中，取代常规的平面卷铁芯变压器。立体卷铁芯变压器空载电流小，无功损耗下降，线路始终处于平衡状态，不会出现二次谐波，而且在运行过程中能够有效优化供电波形。同时，要提高电气元件的设计质量，在强化用电模块设计中加装无源滤波器，形成阻抗很低的谐振点。在电气元件中突出电抗器、电阻器的组合应用，电源和负荷设备之间接入串联滤波器阻挡谐波，保证负荷设备正常运转。电气设备和电气元件从质量上和模块设计上可以有效减少谐波产生。电力电子装置的应用场合也要根据电网的实际情况进行设计。电动机调速设备、整流器、电焊设备、电弧炉、电子控制机构等要根据电网的实际需要进行配置，避免不良设备和过多设备影响电网电压的运行。

3.3  使用谐波滤除装置

在谐波治理方式中，无源滤波、有源滤波都是其中主要的方法。无源滤波装置由电感器和电容器组成，成本较低，经济方便。采用并联和串联的方式有效治理谐波。在现阶段应用的主要是无源并联滤波器，这种设计能够使用一组滤波器进行工作，避免多组滤波器造成结构复杂。并联滤波器对谐波阻抗较低，但是，采用多次操作可以有效抑制谐波。无源串联滤波器由电感和电容串联形成，在三相电路中都是接入串联滤波器，串联滤波器对谐波正点频率有极低的阻抗。滤除谐波主要由电杆完成，在电容器的设计中，就要求按照配电等级进行操作。例如在低压配电系统中，只有230V和400V的电容器可以选择。电容器串联在电路中，电流极为负荷电流，电流的实际工作电压等于额定电压时，电容器中流过的电流等于额定电流。这也就表明在电容器的实际工作中，电压和额定电压相等时，电容器的成本最低。再如谐波电流由外网串入影响负荷设备运转时，电源和负荷设备之间接入串联滤波器就可以阻挡谐波发生。有源滤波装置主要是在无源滤波装置基础上发展起来的，有源滤波装置可以适时补偿，滤波效果较好。滤波是在额定的5km范围之内发生，但是一旦发生电力电子元件耐压情况，装置效果就会变得较为复杂。有源滤波装置主要是根据电力电子元件产生的系统的同频率同幅度来有效抵挡谐波发生。有源滤波器可以应用在智能电网中，对于现代化的工业智能电网有着重要的帮助。

4  结语

我国电力行业发展迅速，电气设备应用越来越广泛，电气设备产生的谐波造成的事故也逐渐增多。降低谐波对电器的伤害，有效提高电气设备的供电质量是新时期电网建设的重点内容。谐波在电气设备中产生损害需要采取有效措施给予防护，在实际工作中要针对电气设备的实际情况提出合理的解决方案，避免盲目进行。谐波抑制需要采用专业方法，结合国内外的先进经验，运用高科技产品和技术确保电力系统的稳定运行。减少电气设备在正常工作下谐波发生的损害，保障国家电力系统正常运行，实现智能电网的健康运转。

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［Keywords］electrical appliances; harmonics; hazards; impact; measures