浅谈电源不稳定的因素及解决办法

三、谐波的形成和危害

  （一）谐波的形成
  在我国，电力系统的发电机发出的电压，一般可认为是50Hz的正弦波。但是由于系统中各种非线性元件存在，因而在系统和用户处的线路都会出现谐波，导致电流或电压波形出现畸变，从而影响交流电的质量。当电网中的电压和电流波形非理想的正弦波时，即说明其中含有高于50Hz的电压和电流成分，我们将频率高于50Hz的电流或电压成分称之为谐波。

  系统中产生谐波的非线性元件很多，例如荧光灯、各种气体放电灯及交流电动机、电焊机、变压器、变频器等，会产生高次谐波电流。

  谐波在电网诞生的同时就是存在的，因为发电机和变压器都会产生少量的谐波。现在由于产生大量谐波的用电设备不断增加，并且电网中大量使用的并联电容器对谐波非常敏感甚至会放大谐波，使得谐波的影响越来越严重，从而引起人们的重视。

  （二）谐波造成的危害
  1.加大电力运行成本。由于谐波的频率较高，且无法自然消除，因此当大量谐波电压、电流在电网中游荡并积累叠加会导致损耗增加、电力设备过热，从而加大了电力运行成本，增加了电费的支出。

  2.降低了供电的可靠性。谐波电压在许多情况下能使正弦波变得更尖，不仅导致变压器、电容器等电气设备的磁滞及涡流损耗增加，而且使绝缘材料承受的电应力增大。谐波电流能使变压器的铜耗增加，所以变压器在严重的谐波负荷下将产生局部过热，从而加速绝缘老化，大大缩短了变压器、电动机的使用寿命，降低供电可靠性，极有可能在生产过程中造成断电的严重后果。

  3.引发停电事故。继电保护自动装置对于保证电网的安全运行具有十分重要的作用。但是，由于谐波的大量存在，易使电网的各类保护及自动装置产生误动或拒动，特别在广泛应用的微机保护、综合自动化装置中表现突出，引起区域电网瓦解，造成大面积停电恶性事故。

  4.对弱点系统设备产生干扰。对于计算机网络、通信、有线电视、报警与楼宇自动化等弱点设备，电力系统中的谐波通过电磁感应、静电感应与传导方式耦合到这些系统中，产生干扰。其中电感应与静电感应的耦合强度与干扰频率成正比，传导通过公共接地耦合，有大量不平衡电流流入接地极，从而干扰弱点系统。

  5.对电力电缆的危害。由于谐波次数高频率上升，再加上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少。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肯能发生谐振。

  （三）消除谐波的措施
  1.改善供电系统和环境。谐波的产生不可避免，但通过加大供电系统短路容量、提高供电系统的电压等级、加大供电设备的容量、尽可能保证三相负载平衡等措施都可以提高电网抗谐波的能力。选择合理的供电电压并尽可能的保持三相平衡，可以有效的减少谐波对电网的危害。谐波源由较大容量的供电点或高一级电压的电网供电，承受谐波的能力会增大。对谐波源负荷由专门的线路供电，减少谐波对其他负荷的影响，也有助于集中抑制和消除高次谐波。

  2.三相整流变压器采用Yd或Dy联结。这种联结可以消除3的整数倍的高次谐波。由于电力系统中的非正弦交流对横轴对称，不含直流分量和偶次谐波分量，因此系统中只有影响较小5、7、11……等次谐波分量，这是抑制整流变压器产生高次谐波干扰的最基本方法。
  3.加装无功补偿装置。在谐波源处并联装设静止无功补偿装置，可有效较少波动的谐波量，同时，可以抑制电压波动、电压闪变、三相不平衡，还可补偿功率因数。

参考文献：

［1］邱关源：《电路》（第四版）北京：高等教育出版社，1999年；
［2］赵智大：《高电压技术》中国电力出版社；
［3］于宝水：《中国与世界各主要国家的市电电压U与频率Hz》。