浅谈高次谐波的危害和抑制措施

摘　要　分析了高次谐波在诸多方面产生的危害，提出抑制高次谐波的必要性及具体措施。
关键词　高次谐波　谐波源　滤波器　串联滤波器

Harm of the High Harmonic and Restraint Measure
Lu Xiaobing　Ji Yongchun
(Harbin Coal Design Research Institute,Harbin 150001)

　　Abstract　The paper analyzes the harm of high harmonic and provides the restraint necessity and measure.
　　Key Words　High harmonic　Harmonic source　Wave filter　Se ries wave filter

0　引　言
　　近年来，随着电子技术的迅速发展，有许多非线性电气设备接到电网中投入运行，使电网电压、电流波形实际上不是完全的正弦波形，而是不同程度畸变的非正弦波。非正弦波是周期性电气量，根据傅氏级数分析，可分解成基波分量和具有基波频率整数倍的谐波分量。这个谐波分量就是所说的“高次谐波”。电网中，凡是向电网注入谐波电流或在公用
电网中产生谐波电压的电气设备，统称谐波源。常见的谐波源有：气体放电光源、电焊机、变压器、整流器、感应电炉等等。特别是功率较大的整流器、感应电炉所产生的不良影响十分严重，已成为电网的公害。

1　高次谐波的危害
　　高次谐波的危害是多方面的，其主要的危害是：
1.1　对电气设备绝缘的破坏
　　由于高次谐波的产生，使得诸如电动机、变压器等电气设备的有效电阻会因趋肤效应而增大，致使附加损耗增大，温升超过正常值，加速绝缘老化，严重影响电气设备的使用寿命。
1.2　使电容器过负荷和过电流
　　电力电容器对高次谐波电压的反应比较灵敏，在某些频率下会产生谐振，无论发生串联谐振还是并联谐振，电容器都将流过较大的谐波电流。同时，电容器的容抗X_C＝1/2Πfc，与频率成反比。谐波次数越高，容抗越小，因此，高次谐波将使电容器成倍地过负荷、过电流，声音异常，甚至鼓胀或爆炸，严重地损坏电容器。
1.3　产生脉动转矩
　　定子旋转磁场与转子不相对应的谐波电流相互作用产生脉动转矩，使电动机的转动发生一系列跳动和步进现象。
1.4　导致继电器误动作
　　由于谐波的存在，将大大削弱差动继电器的快速动作，严重地影响供电设备、仪表装置安全、可靠地运行和正常地工作。
1.5　使断路器不能良好地运行
　　谐波电流严重地影响断路器的断流能力，导致电流过零时di/dt值提高，使中断更加困难。
　　消弧线圈有助于电弧进入电弧隔板，而高次谐波的存在使消弧线圈不能很好地运行，其无效的动作延长了燃弧时间，最易导致断路器故障。
1.6　严重干扰通讯系统
　　电力网传送的功率与通讯传输的功率相差悬殊，前者对后者产生静电感应和电磁感应。由于电力系统存在的谐波电流的零序分量与电力线路不平衡产生的基波电流的零序分量在空间产生零序磁通，使电力系统和通讯系统之间产生电磁耦合，在通讯线路上产生干扰信号，严重地破坏了通讯系统的正常工作。

2　抑制高次谐波的有效措施
　　为了保证供电质量，防止谐波的各种危害，必须采取有效的措施来抑制供电系统中的高次谐波。
　　目前抑制高次谐波的主要技术措施有：
　　(1)大容量的非线性负荷由短路容量较大的电网供电，电网的短路容量越大，它承受非线性负荷的能力越高。
　　(2)三相变压器采用Dynll联结，这种联接组别，使其3n次(n为正整数)谐波激磁电流在△接线的一次绕组形成环流，不致注入公共的高压电网中去。这是抑制高次谐波干扰最基本的方法。
　　(3)增加整流变压器二次侧的相数。整流变压器二次侧的相数越多，整流脉波数也随着增多，其次数低的谐波分量被消去的也就越多。
　　(4)装设分流滤波器。分流滤波器又称调谐滤波器，大致分六类：单调谐滤波器、双调谐滤波器、一阶高通滤波器、二阶高通滤波器、三阶高通滤波器、“C”式高通滤波器。其原理是通过滤波器对需要消除的高次谐波进行调谐，使之发生谐振。由于谐振时阻抗很小，因而可使有关次数的谐波电流被滤波器分流(吸收)而不注入电网中去。
　　(5)装设静止无功补偿装置(SVC)。用其来吸收由随机的冲击性负荷产生的高次谐波。

3　结束语
　　对于高次谐波而言，不仅对电容器、电动机、计算机、通讯设备等，而且对于整个电力系统也正成为不可忽视的问题。电力系统的谐波限制，各工业化国家都制订了比较完善和严格规定，希望我国有关部门加快这方面的研究步伐，尽快制订出适合我国国情的标准，使广大设计研究部门有法可依，有章可循。

作者单位：(哈尔滨煤炭设计研究院，哈尔滨150001)

参考文献
　1　《工厂供电》机械工业出版社，刘介才主编
　2　《工业与民用配电设计手册》(第二版)　水利电力出版社，1994年出版
　3　《钢铁企业电力设计手册》冶金工业出版社，1996年版