电力知识精讲：非线性负荷谐波对电力系统的影响

1、电力知识精讲：非线性负荷谐波对电力系统的影响首先说一下本文标题。非线性负荷并不是谐波，而是非 线性负荷会产生谐波，但他们基本属于同一性质，本文也是 一同讲解，希望大家不要误读。随着工业技术的发展，不断 有新的电力电子装置和其他非线性负荷（又称为畸变负荷） 接入电网，导致电网谐波水平逐年升高。这些非线性负荷在 电网中产生的谐波会不同程度地影响电能质量，甚至会引发 严重的电气设备事故。要了解非线性负荷，必须先了解谐波 和谐波畸变的几个常识。 1.1. 谐波畸变的定义电力系统中的线 性负荷不产生谐波，谐波畸变是由电力系统中的非线性设备 引起的，流过非线性设备的电流和加在其上的电压不成比例 关系。虽然

2、加在设备上的电压是理想的正弦波，但流过其中 的电流却是非正弦的，即出现了谐波畸变的问题。当电压有 较小增加时， 电流可能成倍增加， 并且其波形也将发生变化 谐波畸变波形2 2谐波畸变产生的原因电力系统谐波的产生主要来自电源和负荷两大方面：其一是发电机和变压器制造 上的缺欠以及风能、太阳能发电方式造成的；其二则是用户 端非线性负荷造成的。就电网的发展来看，后一种原因即非 线性负荷的飞速发展较前者影响更大，是造成谐波污染的主 要根源。当某一负荷施加正弦电压，其电流若和该电压及负 荷阻抗成正比例关系，并随电压波形的变化而变化，这种负 荷就叫做无畸变的线性负荷，如电阻性负载、恒速电机和同 步电机等；当

3、某一负荷在每半周期产生的电流和施加的电压 不呈比例关系，而是呈现出非正弦畸变波形，这种负荷就属 于非线性负荷，如大容量闸晶管、可控硅整流器、逆变器、 变流器等电子设备，以及电弧炉、化工电镀设备、变频起动 电动机，甚至蓄电池充电器、镇流器等。不可否认，这些技 术型设备在提高系统传输能力，改善了人民生活水平，但同 时也使电力系统中产生了大量的高次谐波，从而加剧了电网 电压、电流波形畸变水平，恶化了电网运行状况，导致电网 谐波污染日益严重。 其后果是电能质量降低 , ,损耗增大， 损坏 设备，甚至引起系统故障。基频与高次谐波(此图应该是国 外引过来的， 我国基频 50Hz50Hz ，3 3 次谐波

4、150Hz150Hz ，了解即可) 上述概念性知识应该是每一个电力从业者应该熟练掌握的 基础知识，下面要讲的的谐波危害形式、影响分析也是应该 作为了解的环节。尤其是解决措施，掌握后也是对工作非常 有帮助的。非线性负载 3.3.非线性负荷的特性及其对电力系统 的影响非线性负荷作为谐波源，向电力系统注入了大量的高 次谐波，这些高次谐波直接影响了电力系统的安全运行和电 气设备的正常工作，对电力系统和电气设备带来极大的威胁。(1 1)非线性负荷的特性 a.a.产生大量的谐波污染。所有的非 线性负荷都不同程度的产生谐波，冲击性负荷特别是炼钢电 弧炉几乎产生连续频谱的谐波电流，甚至产生大量的分数次谐波。b

5、.b.引起电压波动及电压闪变。c.c.产生负序电流。负序电流的产生主要是由于非线性负荷的不对称性引起的，其主 要负荷为交流电弧炉及电气化铁道的机车。（2 2）非线性负荷对电力系统稳定的影响谐波导致供电电压波形畸变，劣化公 共连接点（ PCCPCC ）供电质量。同时，谐波电流进入电网后有 发生谐振的潜在危险，谐振的后果将出现大范围、大幅度的 过电压、过电流问题， 进一步威胁电力系统的安全稳定运行， 主要表现为： a a . .大量谐波能使继电器、 自动装置拒动或误动， 如零序电流过大就可能造成接地保护误动； b.b. 谐波数量大时 能使系统中反映工频正弦量的多数监视、测量表计产生误差； c c

6、. .谐波会影响通讯系统通话的清晰度，严重时发生谐振， 干 扰整个通讯系统；d.d. 谐波能导致长距离输电线单相重合闸失 败；e.e.谐波能影响避雷器安全运行和损坏互感器；f.f.谐波可使功率因数补偿效果变劣；g.g.系统谐波严重时能使计算机系统 失灵。因此，谐波问题不仅造成对非线性负荷自身利益的损 害，而且构成了对电力系统较大威胁的公害，必须加以限制 和消除。 5.5. 非线性负荷对电力系统设备的影响高次谐波在电 力系统中传递，将引起铜损和铁损增大，设备过热，产生噪 声。另外，高次谐波的负序分量有可能使旋转设备产生反方 向转矩，造成机械损伤和热耗。当电压含有高次谐波时，使 得电器设备的绝缘水

7、平受到威胁，介质损耗增加，充电电流 增大，从而引起各种故障，主要表现为: :（1 1）电力电容器的过负荷和损坏； （2 2）旋转设备和电力变压器的损耗增加（过 热），从而造成容量的相对降低； （3 3）电力电缆的容量降低； （4 4）导致长距离输电线路单相重合闸失败（延缓了电弧的 熄灭时间）；（ 5 5）使开关的开断更加困难； （ 6 6）影响到避雷 器的正常运行； （7 7）导致电压互感器的损坏； （8 8）导致自动 装置、继电保护误动或拒动，电子仪表失灵。6.6. 抑制非线性负荷对电力系统的影响综上所述，相信大家都应该明白本节 应该主要讲解如何抑制电网中的谐波了。电网三大公害：谐 波公害、

8、电磁干扰公害、功率因素公害，谐波公害排首位， 可见谐波危害的普及性和抑制谐波影响的重要程度。抑制谐 波的主要措施有（其实该节知识点在上一篇中也提及过，不 过从新增设备投入方面考虑，又有所拓展。上一篇传送 电力知识精讲：供电系统节电优化的综合分析） ：（ 1 1）由短 路容量大的电网供电。 （ 2 2）装设滤波器。当并联电容器组附 近有谐波源，谐波电流超过规定允许值时，应在回路中设置 串联电抗器以抑制谐波电流，并限制合闸时的涌流。（ 3 3）选用 D D ， yn11yn11 接线的变压器，为 3 3 次谐波电流提供环流通路。 （4 4 ）降低谐波源的谐波含量。 也就是在谐波源上采取措施， 最大限度地避免谐波的产生。这种方法比较积极，能够提高 电网质量，可大大节省因消除谐波影响而支出的费用（该技 术主要针对大型整流系统而言）。a.a. 增加整流器的脉动数： 整 流器是电网中的主要谐波源。脉波越多，对谐波的抑制效果 越好， 但是脉波数越多整流变压器的结构越复杂，体积越大，变流器的控制和保护变得困难， 成本增加 （小编认为： 一级 负荷必须配备，二级负荷理应配备）。b.b.脉宽调制法：脉宽调 制技术的基本思想是控制 PWMPWM 输出波形的各个转换时刻， 保证四分之一波形的对称性。 （ 5 5）在谐波源处吸收谐波电流 这类方法是对已有的谐波进