谐波电流对电力系统的影响

谐波电流对电力系统的影响

摘 要：在现代工业化不断发展的今天，因非线性元件的使用，造成谐波电流的产生而导致电力系统供电电压发生畸变，严重影响了电力系统的正常运行。因此，本文通过分析谐波电流对电力系统供电质量的影响和危害，并提出相应的改进措施，以保证电力系统的正常运行。

关键词：谐波电流；电力系统；供电质量；改进措施

0 引言

在实际运行中，谐波电流的产生，容易导致电气设备故障和损坏的发生，即使安装了无功补偿装置，也容易因谐波电流过大而造成电力系统的故障或损坏。面对这种情况，分析谐波电流的产生对电力系统的影响，包括电容器、电力电缆、变压器及电网的影响，采用相应的措施，对保证电力系统在谐波条件下的安全运行是十分有必要的。

1 谐波电流对电力系统的影响

1.1 谐波电流对电容器等电力设备的影响

与一般电容器组相比，整流装置的谐波阻抗较大。在电容器中，因电压畸变会产生额外电力的损耗，容易因电容器与其他电力系统的串联和并联谐振而引起过电压、过电流情况的发生，进而导致电压器损坏。因此，在进行谐波分析的电路中，在直流负载电流一定的情况下，可以将谐波源作为恒流源，由于电力系统的结构直接关系到谐波电流对电力电容器的影响，当谐波源与电力系统中的电力容器在同一母线上时，电力系统的结构具有并联电路的特征。所以，为了有效分析谐波电流对电力系统的影响，可以以电力容器组支路串接于电抗器的结构及等值电路为依据，如图1所示，表示电力电容器谐波分析电路图[1]。根据谐波电流的特征，可知n次谐波电流的计算公式为：

Inmax=I1/n （1）

其中，Inmax代表电流最大值，I1代表基波电流。从公式中可以看出谐波电流最大值与谐波次数成反比例关系。然而，在重叠角不为0的情况下，n次谐波电流幅值的计算公式为：

In=KnInmax （2）

其中，Kn代表修正系数，而修正系数主要与重叠角、谐波次数等有关。然而，对于谐波的等值电路，其计算公式为：

（3）

（4）

其中，xs代表电力系统的基波电抗，xc代表电力容器的基波容抗，xL代表串联在电力电容器组支路的基波电抗。由公式（3）（4）可知，当电力电容器组支路呈现容性时，电容器支路中谐波电流放大；当电力容器呈现感性时，电容器组支路的电流较小；当电容器支路发生串联谐振情况时，其起到滤波器的作用。然而，当电力电容器发生并联谐振时，将可能威胁到电容器的运行安全，因此，在未连接串联电抗器的情况，令xL=0，此时电力电容器发生并联谐振的条件为xc=n2xs[2]。

1.2 谐波电流对输电线路的影响

谐波电流作用于电力系统的输电线路上，容易引起一系列的损耗，其中，回路中的电阻值会随着谐波电流的频率增大而增加，进而增加相应地损耗；在电感回路中，在有谐波电流的情况下，其计算公式为：，其中，In为谐波电流，n代表谐波次数，w为角频率，L代表电感值，与一般损耗计算公式（I1代表基波电流）相比，可得出有谐波电流的情况下损耗明显增加了。同理，对电容回路而言，有谐波电流情况时，可明显看出损耗也增加了[3]。

1.3 谐波电流对继电保护整定的影响

在谐波电流较高的情况下，谐波电流容易入侵某一电网系统而影响继电保护的整定值，容易错误地引起过电流、过电压情况的发生，尤其是在负序性谐波的情况下，若出现三相电压不对称的情况下，容易因操作失误将负序滤过器作为启动元件的保护装置。由于谐波电流的产生，致使差动保护动作跳闸，大面积停电等事故，不仅造成了严重的经济损失，也严重威胁到人们的生命财产安全。因此，面对谐波电流对电力系统的影响，应采取相应的措施降低谐波电流，以保证电力系统的运行安全。

2 电力系统在谐波条件下的改进措施

在电力系统中，随着非线性元件的不断增多，非线性负载会产生较多的谐波，并产生脉冲型电流。由于谐波电流主要表现在电力系统供电中断、电网发生谐振等方面，容易造成电力设备发热并损坏，严重影响了电力系统的安全性和稳定性，特别是3次谐波产生的巨大的中性线电流，因配电变压器的电压值超过了标准的电压值，严重影响了电力设备的运行安全。因此，针对谐波电流对电力系统的影响，采取相应的措施降低谐波电流，首先，电力电容器因谐波过载，在有谐波电流的情况下，电容器可能会因谐波电流放大而造成负荷过载。因此，在设计无功补偿电力电容器时，应充分考虑谐波对电力电容器的影响，可采取的措施有：第一，增加整流相数，对于大功率的整流装置来说，通过增加整流相数的方式，即增加脉动波数P，将各组整流装置侧绕组对称地移相，抵消低次谐波分量，这样既提高了整流装置的整流效率，也有效减少了谐波电流对电力系统的影响；第二，在电容器组支路中串接电抗器，使电力电容器组支路呈现感性；第三，改变电容

器容量等，从而有效避免并联谐振的发生。

其次，为了有效减少谐波电流对电力设备的影响，应尽量避免在高电压、轻负荷的状态运行，加强电力系统的实时监控。然而，在变压器群中产生谐波的情况下，可以将配变中间电压转接为C相或A相，通过改变电网线路的接线方式，可以减少谐波电流对电网及其他设备的影响。除此之外，在有谐波电流回路的情况下，可以通过装设LC滤波器来消除滤波电流。为了使电力系统中各支路的谐振频率等于谐波电流幅值较高的几个谐振波频率，可以选择3～5个谐振支路，按照选择的原则，首先必须估计电容值C，然后根据公式：则可以计算出电感值Ln。确定完LC滤波器的电感值与电容值后，适当地装设LC滤波器，有效消除滤波电流。

最后，在降低谐波电流中，还应遵循“因地制宜”的原则，有针对性地加强滤波源的治理。由于滤波装置主要分为有源、无源电力滤波器，在电力系统中，若采用有源滤波器装置，可以通过滤波采样装置对谐波源发出的谐波进行采集，并复制电流大小相等、方向相反的谐波，将采集的谐波接入电网，最终抵消原来的谐波，有源滤波器实际上属于一个大功率的谐波发生器。而无源电力滤波器是通过电感、电容谐振的工作原理来组织n次谐波，以保证电力系统中的电压畸变率保持在一定范围内。

3 结束语

在电力系统运行中，面对谐波电流对电力系统的影响，对于供电公司来说，应对其引起足够关注。若出现谐波源容量大、系统短路容量小的情况，将会造成巨大的经济损失，甚至可能危及到人们的生命财产安全。因此，分析谐波电流对电力电容器、电网、电力系统继电保护等的影响，有针对性地采取相应的措施，采用增加滤波装置及

增加整流相数的方式，减少滤波电流对电力系统的影响，以保证电力系统的安全性、可靠性和稳定性。

参考文献：

[1]刘乾勇.牵引负荷谐波和负序电流对电网运行影响研究[D].湖南大学，2012.

[2]孙波.谐波对电力系统的影响分析[J].电子世界，2013（01）：63-64.

[3]董泉，赵雨，职伟.电气化铁路谐波对电力系统的影响[J].科技信息，2010.

[4]郑丹.电动汽车对电力系统的影响以及交互作用研究[D].华南理工大学，2013.

[5]那广宇，王珺.电气化铁路供电系统及其对电力系统的影响[J].东北电力技术，2011（11）：13-18.