高次谐波对供电系统的干扰及解决方法

摘要：随着电力事业的发展越来越好，供电系统发生的高次谐波谐振，导致电力机车高压跳主断，牵引变电所主变低压侧过电压跳闸，甚至烧损机车、接触网电气设备，严重干扰正常运输秩序，需引起牵引供电从业人员高度关注，深入分析牵引网谐振机理，研究谐振抑制对策，采取被动和主动的防御手段，确保牵引供电安全。

关键词：高次谐波；供电系统；干扰；解决方法 引言

国民经济的发展日新月异、科技水平和人民生活水平也在不断地提高，要顺这样的时代潮流铁路运输就必须做到安全高效。要保证铁路运输安全高效的运行，如何提高供电质量和可靠性也就成为了我们电力专业目前工作的重点。众所周知影响供电质量和可靠供电的不利因素较多，其中高次谐波对供电系统的影响及危害就不容忽视。

1高次谐波的定义及其产生原因分析

目前对于谐波的定义的说法较多，而国际上普遍认为谐波是一个有周期的正弦波的分量，其频率是基波的整数倍。当电力系统的频率为额定频率50Hz，则基波频率为50Hz、2次谐波频率为100Hz、3次谐波频率为150Hz等。而目前在电力系统中存在危害的谐波较多，高次谐波的危害越来越大，这也是今后电力系统改革中首要解决的问题。由于各种非线性的电子元件日益应用到电力系统中，使得原本能产生正弦波的电源由于非线性元件的存在使在系统中和用户处的线路中总会产生高次谐波的电流和电压，产生高次谐波的元件比较多，例如一些交流电动机、电焊机、电石炉、变压器和感应电炉等，化工行业的高频炉、电解设备，钢铁行业的大型轧钢机，铁道部门的电气机车、电车公司的整流站等，家用电器如电视机等。最为严重的是大型的整流装置和电弧炉，它们产生的高次谐波电流最为突出，是造成电力系统中谐波污染的最主要的因素。在电力系统中运用的电气设备都能产生高次谐波，并对电力系统的安全运行产生很大的影响，在这里可通过以下设备进行分析：整流装置是电力系统中最重要的谐波源，例如在很多的设备中都是用整流装置，例如电视机、电池充电器、电力机车等；电弧炉因为在燃烧方面不够稳定，容易产生三相谐波电流；变压器则由于铁芯处于饱和状态，磁化的曲线呈非线性，电流畸变也会变大，这是一种稳态的谐波源。在某些电网中，由于供电线路较长，负荷较轻，充电功率大，并且没有电抗器作为补充装置等因素会造成电网的电压过高，使得电流波形畸变严重。电力机车主要是采用工频单向全波整流电路系统，因此它与整流装置一样会产生谐波也会污染电网的安全运行；而家用电器中的电视机被称为是产生谐波电流的罪魁祸首，原因是电视机的回路一般是采用二级管桥式全波整流，在使用时会产生较强的奇次谐波电流，尤其是目前广大用户普遍使用的彩色电视机较为严重，奇次波具有负序特性，在电网中能够引起电压产生畸变的现象。随着家用电器的越来越普及的运用，一些家用电器，例如电冰箱、洗衣机、空调、吸尘器等电器也在走进千家万户，但这些用电设备会有绕组设备的不平衡电流的变化，也对电网的波形产生影响。此外。交流发电机也会在电力系统中产生高次谐波，原因是交流同步发电机定子绕组在布置上不可能做到完全的对称，总会导致转子磁极不对称情况的出现，结果会造成转子和定子铁芯之间有不均匀的空隙，同时会造成发电机定子、转子间气隙磁通分布不均匀，也会存在有非工频正弦波分量产生，但由于隐极发电机采用的是

比较短的绕组以及分布绕组，并采用了三相定子绕组星形接线的方式，降低了5、7次以及3次谐波量，因此使得交流发电机的谐波分量较小。 2高次谐波的危害

高次谐波可以对供电系统的电力、电子设备及其通信产生较大的影响、甚至造成危害。

2.1对供电系统电力设备的影响和危害

（1）发电机、电动机、变压器：高次谐波电流可使设备内部的线圈、铁芯的阻抗因发热而增加，严重时还会造成损坏。（2）电容器：高次谐波电流可使电容器过载、发热。同时还会使已经存在的谐波和电压峰值加大，造成更大的破坏性。（3）低压供电系统：高次谐波电流可使低压供电系统中中性线电流过大，最大时可达到相线电流的两倍以上。即便在三相负荷平衡时，也不能抵消。 2.2对供电系统电子设备的影响和危害

（1）电气仪表：高次谐波电流可对设备内部的线圈产生影响，造成误差。（2）电子计算机、微机保护部件、精密仪表：高次谐波电流会影响他们的正常运行，导致误动作或数据错误。 2.3对通信线路的影响和危害

通信线路：高次谐波电流会对通信线路产生静电干扰和电磁干扰。 3对高次谐波的抑制的相关对策分析 3.1增加整流变压器装置

目前比较传统的抑制谐波的方法就是增加整流变压器，由于整流变压器具有的二次侧向数较多，并且波形脉动次数也多，因此次数较低的谐波被消去的也越多。例如当整流相数为12相时，5次谐波电流为基波电流的5%左右，但6相时的谐波电流则是基波电流的18.5%。 3.2增加无源滤波器装置

无源滤波器是利用电路中谐振的原理对谐波形成低阻的电路，从而达到一定的滤波的目的，它由电容器、电抗器以及电阻组合而成，采用与谐波源并联的方式，一方面有滤波的功能，一方面还有无功补偿的需要。一般其投资成本较低，效率较高，结构也极为简单，并且在运行方面也比较稳定。但目前由于这种方式要耗费大量的材料成本，况且对谐波的抑制效果并不是很明显，目前基本上不是很采用这种方式。

3.3有源电力滤波器的普遍使用

有源电力滤波器是目前采用的一种全型的、并且能够从动态方面去抑制谐波的电力电子装置。它是先从补偿对象中检测出谐波电流，再利用可控的功率半导体器件（补偿装置）向电网注入与谐波源谐波分量（电流或电压幅值相等、相位相反的谐波分量（电流或电压），使电源的总谐波为0，达到实时补偿谐波的目的。目前有源滤波器按其接入电网的方式，可分为串联和并联两种方式。直到目前运用到电力系统中的AFP装置，绝大多数采用的是电压逆变器的并联型结构。近年来，为了发挥有源滤波器的优势，提高性能，减少容量，降低成本，增强适用性，又设计出采用变流装置专门去减少谐波的装置。 结语

随着经济和社会的发展，越来越多的电子元件被用在了电力系统中，尤其是大量的线性负荷的出现，使得电力系统中产生了大量谐波，一些比较传统常规的抑制谐波产生的措施不能有效的使用，在这样的情况之下，一些新型的的抑制谐波产生的措施和手段也被普及，在今后如何抑制减少谐波的产生方面应更加积极

地找寻方法使今后的电力系统更加的安全稳定，保障电力运行的安全。 参考文献：

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