浅谈生活中的谐波危害及治理方案

浅谈生活中的谐波危害及治理方案

作者：刘小海

来源：《中小企业管理与科技·下旬刊》2011年第06期

摘要：由低压电网供给电源的各种电器设备，在生活和工作中有着十分广泛的应用，我们身边有很多电器含有非线性元件，成为谐波源，主要有计算机、激光打印机、充电器、微波炉、洗衣机、电视机、电磁炉以及非线性照明设备等，它们大部分采用小功率的整流装置、晶闸管等电子元件，有的电器还带小容量的变压器。这些电器中存在的设备及原件产生的高次谐波也会对电力系统造成影响，从而产生的谐波加重了对电网的污染。 关键词：谐波 谐波源 谐波危害 谐波治理 0 引言

随着人们生活水平的不断提高，家用电器的种类及办公设备的种类日益繁多，住宅及办公楼也越来越多，物业的配套的电气设备种类及数量也越来越多。家用电器及物业的配套的电气设备往往产生各种谐波，谐波注入电网，严重影响电网电能质量，甚至严重威胁电气设备的安全。电网电能质量的降低又反过来影响居民家用电器的寿命。作为一名配网设计，熟悉生活中的各种电器设备是否产生谐波犹为重要。 1 谐波的定义

供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值（n=fn/f1)称为谐波次数。电网中有时也存在非整数倍谐波，称为非谐波或分数谐波。谐波实际上是一种干扰量，使电网受到“污染”。电工技术领域主要研究谐波的发生、传输、测量、危害及抑制，其频率范围一般为2≤n≤40。 2 谐波产生的危害

2.1 降低了供电的可靠性：一方面表现为加速绝缘老化，缩短电气设备使用寿命。另一方面表现为损耗增加。

2.2 引发供电事故的发生：当电网参数配合不协调时，在一定的频率下，会产生谐波振荡，产生过电压或过电流，危及电力系统的安全运行，如不加以治理极易引发输配电事故的发生。

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2.3 导致线路短路：断路器断开谐波含量较高的电流时，断路器的遮断能力将大大降低，造成电弧重燃，发生短路，甚至断路器爆炸。

2.4 导致设备无法正常的工作：当发生谐波振荡的时候，汽轮发电机产生震荡力矩，可能会引起机械共振，使汽轮机叶片扭曲，导致设备无法正常工作。

2.5 降低产品质量：谐波电流，谐波电压影响精密机械生产出的产品质量。

2.6 影响通讯系统的正常工作：谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致住处丢失，使通信系统无法正常工作。

综上所述谐波对电网存在严重危害。下面谈一下生活中到底哪些电器设备会产生谐波。 3 生活中的谐波源

3.1 充电器：我们国家以前是自行车王国，现在又变成了电动自行车王国，近年来还出现了电动汽车，而且生活中还有许多的充电设备。而这些充电设备的充电器往往产生各种谐波。充电器产生谐波的原因是：充电器就是一套整流设备，我们大家都知道整流设备是会产生各次齐次高次谐波。从绿色环保方面讲，电动汽车将是以后发展的潮流，它将会成为产生谐波的一种主要的家用电器。

3.2 计算机：计算机在我们的工作和生活中是不可或缺的，上网，学习，工作无处不在。计算机产生少量3～11次谐波电流，但是13、15、17次谐波电流含有率较高。计算机与其它的谐波源电器同时使用的几率特别高，因此计算机在谐波的领域里担任着重要的“角色”。在我们将来的设计工作中要特别重视这个“角色”。另外与计算机相类似的设备还有各种打印机、复印机、游戏机等。

3.3 电视机：居民每天晚上基本上是在同一时间段的看电视，电视机中的电子原件使配电网谐波的增大。电视机产生的谐波主要有3次、5次、7次和9次谐波。

3.4 电冰箱：随着变频技术的发展，电冰箱也成为重要的谐波源，电冰箱主要产生的谐波有3次、5次和7次谐波。

3.5 非线性照明设备：随着各种节能灯的出现，虽然节能灯效率比白炽灯高很多，但是节能灯几乎都是谐波源。节能灯的种类有：荧光灯、高压气体放电灯和调光白炽灯等。其谐波特征是主要产生3~19次谐波。

3.6 空调机：根据相关报道，空调机谐波电流大小依工作方式而变，只开风扇时，输入端电流歧变为6～9％，制冷时为20.5～27％，制热时为22.1～34.0％，谐波分布为2～17次，不管是制冷还是制热，输入端电流歧变都大于5%，空调的谐波电流比电视机大得多。而且变频技术在空调中的应用与日俱增，变频装置的谐波含量更大。所以空调更应该引起我们的重视。

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3.7 通过分析和测试表明，凡是带有相位控制电路或是由简单的整流电源，特别是半波整流方式，供电的其它家用低压电气设备，都是低压电网中不可忽视的谐波源。 4 消除谐波的措施

了解了生活中的谐波源，下面介绍一下在配电中我们怎么消除以上的谐波。

目前常用的谐波治理的方法基本上有三种，无源滤波、有源滤波和无功补偿。现在我们就来浅谈一下这三种方法的优点和缺点，以及它们所产生的市场前景和经济效益。

4.1 无源滤波器主要是用电感器与电容器构成，无源滤波装置的成本较低，经济，简便，因此获得广泛应用。无源滤波器可以分为并联滤波器与串联滤波器。现有的谐波滤除装置大都使用无源并联滤波器，对每一种频率的谐波需要使用一组滤波器，通常需要使用多组滤波器用以滤除不同频率的谐波。多组滤波器的使用造成结构复杂，成本增高，并且由于通常的系统中含有无限多种频率的谐波成分，因此无法将谐波全部滤除。不仅如此，由于并联滤波器对谐波的阻抗很低，通常会使谐波源产生更大的谐波电流，谐振在不同频率的滤波器还会互相干扰，例如7次谐波滤波器就可能会放大5次谐波。因此，如果有人将并联滤波器安装前后的谐波情况做过对比，就会发现：虽然滤波器安装以后影响系统的谐波电流减小，但是各滤波器中以及进入系统的谐波电流之和远远超过未安装滤波器之前，谐波源产生的谐波电流也超过未安装滤波器之前。从广义的角度来讲，频率不等于工频频率的成分统统都是谐波。因此，工频是单一频率，而谐波有无限多种频率，可见谐波具有无限的复杂性，使用并联滤波器的方法显然无法对付无限频率成分的谐波。

4.2 有源滤波装置能做到适时补偿，且不增加电网的容性元件，滤波效果好，在其额定的无功功率范围内，滤波效果是百分之百的。但是，有源滤波装置由于受到电力电子元件耐压，额定电流的发展限制，成本很高，而且制作也比无源滤波装置复杂很多，成本也就高了很多。因此有源滤波装置是谐波治理的方向，但需要我们专业人士进一步降低成本。

4.3 人们对有功功率的理解非常容易，而要深刻认识无功功率却并不是轻而易举的。在正弦电路中，无功功率的概念是清楚的，而在含有谐波时，至今尚无获得公认的无功功率定义。但是，对无功功率这一概念的重要性，对无功补偿重要性的认识，却是一致的。无功补偿应包含对基波无功功率补偿和对谐波无功功率的补偿。 5 结束语

对于生活和工作中的这些电气设备，由于数量很多，不可能逐个进行谐波干扰的控制，只能一方面由国家制订各种设备的产品标准，控制它们注入电网的谐波种类及含量，有效的防止它们对电网及电网中其它电气设备的相互干扰。另一方面需要我们谐波专家研发出更经济、更实用的谐波治理装置。 参考文献：

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[1]吴竞昌主编.《供电系统谐波》，中国电力出版社，1998年5月. [2]张直平主编，《城市电网谐波手册》，中国电力出版社，2001年2月.