谐波电流对电力系统的影响

刘汶兴

（广东电网公司江门供电局,广东 江门 529000）

谐波电流对电力系统的影响

刘汶兴

（广东电网公司江门供电局,广东 江门 529000）

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。

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：

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：

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：

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x=0，此时电力电容器发生并联谐振的条件为x=n2x。Lc

电力电容器谐波分析电路图

1.2 谐波电流对输电线路的影响

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。

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。

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