【摘要】概述電力諧波對供用電設備的危害，電容器對電力諧波電流的放大機理，分析諧波對電氣測量產生的影響，為對象選擇適合的諧波測量分析儀提供參考。
　　關鍵詞：低壓配電網;諧波;檢測
　　
　　1諧波的主要危害
　　隨著低壓電網中諧波污染的日益嚴重，常常造成一些設備無法正常工作，甚至出現嚴重的事故。為此，許多國際組織包括國際電工委員會(IEC)及電氣和電子工程師協會(IEEE)專門組織了調查組，就“諧波對設備的影響”進行了廣泛的調查，調查發現，危害主要集中在兩方面:①使設備損耗加大、溫升升高、壽命減小。②使設備受到干擾，產生誤操作。
　　對各類設備，其危害具體表現如下:
　　（1）容易使電網與用作補償電網無功功率的并聯電容器發生串/并聯諧振，造成過電壓或過電流，使電容器絕緣老化，甚至燒壞。據統計，由于諧波問題引起的電容器故障占電容器總故障率的71-83%。
　　（2）使電動機損耗增大，發熱增加，過載能力、壽命和效率降低，如果與機械設備的共振點相近則會產生機械共振、損壞設備。
　　（3）諧波電流使輸電電纜損耗加大，輸電能力降低。對容性電纜線路，諧波使絕緣加速老化、泄漏電流增大，嚴重的甚至放電擊穿損壞。對三相四線制的供電線路，諧波特別使3次諧波，使中線電流過大損壞。
　　（4）測量設備如電壓表、電流表、電度表等受諧波的影響造成測量誤差，嚴重時可達到20%。
　　（5）使一些保護設備誤動作，如繼電保護、保險絲等。
　　（6）對電子設備的影響：
　　①很多過零檢測以基波頻率為準的設備，因諧波的影響造成過零誤動作。
　　②半導體器件常常在電壓的過零點動作，以減少電磁干擾和閃變電流，諧波影響了正確的開關動作。
　　③電壓的突變造成很大的dv/dt，也影響了一些電子設備，造成設備的損壞或誤動作，如很高的dv/dt會使晶閘管導通。
　　④非整數和超低頻諧波使一些視聽設備受到影響。
　　⑤電壓峰值點的變化影響了電視及計算機畫面的大小和明暗變化。
　　⑥使計算機自動控制設備受到干擾而造成程序運行部正常。
　　（7）諧波造成照明設備壽命縮短，如果由于諧波的影響而電壓升高5%,則照明設備的壽命縮短47%。
　　（8）對通訊電路產生諧波電壓的靜電干擾和諧波電流的電磁干擾，由于人對1kHz聲音最敏感，因此1kHz左右的高次諧波對電話通訊設備的影響比基波大得多
　　（9）諧波電流流過變壓器線圈，增大附加損耗，時線圈發熱、絕緣老化加速、壽命縮短，并發出噪音
　　（10）使大功率電機和發電機的勵磁系統受到干擾而影響基正常工作。
　　2電容器對電網諧波電流的放大
　　2.1電容器對諧波電流的放大作用
　　在低壓配電網系統中，由于負載補償的需要，廣泛安裝使用無功補償裝置，多數采用并聯電容器的方式。這樣同時帶來了一個附加的問題:由于電容器對電網的投入，使得電網的諧波電流放大。
　　在電容器的運行方面，諧波電流的存在會使電容器運行電流有效值加大，溫升增高，甚至因過熱而使電容器縮短壽命或損壞;另外諧波電壓疊中于基波電壓之上作用于電容器，可能使其在運行中產生的局部放電涌熄滅，進而使電容器損壞。
　　對于電網來說，電容器對電網諧波電流的放大是一個不容忽視的問題。電容器對諧波電流一般放大2~5倍，諧振時可達30倍以上。因此，必須認識電容器對諧波電流的放大作用，合理配置電容器和電抗器，避免電氣參數匹配發生諧振，控制其諧波電流放大，才能保證電容器、電抗器和整個電網以及在電網中運行的用電設備的安全。
　　2.2電容對諧波電流放大的機理
　　在電力系統某一有諧波電流注入的母線上接入并聯電力電容器時，其電力系統的簡化圖如1所示，圖2為其電流分布示意圖。圖中設諧波源的h次諧波電流為Ih，進入電力系統的諧波電流為Ish，進入電容器的諧波電流為Ich，Xc為電容器的基波電抗器的基波電抗。電力系統基波的等值阻抗為Zs=Rs+jXs，h次諧波阻抗為Zsh=Rsn+jXsb。進入電力系統和進入電容器的諧波電流的的分配將因諧波次數的不同而不同，可能出現Ish>Ih，也可能出現Ich>Ih時，稱為系統諧波電流放大，或稱為諧波電流放大;當Ich>Ih時，稱為電容器諧波電流放大;當Ish>Ih和Ich>Ih同時發生的時候，稱為諧波電流嚴重放大。
　　
　　圖1電網簡化電路圖圖2電網等值電路圖
　　3諧波功率和諧波對常規電氣測量儀表的影響
　　諧波功率基本上完全屬于功率損耗，而不提供任何有益的功效，相反地卻要縮短設備壽命。從電力的使用價值來看，基本上只是基波電壓、電流和功率能產生用戶所需有用功效的，諧波不但無用，還要降低各類電力設備的基波電壓、電流和功率的允許極限值。
　　3.1諧波對其常規電氣測量儀表的影響
　　當按照傳統觀念來觀察諧波對電氣測量儀表的影響時，完全是從主觀上給儀表下的定義出發。例如給交流電儀表功能下的定義是:反映被測量的綜合有效值，對電壓和電流指的是方均根值(ms);對功率則指的是電壓和電流瞬時值之積(代數值)在一個基波周期內的平均值。這等價于頻域中儀表指示的是：
　　（式1）
　　（式2）
　　（式3）
　　這樣就認為不受諧波影響的儀表應該具有的理想頻率特性是諧波量對儀表轉動部分產生的轉矩與等量的基波量產生的轉矩相等。同時也就認為，儀表的頻率特性愈差(一般認為，相等諧波量的頻率愈高，對儀表產生的轉矩便愈小)，諧波對它引起的誤差也愈大。
　　但對儀表的上述要求與用戶對儀表的實際要求并不相同(電工理論實驗的測試可能是例外)。從電氣量的效益出發，為了觀察電動機是否具有足夠的轉矩和出力，電力系統是否具有足夠的穩定性和電容器是否能提供必需的無功功率，只要求儀表指示出基波電壓和基波電流即可，所以，在波形畸變的條件下，頻率特性愈好的儀表，其指示值愈不準確。另一方面，從諧波對設備工況的制約作用來看，還要求儀表指示出峰值電壓、峰值電流、各次諧波的畸變率或綜合的畸變率。對于功率計量來說，從動能經濟、有功和無功電力平衡以及發送電設備的穩定功率極限等出發，都只要求指示基波功率。但為了研究諧波線損和潮流，則還要求另外指示諧波功率。
　　從電力工作者的測量目的來看，在很多情況下只要求儀表反映基波量，而在測定設備工況時，還需測出峰值量和畸變量。因此，儀表具有理想的頻率特性并不都符合人們的需要，有時甚至和測量宗旨背道而馳。
　　當波形畸變率符合國標GB/T14549-93《公用電網諧波》時，被測量的綜合有效值與基波有效值之差一般不超過3%(對電流)或0.2%(對電壓)。因此，無論從哪種觀點來看，諧波引起的儀表指示誤差都不大，各種型式儀表的指標大致可與儀表的精確等級相符(指普通的電壓表和功率表，以及準確度較差的電流表)。
　　3.2儀用互感器的頻率特性
　　儀用互感器不僅要滿足測量基波的要求，也要滿足測量諧波的要求。因此，理想的互感器二次側輸出量的波形應該嚴格地和其一次側輸入量相符。所以，要求互感器應具有盡可能好的頻率特性，亦即對諧波的響應和對基波的響應要盡可能相同。
　　0.5級或精確度更好的電磁式電壓互感器，對于2kHz以下的頻率具有較好的頻率特性，可以滿足一般測量需要。對于頻率很高的諧波量，電壓互感器二次側的輸出值會明顯地小于一次側輸入值除以變比之商，從而相應地引起輸出波形失真。其主要原因是頻率愈高，互感器的漏阻抗和渦流的影響愈大。就測量暫態過程來說，除了高頻分量失真外，由于直流分量的衰減在互感器一次側和二次側不一致，還可引起互感器發生磁飽和和相應地增加測量誤差。為了精確檢測高頻分量和瞬變過程，可以不用互感器而利用電阻分壓器、無感分流器或其他特殊措施。
　　在電壓等級很高的電網中(110kV以上)，常常裝設電容式電壓互感器，其價格較低但頻率特性較差，尤其是測量諧波時的角誤差較大，故不能準確地測量諧波功率。引進的電容式電壓互感器中，某些型號對500Hz以下的諧波電壓也有較好的幅頻特性，但角頻特性仍不好。尚有個別型號的電容式電壓互感器，其末級電容所并接的電磁式電壓互感器的設計磁通密度偏高，當電網電壓接近額定電壓時，互感器本身產生3次諧波電壓，并且出現在開口三角繞組上，當電網電壓超過額定時，開口三角繞組上的3次諧波電壓能達到lOV左右，這樣的電壓互感器必須更換。
　　電流互感器的頻率特性一般較好，工程上可以滿足5kHz以下的諧波測量要求。
　　4結束語
　　隨著社會的的發展和技術的進步，各種新型的用電設備在社會的各個領域得到的廣泛的使用，由于設備運行所要求的高安全性和精確性，對電能的使用和需求產生了更高的要求，但非線性負荷大量使用卻帶來了嚴重的電力污染，給系統安全運行和供用電設備造成影響及危害。為此，本文從實際出發，概述了電力諧波對電網及設備的危害，詳細論述了電力諧波對測量儀表的影響。
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