如何有效的治理谐波对于现代建筑整个供配电系统危害

摘要：本文通过对谐波概念及其危害的分析，对谐波源的分类描述，指明了谐波对于现代建筑整个供配电系统的严重危害，从而引出抑制谐波的重要性、紧迫性，并提供了几种措施，其中，又通过具体实例的分析详细阐述了有源滤波器在抑制滤波中的应用及其工作原理，并说明了采取该措施之后所取得的效果。

关键词：谐波、危害、措施、有源滤波器

1.引言

近年来，随着现代化的进程的不断深入，以及国家对于节能减排的倡导，建筑行业大量地采用整流及变频设备，整流及变频器的使用在节能上起到了很好的作用，这些非线性负荷的大量使用，并且功率越来越大，导致了供配电电能质量的严重降低。这些非线性设备所产生的大量的多次谐波，与供配电网络中的系统容抗和系统阻抗在一定的参数条件下，会形成串联或并联谐振，从而会导致系统中的设备损坏。谐波对于整个供配电系统的危害已经引起了人们的广泛重视，抑制谐波，提高供配电系统的电能质量已经刻不容缓。

2.谐波的概念

“谐波”一词起源于声学。有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪已经奠定了良好的基础，傅立叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用。

谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指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)为谐波次数电网中有时也存在非整数倍谐波，称为非谐波(non-harmonics)或分数波。谐波实际上是一种干扰量，使电网受到“污染”。谐波是衡量电能质量的关键指标之，是电能质量技术监督的重要内容，其污染程度的大小直接关系电能质量的优劣。

3.谐波源

谐波通常是由非线性供电设备所产生的，如变压器、整流器、变频装置等，这些设备在吸收基本功率的也产生谐波电流及谐波功率。对于目前的建筑办公楼宇*常见的谐波源如下。

3.1变压器产生谐波

电力变压器产生谐波主要由于变压器铁芯材料具有非线性磁化曲线引起的，变压器的铁芯磁化曲线除了一般线性区以外，还有饱和区、死区和滞后区这三类典型的非线性区，它以原点对称，在正弦波作用下，励磁电流为对称奇函数。目前在设计变压器时考虑其经济性，其工作磁密选择均在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，含有奇次谐波。谐波次数还受其一、二次侧接线方式(△或y)的影响，谐波的大小与磁路的结构形式、铁芯的饱和程度等有关。铁芯的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性工作区越远，产生的谐波电流就越大。

3.2变频器产生谐波

随着变频器产业的飞速发展，以及人们节能环保意思的加强，变频装置已经越来越普遍的被用于风机、水泵、空调等设备中。我们目前常用的变频器的主电路拓扑一般为交直流型，即将工频的交流电源变为直流电源，再将直流电源变为控制交流电机所需要的频率和电压，此种变换形式的低压变频器，所产生的谐波既有电流源型的，也有电压源型的。有资料显示，此类设备所产生的谐波分量有时可高达基波分量的50%~60%，由于变频设备功率大，数量多，对整个供配电系统的影响也就很大。

3.3电子镇流器产生谐波

目前建筑照明设备几乎都采用了电子镇流器，使用电子镇流器的好处是光效高，消除了频闪，灯管使用寿命延长，功率因素高，噪音低，可调光，且照明设备自身功耗低，节能效果相当明显。电子镇流器是一个将工频交流电源转换成高频交流电源的变换器，此类设备所产生的谐波分量均为奇次谐波，有资料显示，电子镇流器所产生的谐波分量有时可高达基波分量的25%。照明设备数量巨大，对于供配电系统的影响也是很大的。

4.谐波的危害

目前由于产生谐波的设备量大面广，谐波使建筑楼宇的供配电系统面临着严重的干扰与破化，谐波的危害主要有如下几点:

4.1电力变压器

铁芯磁感应环流增加，电流谐波将增加铜损，电压谐波将增加铁损，综合效应是使变压器温度上升，功耗增加；加速绝缘老化，造成容量裕度减小，影响设备寿命；谐波还可能引起变压器绕组及线间电容之间的共振，及引起铁芯磁通饱和或歪斜，严重时可造成变压器灯的烧毁。

4.2电力电缆

由于谐波频率较高，集肤效应和邻近效应就越大，发热损耗增加，加速绝缘老化，影响寿命。况且，3次谐波会在中性线叠加，以3倍于相线的电流通过中性线，使中性线电流大大超过其安全电流值造成过负荷，这种状态下就有可能造成导线过热引起线路周围可燃装修材料起火或中性线熔断，造成各相电压不平衡，烧坏线路中接入的电器设备进而引发火灾。

4.3电动机

对于经常启动的电动机，大的会引起电动机发热，导致电动机的额外温升；当电动机中的谐波电流，与某零件的固有频率接近时，还会使电动机产生机械振动，发出很大的噪声。

4.4电力电容器组

用电系统中为了提高功率因数一般都加电力电容器组，而谐波会加速电容器的老化使电容器的损耗系数增大，附加损耗增加，从而容易放生故障和缩短电容器的寿命。当电容器与线路阻抗达到共振条件时，会放大谐波电流，使电容器及熔断器因过热、过电流、过电压等而不能正常运行甚至烧毁。

4.5开关和继电设备

谐波电流会引起开关之额外损失，并提高温升使承载基波电流能力降低，湛升的提高对某些绝缘组件而言会降低其使用寿命。谐波电流还会使继电保护设备产生额外的转矩，改变电器的动作特性，以致引起误动作，低压断路器之固态跳脱装置，系根据电流峰值来动作，而此种型式之跳脱装置会因馈线供电给非线性负载而导致不正常跳闸。

4.6计量仪表、照明、通信等设备

电能测量仪表因谐波会造成感应转盘产生额外的电磁转矩，引起误差降低jingque度；谐波电流会引起照明闪烁，使人易视觉疲劳，降低工作效率，对于通信等设备会通过电磁感应、静电感应与传到等方式耦合到系统中，从而对设备产生干扰而影响其正常的工作或减少使用寿命。

5.抑制谐波的措施

为了控制谐波的泛滥，净化供配电系统的波形，提高供配电系统的电能质量和效率，国家标准gb/t14549-93《电能质量-公用电网谐波》。该标准规定了公用电网谐波电压限值(表1)、谐波电流值(表2)。