諧波對電力系統設備的影響

諧波對電力變壓器的影響

1、 諧波電流使變壓器的銅耗增加，引起局部過熱、振動、噪聲增大、繞組附加發熱等。

2、 諧波電壓引起的附加損耗使變壓器的磁滯及渦流損耗增加，當系統運行電壓偏高或三相不對稱時，勵磁電流中的諧波分量增加，絕緣材料承受的電氣應力增大，影響絕緣的局部放電的介質增大。對三角形連接的繞組，零序性諧波在繞組內形成環流，使繞組溫度升高。

3、 變壓器勵磁電流中含諧波電流，引起合閘涌流中諧波電流過大，這種諧波電流在發生諧振時的條件下對變壓器的安全運行將造成威脅。

諧波對電力避雷器的影響

變電站大容量，高電壓的變壓器由于合閘涌流的過程時間比較長，能夠延續數秒或更長的時間，有時還會引起諧振過電壓，并使相關避雷器的放電時間過長而受到損壞。這一問題對選擇保護高壓濾波器中電感或電容用的避雷器參數帶來較大的困難。

諧波對輸電線路的影響

1、 諧波污染增加了輸電線路的損耗。輸電線路中的諧波電流加上集膚效應的影響將產生附加損耗，使得輸電線路損耗增加。特別是在電力系統三相不對稱運行時，對中性點直接接地的供電系統線損的增加龍為顯著。

2、 諧波污染增大了中性線電流，引起中性點漂移。在低壓配電網絡中，零序電流的零序的諧波電流(3次、6次、9次……)不僅會引起中性線電流大大增加，造成過負荷發熱，使損耗增加，而且產生壓降，引起零電位漂移降低了供電的電能質量。

諧波對電力電容器的影響

當配電系統非線性用電負荷比重較大，并聯電容器組投入時，一方面由于電容器組的諧波阻抗小，注入電容器組 的諧波電流大，使電容器負荷而嚴重影響其使用壽命，另一方面當電容器組的諧波容抗與系統等效諧波感抗相等而發生諧振時，引起電容器諧波電流嚴重放大使電容 器過熱而損壞。因此，電壓諧 波和電流諧波超標都會使電容器的工作電流增大日出現異常，例如：對于常用自愈試并聯電容器，其允許過電流倍數是1.3倍頻定電流，當電容器的電流超過這一 限值時，將會造成損壞事故。同時，諧波使工頻正弦波形發生畸變，產生鋸齒狀尖頂波，易在絕緣介質中引發局部放電，長時間的局部放電也會加速絕緣介質的老 化，自愈性能下降，而容易導致電容器損壞。

諧波對電力電纜的影響

諧波污染將會使電纜的介質損耗，輸電損耗增大，泄漏電流上升，溫升增大及干式電纜的局部放電增加，引起單相接地故障的可能性增加。

由于電力電纜的分布電容對諧波電流有放大作用，在系統負荷低谷時，系統電壓上升，諧波電壓也相應升高。電纜的額定電壓等級越高，諧波引起電纜介質不穩定的危險性越大，更容易發生故障。

諧波對電力系統其他運行設備的影響

1、 對同步發電機的影響：用戶的負序電流和諧波電流注入系統內的同步發動機，將產生附加損耗，引起發電機局部發熱，降低絕緣強度。同時，由于輸出的電壓波形中產生附加諧波分量，使負載的同步發電機轉子發生扭振，降低其工作壽命。

2、 對斷路器的影響：諧波會使些斷路器的磁吸線圈不能工作，斷路器的遮斷能力降低，不能遮斷波形畸變超過一定限值的故障電流，對中壓斷路器截斷電感電流時可能發生諧頻涌波電壓的重燃現象，導致斷路器觸頭燒損。

3、 對消弧線圈的影響：當電網諧波成分較大時，發生單相接地故障，消弧線圈電感電流將可能不起作用，在接地點得不到的補償，從而引發系統故障擴大。

4、 對載波通信的影響：高諧波含量對電力載波通信的干擾主要表現在語音通信過程中產生噪聲，數據傳輸失真，降低EMS、DAS實時數據的真實可靠性，造成集中抄表系統中數據出錯等故障。

諧波對繼電保護及自動裝置的影響

1、對繼電保護及自動裝置運行環境的影響

(1) 在諧波嚴重超標的電弧爐負荷，電氣化鐵路等諧波含量大的局部電網中會受到影響。

(2) 頻繁出現變壓器嚴重涌流且涌流衰減緩慢的變電站會受到涌流產生諧波的干擾。

(3) 在系統因短路容量太小而可能出現較大諧波電壓影響的場所會受到影響。

(4) 在易發生諧波諧振的配電系統、輸電系統、變電站網架附近會受到影響。

(5) 在諧波受到電容器組或其他原因而被放大嚴重的網絡附近會受到影響。

2、繼電保護及自動裝置利用的啟動量小

利用負序電流或電壓，零序電流或電壓，差動電流或電壓啟動會受到諧波的影響。其中利用負序量啟動的對諧波的敏感性最大。

3、繼電器或啟動元件本身對諧波敏感

(1) 晶體管或集成電路保護裝置的動作量非常小和動作時間非常少，因此它的啟動數據容易受到諧波影響而出現較大的誤差。

(2) 利用信號過零取樣的控制系統及利用數據過零點的數字式繼電器或微機保護，都會受到諧波的影響和干擾。

諧波對繼電保護整定的影響

繼電保護正常運行中，當電源諧波分量較高時，可能會引起過電壓保護，過電流保護的誤動作。當三相嚴重 不對稱時，在正序性諧波含量較高的情況下，可能對負序濾波器為啟動元件的保護裝置產生干擾，而引起誤動。如某地電氣化鐵路通車后，曾發生過由于牽引變電所 注入系統大量的諧波的負序電流，引起供電系統電能質量指標嚴重惡化，多次造成發電機的負序電流保護誤動，主變壓器的過電流保護裝置誤動，線路的距離保護振 蕩閉鎖裝置誤動，高頻保護收發訊機誤動，母線差動保護誤動的故障濾波器誤動的事。

近年來，微機保護裝置的大規模使用，使信號中的諧波干擾既可能引起測量誤差，又可能對裝置關鍵處理模塊的正常工作產生干擾，從而引起保護裝置誤動或拒動。如上海寶鋼就發生過因電弧爐產生諧波的影響，造成諧波電流對數字型差動保護產生干擾，使差動保護動作跳閘的事故。

諧波電流對數字型差動保護的影響

數字型差動保護裝置整定簡單，動作時間快，功能強，因此目前得到了普遍的推廣，應用，但在電能質量較差的條件下會發生，由于電流波形畸變而出現誤動作的可能。

諧波對電能計量的影響

通過對感應型電能表的電子型電能計量準確的頻率響應進行測試和分析，諧波對電能計量的準確度存在著一定的影響。

負荷側的諧波污染對電網的影響

近 年來用戶端大量非線性負荷的應用正成為電能質量污染甚至惡化的重要因數。從低壓小容量家用電器的集群應用，到高壓大容量的工業交直流變換裝置中存在的各種 靜止變流器等，都是電能質量的污染源。各種靜止變流器是以開關方式工作的，會引起電網電流、電壓波形的畸變。大型電弧設備，如電弧爐、弧焊設備等也成為重 要的沖擊源和諧波源。

諧波對電力用戶的影響

用電設備對系統的電源的污染會影響用電設備自身的可靠性。使用電能質量污染的電源、用電設備又可能成為新 的污染源，而危害電力系統和其他用戶設備。可能產生的影響包括：對用戶電動機產后影響，對用戶補償電容產生影響，對用戶自動控制裝置產生影響，對居民生活 產生影響，對用電安全造成威脅。另外，還包括對電信通訊造成影響，對廣播、電視機精密制造工業造成干擾影響，這類干擾的影響有些表現在差模干擾的共模干 擾，差模干擾是工頻及長線傳輸分布電容的相互干擾，共模干擾是引起回路對電位發生變化的干擾，是造成微機控制單元工作不正常的主要大原因。

諧波對用戶電動機運行的影響

諧 波電流通過交流電動機，使諧波附加損耗增加，引起電動機過熱，機械振動和噪聲增大。當三相電壓不對稱時，定子繞組上產生負序電流，并勵磁產生負序旋轉磁 場，該制動磁場降低了電機的最大轉矩的過載能力，增加銅損，并且負序過電流可以將電機定子繞組燒毀。負序性的諧波分量(5次、7次、11次……)對電機的 影響與負序過電壓的效果一樣。當產生電壓波動的主要低頻分量與電機機械振動的固有頻率一致時，誘發諧振，會使電動機造成損壞。

諧波對用戶補償電容器的影響

電 網無功配置容量電容器所占比例最大，其中用戶電容器約占全部電容器的2/3。這部分電容器的設計大多只考慮無功補償量，不考慮裝設點電能質量的實際污染情 況，因此，運行點電能質量指標低時，常造成一些事故，如補償裝置投不上，電容器使用壽命降低，電容器保護熔絲熔斷，甚至發生串聯諧振引起電容器的諧波過電 壓與過電流，導致電容器暴炸等。另外用戶電容器的管理目前仍按平均功率因數進行考核，電容器很少按電網實際情況投切，甚至只投不切，無形中使用電網電壓失 去了應有的調節程度，使電壓偏差等電能質量指標難以控制。

諧波對用戶自動控制裝置的影響

隨著數字控制技術的大規模使 用，很多精密負載對電能質量指標提出了更高的要求。電能質量污染對這類設備的危害主要三個方面，即在設備的檢測模塊中引起入畸變量，干擾正常的分析計算， 導致錯誤的輸出結果。另外還會對設備的硬件、如精密電機、開關電源等造成不可逆轉的損壞。干擾負載的保護回路造成誤動作等。

諧波對居民生活用電的影響

諧波引起電壓波動的閃變產生脈沖磁場，使用電設備受到高能量沖擊。

(1) 最直觀的感覺就是引起照明燈光的電視畫面忽明忽暗的閃爍，造成視覺疲勞

(2) 引起冰箱、空調的壓縮機承受沖擊應力，產生振動，降低使用壽命。

(3) 影響有線電視、廣播的信號正常傳輸，可能通過電磁感應的輻射造成干擾影響

(4) 引起電能計量誤差，造成不必要的電費損失等。

諧波對用電安全的影響

(1)火災影響

(2)設備影響

(3)通信影響

電能質量對計算機系統的影響

計算機系統的用電負荷一般只占整個建筑物用電負荷的一小部分。在大多情況，民用建筑物內動力的照明負荷都是共用同一變壓器低壓電源同一段低壓配電線路，因此，計算機系統會受到電能質量的影響的干擾。計算機系統受電源影響的因數包括：

(1) 電壓波動的影響。

(2) 非線性負荷的影響。

(3) 操作過電壓的暫態過電壓的影響。

(4) 瞬變失電的影響。