黄东尧
福建省建筑轻纺设计院有限公司 福建福州 350001
摘要：电网中谐波会降低电能利用率、影响电气设备正常运行、甚至对电力系统的可靠运行产生严重危害，也会使其他电子装置的使用受到影响。谐波影响下变压器的能源利用效率一方面与电力系统节能运行紧密相关，另一方面很大程度上决定了变压器的产品优化与设计过程，显然可见，电网中谐波对变压器能效的影响研究任重而道远。
关键词：谐波 电网 变压器
变压器凭借其巨大的数量在电网中占很大比重。随着不断提升的电压等级，逐日增长的单台变压器容量以及日益复杂化的内部构成，电力变压器的损耗也越来越严重。同时，电网污染随谐波增加的日益加剧，将会愈加影响变压器的正常工作状态，针对电网中谐波影响下变压器损耗不论是国内还是国外学者都进行了一定程度的研究，变压器能效国标中损耗值均通过空载试验和负载试验来完成，其中前者试验时一端绕组开路，后者试验时一端绕组短路，试验过程无有效输出，无法真实反应在非线性负载情况下的能源效率计算；变压器能效计量检测的直接测量法是通过开展变压器两侧等功率测量，确定变压器损耗，由于一般变压器运行效率较高，输入功率与输出功率数值非常接近，结合测量仪表引入的不确定度，在非线性负载等影响下此方法的能效测量误差较大。
1.电网中谐波问题概述
电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。1945年J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。从严格的意义来讲，谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。从广义上讲，由于交流电网有效分量为工频单一频率，因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波，这时“谐波”这个词的的意义已经变得与原意有些不符。正是因为广义的谐波概念，才有了“分数谐波”、“间谐波”、“次谐波”等等说法。产生的原因由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变产生谐波。主要非线性负载有UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。非线性特性是产生谐波的本质原因，是它使电压电流发生非正弦形式的波形畸变。各种非线性电器件的使用使得非线性特性得以出现，进而在电网中产生谐波。
2.谐波的危害
以配电侧为例，叠加后的谐波会导致中性线电流比相电流大，最高可致相电流的1.7倍，造成配电测损耗过大；架空线路谐波电流造成损耗增多，损坏电缆绝缘、提高电缆温度；相互串联的电抗器和电容器在谐波电流造成的电流谐振影响下增大数十倍从而被损坏；感应式与电磁式继电器受到谐波干扰将会不能正常工作，晶体管继电器会对谐波信号错误动作，造成电网的不可靠运行。电容设备在谐波过大影响下产生过电流和过负荷现象，功率损耗过大，加速绝缘介质劣变，使设备寿命减少，同时谐波在特殊情况下会被放大，影响也放大；电缆线在高频谐波的影响下只能流通幅值较小的电流，当电容与电感参数达到某些要求时会出现谐振现象；谐波提升异步电动机的额外损耗，谐波含量过大是增加电机温度，电机输出功率降低，另外，还会另电动机不正常振动，发出更高分贝噪音；对于断路器，谐波影响下可能提升铁耗，减小运行电流，致使局部过热，个别部件失去灵敏性，拒绝应该动作的信号或在不改动作时动作，过低的运行电流会造成设备停运，严重的会造成系统事故。
3.抑制谐波措施
针对电网中谐波产生源头的措施一般为预防性措施，主要指在设计、制造、配置供电设备(如电容器、变压器、发电机等)时就已采取的手段；使用整流器时设置较多的脉动数或使整流器的工作状态可以灵活控制。补偿性措施包括；改变馈线参数；采用滤波器。
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三是脉宽调制法。由于市场大力投用全周期可控制电力电子器件，以脉冲宽度调节为依据的电力电子整流装置也在工程实际上被应用。其实，此类型的电力电子装置既能够整流，同时用来当成有源逆变装置也是可以的，从而反向对电网输入直流电能。依据脉冲宽度调技术，对特定频率周期内的直流电压进行变换，把幅值相等宽度同的一组交流电压方波导出，便可以减少谐波。
四是采用滤波器。国内通常使用将谐波含量控制在允许限定下的手段之一为在离谐波源不远处安置滤波装置。从工程实际应用角度出发，既可以装设有源滤波或无源滤波装置，也可以装设混合型滤波装置等。抑制谐波还有一些其他技术措施，例如加强系统承受谐波的能力。科学匹配电路结构中各参数值的大小。
4.小结
随着新世纪科学技术水平的不断进步，电力电子产业日新月异，电网中不断投入各种工业设备和生活设备，电网负载呈现多样化，越来越多的非线性负载进入电力系统，显著提升了电网中谐波占有比例，加剧了谐波对电力系统的污染程度。电网中谐波会降低电能利用率、影响电气设备正常运行、甚至对电力系统的可靠运行产生严重危害，也会使其他电子装置的使用受到影响。
参考文献：
[1] 王科,配电变压器谐波附加损耗监测方法与实验研究[D].重庆大学,2010
[2] 张明,李开盛,胡益胜,运行状态下变压器谐波损耗的估算[J].变压器,2011
[3] 张明,李开盛,胡益胜,运行状态下变压器谐波损耗的估算[J].变压器,2011