三相四线制电网谐波起因危害及治理 王一曼王琦 江苏徐矿综合利用发电有限公司 江苏徐州【摘要ｌ三相四线制电网与生产生活息息相关，本文讨论了电网，特别 是三相四线制电网中存在的谐波问题，分析了谐波产生的原因，可能造成的 危害以及治理措施，并提供了一个三相四线制电网谐波治理的实例。 【关键词】三相四线制电网；谐波；治理措施 ２２１０００ （２）有源电力滤波器ＡＰＦ（Ａｃｔｊｖｅ Ｐｏｗｅｒ Ｆｉｌｔｅｒ） ＡＰＦ的基本思路是首先获取系统的谐波成分，然后向系统注入 其幅值相等大小相反的谐波来抵消原有的谐波。ＡＰＦ的主要问题是 本较高。与ＰＦ｝Ｉ￣Ｌ，ＡＰＦ具有很多ＰＦ无法实现的功能，如补偿性能不 电网频率变化的影响，可以补偿多次谐波。其治理方式较ＰＦ灵活很多， 其性能不受系统阻抗的影响，不容易和系统发生谐振。 １．谐波的起因 电网中，谐波可能产生干电力系统ｌ｛｜的任何一个环节，其中非线性 ４．治理实例 用电设备是谐波产生的主要原因。开关、功率开关器件、存在饱和的设 在一个３８０Ｖ电网的小型车间进行了谐波治理，采用针对三相四型 备等都是典型的非线性用电设备。 制的有源电力滤波器。谐波治理效果如图ｌ所示，图１（ａ）为治理前的江 （ｂ）为冶理后的波形。对比图１（ａ）和图１（ｂ）可以看出谐波电流明 在三相四线制系统中，中线的存在为零序电流提供ｒ通路，使系统 形，图ｌ中存在零序电流，这也是三相心线制较三相三线制的基本特点。零序电 减少，总电流也明显减少，这是由于二相四线制有源电力滤波器投人 不仅补偿了谐波电流，而且对三相不平衡电流也进行了补偿，提高了 流来源于以下两种基本情况： （１）三相不对称线性负载，此种情况下负载电流只含有基波，但基 网质量。 波含有零序电流分量。 （２）三相对称非线性负载，此种情况下３倍数次谐波电流是零序 的。 现实中的负载一般是上述两种基本情况的组合，即系统中含有谐波 而且每次谐波都可能含有零序电流分鼠。从中我们可以看出中线电流问 题和谐波问题有着很大的联系。 ２．谐波的危害 在电力系统方面，谐波主要存在以下危害： （１）增加电力系统的热损耗，缩短其寿命［１】。供配电线路和用电设 备，谐波会产生附加的功率损耗。喈波电流会导致电机过热，转矩脉 动。谐波电流会加剧变压器肌肤效应，局部发热问题严重。 （２）引起谐振 。电力系统中存在大量的电抗器（电机、变压器等）、 电容器，由他们组成的电路存在谐振固有频率，当电路中存在相应的谐 波时，系统发生谐振。谐振对谐波有放大作用，串联谐振时局部的谐波 电流会很大，并联谐振时局部的谐波电压会很大。 （３）导致保护和控制设备的误动作…。谐波会使得电压、电流峰值 及有效值等发生改变，依赖这些参数设计的保护可能会出现误动作。 １Ｓ 一广『Ｂ 在三相四线制系统中，偕波的存在会使系统产生零序电流。零序电 ４３墨 Ｔ （ａ） ４－Ｂ％ＴＨｆ。 ５１．０Ｂｎ １．３ ●Ｉ １００ Ｘｆ ｓｏ ， 流对电力系统同样存在着危害： （１）增加系统的热损耗，包括线路的附加损耗，变压器的铁芯损耗 等。 （２）引起保护设备的误动作。 （３）中性线的线径一般设计的较１１、，容易产生过载。 Ｈｆ ０ ５ Ｓ ９ Ｉ３１７ ２Ｉ ２Ｓ ２９ ３３ ３７ ４ｌ ４Ｓ ４ｇ ●●＾ＤＤｎ５５ Ｕ＾Ｄ＾Ｕ—０ １ ＾Ｕ １Ｄ７Ｄａ ¨№Ｒ 。叩耵加 ｔ Ｈ ｎｚ ％ｆ ０ （４）造成三相电压不对称、中性的电压偏移影响系统电压特性。 ３．谐波治理措施 如何降低谐波埘系统的危害，一方面要提高系统的抗谐波干扰的 （ｂ） 图１谐波治理效果 ５．结论 三相四线制电网不仅存在三相三线制电网的谐波问题，而且还 能力；另一方面要降低设备对系统的凿波注入。对于后者，可以通过改 变谐波源自身来减少或消除喈波，也可以增加滤波器来治理喈波。 在特有的零序电流问题，通过三相四线制有源电力滤波器可以有效 从改变谐波源自身出发，可以通过改变变压器的接线方式，增加变 减少谐波和零序电流。 流器的脉波数等方法消除部分谐波。对于新开发的电力电子产品，可通 过提高系统的电平数、改变算法来减少自身产生的谐波等等。当前，减 少设备自身的谐波已经被当作是一个重要的研究方向。 但是，对于早期的产品或者是楼字中大量的小容量非线性设备，还 参考文献 是需要添加单独的滤波器来减少谐波。 Ⅲ１ Ｇ．Ｊ．Ｗａｋｉｌｅｈ电力系统谐波一一基本原理、分析方法和滤波器设｝ 电力系统中的滤波器可分为两种基本形式： （１）无源滤波器ＰＦ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｆｉｌｔｅｒ） 对于不同的谐波源有着不同的拓扑结构。就谐波电流源而言，无源 薛蕙．［ＭＩ．北京：中国电力出版社，２００８． 滤波器的思路是为谐波源提供一个低阻抗的通路来尽量减少对系统注 【５］罗安．电网谐波治理和无功补偿技术及装备【Ｍ］．北京：中国电力出Ｊｆｊ 入的谐波。这类滤波器可分为单调谐滤波器、高通滤波器及双调谐滤波 社．２００６． 器等㈨。其优点是结构简单、投资少、维护成本低。缺点是滤波特性依赖 【４】王兆安，杨君，刘进军等．谐波抑制和无功功率补偿【Ｍ】．北京：机械】 业出版社，２００６． ［Ｍ】．徐政．北京：机械工业出版杜，２００３． 【２］Ａｒｒｉｌｌａｇａ，Ｊ．，Ｎ．Ｒ．Ｗａｔｓｏｎ．电力系统谐波（第二版）林海雪，范天明， 于电网的阻抗和频率，容易产生谐振，滤波频率比较单一。 １４８
