諧波標(biāo)準(zhǔn)與影響(補(bǔ)充)

第一節(jié)

諧波國家標(biāo)準(zhǔn)簡介

第二節(jié)諧波的影響和危害

諧波國家標(biāo)準(zhǔn)與諧波影響第一節(jié)諧波國家標(biāo)準(zhǔn)簡介諧波降低了系統(tǒng)電能的波形質(zhì)量，嚴(yán)重地威脅系統(tǒng)和各種用電設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為了保證電能質(zhì)量，系統(tǒng)應(yīng)向用戶提供波形合格的電壓，同時非線性用戶應(yīng)限制其諧波電流注入系統(tǒng)，不使系統(tǒng)的供電電壓質(zhì)量有較大降低。供、用電雙方的責(zé)任，主要通過限制非線性用戶注入系統(tǒng)的諧波電流來達(dá)到。目前很多國家都相繼制訂并頒發(fā)了限制電力系統(tǒng)諧波的標(biāo)準(zhǔn)，或者由有關(guān)權(quán)威機(jī)構(gòu)制訂了限制諧波的規(guī)定或?qū)t。我國國家技術(shù)監(jiān)督局于1993年7月31日頒發(fā)了國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14595－93《電能質(zhì)量－公用電網(wǎng)諧波》，并于1994年3月1日起實(shí)施。其主要內(nèi)容如下。一、不同諧波源的諧波疊加計(jì)算

當(dāng)電網(wǎng)中兩個諧波源分別產(chǎn)生的同次諧波及之間的相位角確定時，其合成的同次諧波按余弦定理計(jì)算為:當(dāng)兩同次諧波之間的相位角為隨機(jī)變量時，可按下式進(jìn)行合成：第一節(jié)諧波國家標(biāo)準(zhǔn)簡介35711139，>13，偶次

1.621.280.720.180.080第一節(jié)諧波國家標(biāo)準(zhǔn)簡介二、低壓電網(wǎng)電壓總諧波畸變率允許值

低壓電網(wǎng)的電壓總諧波畸變率允許值，是確定中壓、高壓各級電網(wǎng)電壓總諧波畸變率的基礎(chǔ)。根據(jù)國外經(jīng)驗(yàn)和我國電網(wǎng)中諧波影響的具體情況，低壓0.38kV電網(wǎng)的電壓總諧波畸變率允許值為5％，主要根據(jù)如下：對于交流感應(yīng)電動機(jī)，根據(jù)定子繞組等值發(fā)熱條件，可以求出等值負(fù)序電壓與諧波電壓的關(guān)系?？紤]在正常負(fù)序電壓2％的情況下，不應(yīng)顯著地縮短電機(jī)的壽命，允許電壓總諧波畸變率約為5％；根據(jù)電容器的過電壓和過電流能力，分析了各次諧波電流和基波電壓的疊加后得出，若想不致因局部放電或發(fā)熱而使電容器的壽命顯著縮短，低壓電網(wǎng)電壓總諧波畸變率應(yīng)控制在5％以內(nèi)；第一節(jié)諧波國家標(biāo)準(zhǔn)簡介各有代表性的計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠家，對計(jì)算機(jī)電源電壓總諧波畸變率的要求均為3％~5％。我國制訂的國家標(biāo)準(zhǔn)《電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》中，A級標(biāo)準(zhǔn)的電源電壓總諧波畸變率要求是5％；固態(tài)繼電保護(hù)裝置及遠(yuǎn)動裝置，要求向其供電的電源電壓總諧波畸變率在5％以內(nèi)；國外諧波標(biāo)準(zhǔn)中低壓電網(wǎng)（1kV以下）的諧波電壓總畸變率允許值為4％~5％。第一節(jié)諧波國家標(biāo)準(zhǔn)簡介三、各級電網(wǎng)諧波電壓含有率允許值

當(dāng)?shù)蛪弘娋W(wǎng)電壓總諧波畸變率為5％時，隨著電網(wǎng)電壓等級的升高，各級高壓電網(wǎng)電壓總諧波畸變率逐漸降低。通過對我國實(shí)際電網(wǎng)情況的分析研究，并考慮到奇次諧波占主導(dǎo)地位，諧波國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）的允許值如下表所示。四、用戶注入電網(wǎng)的諧波電流允許值

第一節(jié)諧波國家標(biāo)準(zhǔn)簡介第一節(jié)諧波國家標(biāo)準(zhǔn)簡介第一節(jié)諧波國家標(biāo)準(zhǔn)簡介第二節(jié)諧波的影響和危害在電力危害方面：1）旋轉(zhuǎn)電機(jī)等的（換流變壓器過載）附加諧波損耗與發(fā)熱，縮短使用壽命；2）諧波諧振過電壓，造成電氣元件及設(shè)備的故障與損壞；3）電能計(jì)量錯誤。在信號干擾方面：1）對通信系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾，使電信質(zhì)量下降；2）重要的和敏感的自動控制、保護(hù)裝置不正確動作；3）危害到功率處理器自身的正常運(yùn)行。第二節(jié)諧波的影響和危害分類依據(jù)影響的類型注釋持續(xù)時間極短期影響包括設(shè)備在高次諧波作用下的失靈、故障或停運(yùn)；這些設(shè)備有控制和儀表設(shè)備，電子設(shè)備，IT設(shè)備等等長期影響主要是設(shè)備發(fā)熱。發(fā)熱影響(加速絕緣老化，或者極少數(shù)情況下造成設(shè)備的損壞)是很多變量的函數(shù)，其中最重要的變量是諧波的幅值和次數(shù)?；兞康奈锢硖匦噪娏饔绊懪c電流瞬時值或平均值有關(guān)(電氣設(shè)備過熱，熔絲燒斷，傳輸線損耗增大，繼電器誤動作等等)。供電系統(tǒng)中的諧波是造成設(shè)備溫度升高和使用壽命縮短的主要原因。此影響在諧波電流諧振放大的情況下會相當(dāng)大。電壓影響與畸變電壓的峰值，平均值以及方均根值相關(guān)表

高次諧波影響的分類

第二節(jié)諧波的影響和危害對變壓器的影響

變壓器在基波頻率時的損耗最小，但其附加發(fā)熱受電壓畸變影響較大，尤其還受電流畸變的較大影響。負(fù)荷電流含有諧波時，將在三個方面引起變壓器發(fā)熱的增加：1）有效值電流。如果變壓器容量正好與負(fù)荷容量相同，那么諧波電流將使得有效值電流大于額定值。總有效值電流的增加會引起導(dǎo)體損耗增加。第二節(jié)諧波的影響和危害2）渦流損耗。渦流是由磁鏈引起的變壓器的感應(yīng)電流。感應(yīng)電流流經(jīng)繞組、鐵芯以及變壓器磁場環(huán)繞的其它導(dǎo)體時，會產(chǎn)生附加發(fā)熱。這部分損耗以引起渦流的諧波電流的頻率的平方增加。因此，該損耗是變壓器諧波發(fā)熱損耗的重要組成部分。3）鐵芯損耗?？紤]諧波時，鐵損的增加取決于諧波對外加電壓的影響以及變壓器鐵芯的設(shè)計(jì)。電壓畸變的增加將使得鐵芯疊片中渦流電流增加，總的影響取決于鐵芯疊片的厚度以及鋼芯的質(zhì)量。由諧波引起的這部分損耗的增加，與前兩種情況下相比通常較小。第二節(jié)諧波的影響和危害對電機(jī)的影響

電壓和電流諧波對電力旋轉(zhuǎn)機(jī)器(同步的和異步的)的主要影響是，由于功率損耗（主要發(fā)生在鐵芯和繞組上）造成運(yùn)行溫度升高,會對絕緣性能構(gòu)成額外的壓力，如果這種情況一直持續(xù)，則會縮短使用壽命。有兩個原因會引起定子和轉(zhuǎn)子繞組損耗增大：由于波形畸變，使得電流方均根值增大；由于集膚效應(yīng)，導(dǎo)致繞組有效電阻增大。電動機(jī)中定子和轉(zhuǎn)子鐵芯損耗的增大(特別是三相感應(yīng)電動機(jī))，甚至一個小的諧波電壓畸變，都會引起附加磁通，從而在轉(zhuǎn)子繞組和鐵芯上產(chǎn)生附加電流。這一附加電流(一旦電壓畸變嚴(yán)重，與激磁電流的數(shù)量級相同)是造成附加有功損耗、溫升和機(jī)器故障率升高的原因。附加渦流損耗取決于機(jī)器鐵芯的設(shè)計(jì)(實(shí)心的或疊層的)與磁化曲線。第二節(jié)諧波的影響和危害當(dāng)電機(jī)由畸變電壓供電，電機(jī)轉(zhuǎn)矩變化頻率等于或者接近電機(jī)與驅(qū)動機(jī)組的機(jī)械諧振頻率時,電機(jī)的機(jī)械振蕩達(dá)到最大。電動機(jī)的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩是一個重要的因素。這種現(xiàn)象也會發(fā)生在汽輪發(fā)電機(jī)組中。與正弦波相比，繞組中的畸變電流使電動機(jī)的噪聲增大。諧波能影響氣隙磁通的分布，使電動機(jī)的軟啟動變得困難，或者會增大電機(jī)的轉(zhuǎn)差率（滑差）。第二節(jié)諧波的影響和危害對通訊的干擾

配電系統(tǒng)或終端用戶設(shè)備中的諧波電流，將對同一路徑中的通迅線路產(chǎn)生干擾。諧波電流在相應(yīng)并聯(lián)導(dǎo)線中感應(yīng)的電壓頻率通常在音頻范圍內(nèi)。一般情況下，540Hz（9次，基波為頻率60Hz）至1200Hz范圍內(nèi)的諧波產(chǎn)生的干擾危害性較大。在三相四線系統(tǒng)中三倍頻諧波（3次、9次、15次）最容易引起問題。因?yàn)檫@些諧波在三相中相位相同，它們在中線直接相加，從而對通訊線路產(chǎn)生很大的干擾。第二節(jié)諧波的影響和危害

諧波對通信干擾的機(jī)理包括電容耦合、電磁感應(yīng)與電氣傳導(dǎo)三個方面。評估各次諧波對通信干擾的影響時，要對諧波量乘以和其頻率相應(yīng)的加權(quán)系數(shù)。對于如何加權(quán)，有兩種主要的制度，即采用加權(quán)系數(shù)的CCITT制和采用加權(quán)系數(shù)的EEI制。這兩種制度的干擾指標(biāo)的算式如下表所示。加權(quán)系數(shù)以及CCITT制和EEI制的允許值請參見相關(guān)規(guī)定。第二節(jié)諧波的影響和危害對電能計(jì)量的影響

電網(wǎng)中廣泛采用的測量儀表，如電壓表、電流表、功率表、無功功率表、電能表和儀用互感器等，在諧波的影響下將出現(xiàn)測量誤差。第二節(jié)諧波的影響和危害發(fā)電機(jī)GM諧波源線性電力用戶

簡化電網(wǎng)中的基波和諧波有功潮流

對感應(yīng)式表，也稱“轉(zhuǎn)盤式”。根據(jù)試驗(yàn)，當(dāng)存在諧波分量時，和仍舊逼近理想值1。根據(jù)試驗(yàn)，偏離1的幅度，主要取決于諧波功率產(chǎn)生的圓盤轉(zhuǎn)矩小于等值基波工頻功率產(chǎn)生的圓盤轉(zhuǎn)矩，h越大、轉(zhuǎn)矩越小、值也越小。

越小，電能計(jì)量才越能真實(shí)反映實(shí)際的電力平衡，即基波功率的平衡；而越大，即越接近于1，電能計(jì)量越不能反映真實(shí)的電力平衡，從而導(dǎo)致供電部門和線性電力用戶受到經(jīng)濟(jì)損失。

第二節(jié)諧波的影響和危害考慮諧波影響產(chǎn)生的誤差時，兩電能表所反映的功率則為線性諧波源第二節(jié)諧波的影響和危害

電子式電能表對諧波功率的響應(yīng)是和對基波功率的響應(yīng)相同的，即。電子式電能表把有害諧波功率和有益的基波功率等量齊觀，所以它在諧波功率計(jì)量上誤差大于感應(yīng)式電能表，該誤差在經(jīng)濟(jì)上有利于非線性用戶而不利于供電部門。第二節(jié)諧波的影響和危害

當(dāng)前電能計(jì)量模式及合理性當(dāng)前主要應(yīng)用的三種計(jì)量模式（1）采用基波電能表只計(jì)量用戶所消耗的基波功率。這種計(jì)量方式對于線性負(fù)荷用戶來講是相對公平的，但是對于非線性用戶來說，這種計(jì)量方式?jīng)]有考慮到非線性負(fù)荷向系統(tǒng)發(fā)出諧波功率對系統(tǒng)造成影響，并且使供電部門承受諧波所造成的損失，不能夠?qū)Ψ蔷€性用戶作出相應(yīng)的處罰，也沒有使吸收部分諧波功率受到諧波影響的線性用戶得到相應(yīng)的補(bǔ)償。第二節(jié)諧波的影響和危害（2）采用頻響較寬的電子式電能表計(jì)量。這種計(jì)量方式將用戶所消耗的基波功率和吸收或發(fā)出諧波功率全部計(jì)入，最后相加得到用戶所消耗的電能。這樣會造成線性負(fù)荷用戶被多計(jì)量電能，非線性負(fù)荷用戶被少計(jì)量所耗電能，造成了計(jì)費(fèi)的不公平，相當(dāng)于鼓勵了對電網(wǎng)造成污染的非線性負(fù)荷用戶。（3）分別使用基波表和諧波表來測量用戶所消耗的基波功率和諧波功率。當(dāng)所得諧波功率為正時，既表明負(fù)荷吸收諧波，所得諧波功率為負(fù)時，表明負(fù)荷發(fā)出諧波，以此為據(jù)來判斷負(fù)荷吸收或發(fā)出的諧波功率，進(jìn)行收費(fèi)獎罰等等。但具體諧波的功率方向大小得不到確定，不能夠判斷負(fù)荷從電網(wǎng)中吸收和向電網(wǎng)中發(fā)出的諧波各是多少，以至于所計(jì)量的電能并不能真正的反映出非線性負(fù)荷對電網(wǎng)所產(chǎn)生的影響。第二節(jié)諧波的影響和危害諧波功率損失

諧波電流在電網(wǎng)中流動會產(chǎn)生有功功率損失，構(gòu)成了電網(wǎng)線損的一部分。諧波源外送的諧波有功功率是從電網(wǎng)吸收的基波有功功率的一部分轉(zhuǎn)化而成的。這些外送的諧波有功功率對電力系統(tǒng)和用戶都是有害無益的。對用戶的電動機(jī)來說，諧波電流注入電動機(jī)時，并不增加其有效的軸功率，而只是增大其附加損耗和附加溫升以及脈動轉(zhuǎn)矩，縮短電機(jī)的壽命。對電力系統(tǒng)則是增大了線損。第二節(jié)諧波的影響和危害例如，總負(fù)荷為300萬kW的電網(wǎng)，若其諧波源負(fù)荷總計(jì)為60萬kW，它們注入電網(wǎng)的有功功率為這些負(fù)荷的0.2%，則其總值達(dá)1200kW，年損失電量達(dá)1051萬kWh。這些損失只是起到增大線損和減小設(shè)備壽命的作用。又如某地區(qū)，由于電氣鐵道注入電網(wǎng)的5次諧波引起諧振，使電氣鐵道注入電網(wǎng)的3次和5次諧波功率合計(jì)（未計(jì)其他諧波的功率）達(dá)190kW，占平均基波負(fù)荷10MW的1.9%，年損失電量達(dá)166萬kWh。第二節(jié)諧波的影響和危害諧波對繼電保護(hù)和自動裝置的影響

在我國是電力系統(tǒng)中，受諧波影響而導(dǎo)致工作失誤或性能劣化的裝置中，以繼電保護(hù)和自動裝置為最多。如由電氣鐵道諧波的影響，特別是在饋供牽引變電所的110kV供電系統(tǒng)中，個別的繼電保護(hù)或自動裝置在一個季度內(nèi)的誤啟動各達(dá)到百次或千次以上，因而發(fā)生的誤跳閘導(dǎo)致大面積停電的事故屢見不鮮。

不論在220kV、330kV和500kV電網(wǎng)中，都發(fā)生過因諧波影響線路保護(hù)或變壓器保護(hù)，使其誤啟動或誤跳閘。例如，諧波引起相差高頻保護(hù)頻繁誤啟動發(fā)信號或誤切線路，行波保護(hù)誤跳閘，零序保護(hù)誤跳變壓器，后備過流保護(hù)誤跳變壓器等。HVDC系統(tǒng)也發(fā)生過諧波引起中性母差保護(hù)誤動和接地保護(hù)誤發(fā)信號。第二節(jié)諧波的影響和危害諧波對換流裝置的影響

對大容量換流裝置：若其容量達(dá)到所接電網(wǎng)短路容量的1/3~1/2或以上時，交流電網(wǎng)電壓畸變可能引起常規(guī)控制角的觸發(fā)脈沖間隔不等，并通過正反饋而放大系統(tǒng)的電壓畸變，使整流器工作不穩(wěn)定，而對逆變器則可能發(fā)生連續(xù)的換相失敗而無法工作。對于控制系統(tǒng)要求檢測出電壓過零點(diǎn)的換流裝置，當(dāng)電源電壓中奇次諧波含有率超過2%~5%，或偶次諧波含有率超過1%~2%時，將使控制系統(tǒng)性能降低。第二節(jié)諧波的影響和危害當(dāng)諧波或瞬態(tài)干擾在電源波形中出現(xiàn)時，過零點(diǎn)的電壓變化率會更快，進(jìn)而變得更難識別，導(dǎo)致非正常運(yùn)行。圖

過零點(diǎn)數(shù)不斷增加的電源電壓示例第二節(jié)諧波的影響和危害

換相式換流器的控制系統(tǒng)需要與電源電壓過零點(diǎn)同步，而在過零點(diǎn)附近的電壓畸變可能會造成半導(dǎo)體設(shè)備控制角不等。隨之而來的是，換流器產(chǎn)生非特征諧波，包括偶次諧波、三的倍數(shù)次諧波、間諧波，特殊情況下還會產(chǎn)生直流分量。在兩個波形進(jìn)行比較的情況下，還可能出現(xiàn)同步誤差。在逆變模式運(yùn)行時，半導(dǎo)體設(shè)備非正常切換到導(dǎo)通狀態(tài)，會造成非常嚴(yán)重的后果。第二節(jié)諧波的影響和危害諧波對計(jì)算機(jī)、家用電器和低壓電器的影響計(jì)算機(jī)和很多家用電器既是小型或微型諧波源，又是受到諧波有害影響的電器，并且有的是對某些形式的諧波影響相當(dāng)敏感的電子器件。1、諧波對計(jì)算機(jī)的影響計(jì)算機(jī)廠家一般規(guī)定計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)允許接受饋電電壓的THDu為3%或5%。惡劣的電能質(zhì)量的具體影響包括：使計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)混亂、指令地址出錯、丟失記憶、程序破壞，還能使計(jì)算機(jī)使用的UPS工作失常。第二節(jié)諧波的影響和危害2、對電腦自動控制的家用電器的影響惡劣的電能質(zhì)量也能破壞微電腦型家用電器的正常工作，甚至損壞電腦。例如，某家屬樓低壓電源在假日低谷負(fù)荷時的基波和諧波綜合電壓達(dá)到1.2倍額定電壓，一臺全自動洗衣機(jī)通電后，很快損壞兩塊電腦插件。3、對電視機(jī)的影響當(dāng)諧波電壓影