波形质量

电力系统术语

波形质量是指电压和电流质量变化偏离理想正弦波形的畸变程度。理想的电压和电流波形是正弦形的.但由于电力系统中大容量整流（或换流）设备以及其他各种非线性负荷的出现，使电压和电流波形发生畸变。畸变波形偏离正弦波的程度、常以正弦波畸变率表示、即各次谐波分量有效值的平方和的平方根值与其基波有效值的百分比。

简介

电压和电流波形的正弦形程度:理想的电压和电流波形是正弦形的.但由于电力系统中大容量整流（或换流）设备以及其他各种非线性负荷的出现，使电压和电流波形发生畸变。畸变波形偏离正弦波的程度、常以正弦波畸变率表示、即各次谐波分量有效值的平方和的平方根值与其基波有效值的百分比。畸变波形的第n次谐波含量为n次谐波分量的有效值与基波有效值的百分比。为了保证各种电气设备的正常运行，必须使电压和电流的正弦波形畸变率限制在允许的范围内。中国现行的SD126-84《电力系统谐波管理暂行规定》中，规定了电力系统电压正弦波形畸变率的极限值.

为了控制电力系统的谐波电压。必须限制每个谐波源注入电力系统的谐波电流。因此，又规定了限制用户非线性用电设备注入电力系统的谐波电流允许值。

谐波源

其形成主要有以下几方面原因。

1.具有铁芯结构的电气设备。电力变压器、静止补偿装置的饱和电抗器等，在暂态过程中或电压偏高时，由于磁饱和的非线性特性引起高次谐波电流注入电力网.使电力网的电压波形发生畸变。对于换流变压器，流过直流分量电流时，直流偏磁增加铁芯的饱和程度。产生高次谐波就更为严重。

2.硅整流器或晶闸管换流装置。它们的电流或电压波形不是正弦的，特别是高压直流输电的换流站、电气机车负荷。以及广泛应用于工业生产的整流设备和变预设备。对系统的电压波形质量都有显著的影响。

3.电弧的非线性特性引起高次谐波。工业电弧炉、电弧焊以及汞弧灯、日光灯等负荷的电弧在复杂燃烧过程中，电弧电阻与通流情况有关(如电流增大，电阻迅速下降)，电弧电阻变化是随机的，它所产生的高次谐波规律十分复杂。

4.电力系统不对称运行或不对称故障时所产生的高次谐波。系统不对称运行时，在同步电机的定子绕组中有负序电流通过，在电机转子中产生偶次谐波而定子侧将会出现一系列的奇次谐波电流。若系统中发生了突然不对称故障，在故障初始阶段，定子绕组中的直流分量电流还将引起一系列的偶次谐波分量。

波形畸变的危害

谐波电流使电力网电压波形发生畸变。会给电气设备及其运行工况带来严重危害。

1.系统中存在谐波分量时，可能产生局部的并联或串联谐振，放大了谐波水平。导致谐波支路中的设备因过电压和过电流而损坏。例如变电所中的并联电容器、电压互感器等设备，有不少是由于谐振而造成损坏的.

2.谐波引起设备的附加损耗，降低使用效率。谐波的存在，对所有电气设备和电力网都会带来附加的摄耗，它对不同的设备引起的损耗的程度是不同的，其中对电容器组的影响最为严重。随着颇率的提高，介质损耗会明显增加。对于输电线路，由于谐波频率高，集肤效应的缘故，使线路电阻增加，因此引起附加的线损。同时指出，变压器、电机等设备都会因谐波电流引起一定的附加铜损和铁损，产生过热或局部过热现象。

3.加速绝缘老化，缩短设备寿命。在频率较高的电场下，绝缘老化物理过程显著加剧，在允许电压畸变率5%的条件下，设备使用两年后，对电容器、电缆等设备危害很大。

4.谐波对电力系统的运行，会导致某些不正确的工作状态:

①在超高压长距离输电线路上，较大的谐波电流会使潜在电弧熄灭延缓，导致单相重合闸失败，扩大事故。在消弧线圈接地系统中较大的谐波分量同样会延迟或阻碍消弧线圈的灭弧作用。

②谐波对不同垫式的继电器有不同程度的影响。在谐波分量较大时。可能使保护装置发生误动或拒动。此外，零序三次谐波电流过大，可能引起接地保护的误动作。

③谐波引起仪表误差和测量误差。常用的感应式电能表是按工频正弦电压波形设汁的，其颇率特性在偏离5MHz时、呈现出负的误差，偏离越远，误差越大。电磁型仪表在高频段误差较大。对于过零枪侧相位的仪表，误差就更大了。

④谐波对通信系统有干扰，如果高次谐波的颇率接近于载波频率，电力系统的载波通信以及远动装置信号的传输就会被干扰。对于与架空电力线路平行敷设的通信线路，通过电磁和静电感应以及传导藕合等途径，也同样地产生干扰，降低传输质量。

此外，谐波分量对晶闸管的触发系统以及控制装置等都会导致误动作。对于一般感应电动机，由于谐波所产生的脉动转矩，会引起电机跳动式的振动。总之，波形的畸变对电力系统运行的影响和危害是很大的。

抑制谐波的措施

为了改善电力系统的运行工况，提高波形质量。在技术经济条件许可的情况下，必须采取抑制系统中谐波的措施。

(1)增大谐波源母线处的相对短路容量，降低系统谐波阻抗。减少母线的谐波电压。

(2)采用交流滤波器，吸收谐波电流。

(3)增加换流装置的脉波数量减少谐波电流的产生.