河南理工大学万方科技学院毕业设计（论文）
随着冶炼工业的发展，当然会更多地使用电弧炉，这是一个重要负荷。运行时，电极和金属碎粒之间会发生频繁断路，而在熔化期间，电源两相短路，一旦熔化金属从电极上落下，电弧熄灭，电源又开路，因此，可以说冶炼过程是频繁的短路－开路－短路的过程，会引起用户端电压波动及白炽灯闪烁，一般电压波动频率0.1Hz～几十Hz，这种谐波是以3次谐波为主。
1.3谐波的危害
谐波对电力系统的污染日益严重,谐波源的注入使电网谐波电流！谐波电压增加,其危害波及全网,对各种电气设备都有不同程度的影响和危害。谐波研究的意义，在于谐波的危害十分严重，主要表现在以下几个方面：
1、影响变压器工作
谐波电流，特别是3次（及其倍数）谐波侵入三角形连接的变压器，会在其绕组中形成环流，使绕组发热。对Ｙ形连接中性线接地系统中，侵入变压器的中性线的3次谐波电流会使中性线发热，增加变压器损耗。谐波使变压器铜耗增大，其中包括电阻损耗、导体中的涡流损耗和导体外部因漏通而引起的杂散损耗。同时也使铁耗增加。另外，三的倍数次零序电流会在三角形接法的绕组内产生环流，这一额外的环流可能会使电流超过额定值。对于带不对称负载的变压器来说，如果负载电流中含有直流分量，会引起变压器磁路饱和，从而大大增加交流励磁电流的谐波分量。 2、影响继电保护及自动装置
以电压或电流量的变化而动作的装置，在基波分量未达到整定动作值时，会与较大的谐波分量叠加，其合成的综合值超过整定值时会使装置误
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动。这些装置中，电磁型或感应型的装置对谐波作用较不敏感（铁芯磁阻的影响），而整流型和晶体管型的装置对谐波的作用非常敏感，即使对短时谐波的作用也很敏感。整流型继电保护装置对谐波电流的敏感性随谐波频率的升高而增加。此时，可以采用在整流回路中装入适当并联电容器滤去谐波，降低谐波的影响。
（1）接于差动回路、零序回路或负序回路的继电器或自动装置，对谐波的作用很敏感，因它所接受的动作电流或电压仅为相电流或电压的一个很小的百分数，即整定的动作值都很小，而它的动作电压和动作电流中的谐波含有率却能达到很高值，故降低了装置的灵敏性，同时还存在如下几个问题：
a．本身即为非线性负荷的变压器所产生的谐波电流构成高压侧和低压侧的差电流。变压器合闸产生的励磁涌流和谐波电流含量能达到很大数值，且在变压器中性点接地时，还会产生很大的零序谐波电流。
b．利用负序滤序器装于负序电路中，其元件参数是按照工频量来选择的，对谐波根本无滤序作用。负序滤序器中的电抗互感器型比阻容型对谐波影响更敏感，因为前者输出电压中的谐波含有率大于输入端的谐波分量与基波负序分量的比例，而后者则不然。负序滤序器的输出，一般经整流回路再加到执行元件上，故输出谐波量在正半周有助增作用，在负半周时却减少。如果谐波源是不平衡负荷，例如电气化铁道，它同时产生较大谐波分量和基波负序分量，如利用负序量启动装置所受到的干扰就更强了。
c．反应“增量”的装置，由于执行元件前接入一个微分电路，它只反应突变量而不反应稳态量，能有效地减小稳态谐波量的影响，但仍会受到暂态和动态谐波（如变压器涌流）的干扰。
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d．整流型方向阻抗继电器的阻抗特性，理想状态下其动作特性曲线是一个圆，但输入电流中谐波含量较大时，其动作曲线将出现凹凸，从而导致动作阻抗值和最大灵敏角发生变化。
e．晶体管方向阻抗继电器中采用了“绝对值比较式”的方向元件和具有“记忆”初始电压的元件，谐波含量及谐波频率仍能影响其动作特性，谐波频率愈高或谐波含量愈大，特性曲线在X轴方向缩短愈多。
f．相差高频保护装置中的比相器把线路两侧电流变换成正负各半周的方波，通过收发讯机产生的载波传送而进行比较，来达到判断该线路本身是否故障。但较大谐波电流含量可能使方波变形，从而导致比相判断失误而引起误动。
g．利用光缆通讯的线路纵差保护装置，由于其比相回路是比较两侧电流通过模数转换后的采样点，并通过相邻的几个点进行计算判断，当电流中谐波电流含量较高时，会引起波形畸变。且由于输电线路本身如同一个隐形电容，故谐波在线路两侧所反应的含量有较大差距，由于其不能真实反应运行状况，比相回路不能正确判断，引起不正确动作。
h．对于自动准同期装置，若谐波电压含有率大幅度超标，会引起装置的合闸误差角超过允许值，从而引起装置乱发调频脉冲或拒发合闸脉冲。
i．集成芯片型周波继电器，由于所用元件抗干性差，虽采用电容等元件滤波，但只针对一部分谐波。当谐波含有率较高，且成分较多时，由于波形的畸变，此时影响其采样值，无法进行正常的判断。 （2）谐波严重影响继电保护和自动装置的几个方面
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电网中运行的继电保护及自动装置在不同之处所受的影响是不同的，有以下几个方面影响到装置的正常运行（特别是前2个方面的条件是必须具备的）：
a.在电气距离上接近大的谐波源；
b.保护装置安装地点具备谐波严重放大或接近于谐波谐振条件。例如安装地点具有并联电容器等。
c．所接回路的装置，其整定的动作值很小。例如接在差流回路、零序电路或负序电路上的装置。
d．装置所选取的元件或动作原理对谐波敏感，例如采用弱电继电器、半波比相判断的方式、过零点检测等等。
e．安装地点的短路容量太小，例如在海上油井平台上，自备机组等； f．有不平衡负荷或涌流的基波负序电流，并且和谐波电流同时发生。如果继电保护装置是按基波负序量整定其整定值大小，此时，若谐波干扰叠加到极低的整定值上，则可能造成继电保护、自动装置工作紊乱。谐波改变继电器的工作特性，这与继电器的设计特点和原理有关。当有谐波畸变时，依靠采样数据或过零工作的数字继电器容易产生误差。谐波对过电流、欠电压、距离、频率继电器等均会引起误动、拒动、保护装置失灵或动作不稳定。 3、增加电容器的损耗
谐波对电容器的危害是通过电效应、热效应和谐振引起谐波电流放大。国内外电网运行经验表明：受谐波影响而导致的电气设备损坏中电容器占有最大比例。谐波的存在往往使电压呈现尖顶波形，最不情况是谐波和基波电压峰值的叠加，峰值电压上升使电容器介质更容易发电。一般来说，电压升高10％，电容器寿命缩短1／2。由于谐波使通过电的电流增
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加，使电容器损耗增加，从而引起电容器发热和温升，加速老化。器温升每上升8℃，寿命缩短1／2。由于电容器的容抗与频率成反比，因谐波电压作用下的容抗要比在基波电压作用下的容抗小得多，从而使谐波电波形畸变比基波电压的波形畸变大得多，即使电压中谐波所占比例不大，也生显著的谐波电流。特别是在发生谐振的情况下，很小的谐波电压就会引起的谐波电流，导致电容器因过流而损害。 4、增加输电线路功耗
如果电网中含有高次谐波电流，那么，高次谐波电流会使输电线路功耗增加。如果输电线是电缆线路，与架空线路相比，电缆线路对地电容要大10～20倍，而感抗仅为其1/3～1/2，所以很容易形成谐波谐振，造成绝缘击穿，增加输电线路的损耗，缩短输电线寿命。谐波电流一方面在输电线路上产生谐波压降，另一方面增加了输电线路上的电流有效值，从而引起附加输电损耗。对于架空线路而言，电晕的产生和电压峰值有关，虽然电压基波未超过规定值，但由于谐波的存在，当谐波电压与基波电压峰值重合时，其电压峰值可能超过允许值而产生电晕，引起电晕，损耗增加。对于电缆输电情况，谐波电压正比于其幅值电压形式增强了介质的电场强度，这会影响电缆的使用寿命。据有关资料介绍，谐波的影响将使电缆的使用寿命平均下降约60％。 5、增加旋转电机的损耗
谐波会在电机的定子绕组、转子回路以及铁芯中产生附加损耗这些附加损耗要比其本身的直流电阻所引起的损耗大电机会产生过热现象，并使电机效率降低。谐波电流还会增加电机的噪声产生脉冲转矩引起谐波振动。国际上一般认为电动机在正常持续运行条件下，电网中负序电压不超
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