正常运行时机端与中性点处的三次谐波电压的特征
（1） 正常运行时机端与中性点处的三次谐波电压的特征。
发电机每相对地电容g C 各一半分接在机端和中性点处。发电机外接元件的每相对地电容t C 接于机端。发电机三次谐波的相电势为3E 。由于正常运行时三相的三次谐波电压的幅值和相位相同，所以在三次谐波等值电路图中机端T 处三相可连在一起，中性点N 处三相本来就连在一起，构成如图1的三相三次谐波等值电路图。各处的电容是单相电容的三倍。发电机的电阻、电抗、电导相对于电纳来说很小，可忽略不计。
N U 3T E N U 3
T E (a) 中中中中中中中中(b) 中中中中中中中中中1中中中中中中中中中中中中中中中中中中
如果中性点无消弧线圈，其三相三次谐波等值电路图如图1（a ）所示。机端和中性点的三次谐波电纳（这里电纳是容抗的倒数）和总电纳分别为：
()
???????????+=+=∑==??? ??+=??? ??+=t g n t g g n t g t g t C C b b b C C b C C C C b 111119292332193233ωωωωω （1-1） 此时机端和中性点的三次谐波电压（机端电压正方向规定机端为正，地点D 为负。中性点电压正方向规定地点D 为正中性点为负。）分别为：
()
?????????+??? ??+=∑=+=∑=t g t g t N t
g g n T C C C C E b j jb E U C C C E b j jb E U 2121333333
（1-2） 从（1-2）式可见机端和中性点的三次谐波电压相位相同，其幅值比为：
1233<+=t
g g N T C C C U U （1-3） 如果发电机并网断路器在机端，发电机并网前0=t C ，此时133=N T U U 。
如果中性点经消弧线圈接地，其三相三次谐波等值电路图如图1（b ）所示。图中L 为消弧线圈的电感值。机端和中性点的三次谐波电纳（这里电纳是容抗和消弧线圈感抗的倒数）和总电纳分别为：
()
???????????-+=+=∑-=??? ??+=??? ??+=L C C b b b L C b C C C C b t g n t g n t g t g t 111111319312332193233ωωωωωω （1-4） 此时机端和中性点的三次谐波电压分别为：
()()
?????????????-+??? ??+=∑=-+-=∑=L C C C C E b j jb E U L C C L C E b j jb E U t g t g t N t g g n T 1113331111
333
31921931931233ωωωωωωω （1-5） 从（1-5）式可见如果考虑到发电机的消弧线圈补偿都是欠补偿的关系，机端和中性点的三次谐波电压相位相同。即使再考虑消弧线圈中有电阻成份，机端和中性点的三次谐波电压相位约在()00400~之间。其幅值比为：
12193123311133
? ??+-=t g g N T C C L C U U ωωω （7-23）
即使考虑发电机并网前0=t C ，此时依然有133 [编辑本段] 谐波失真简介 谐波失真（THD）指原有频率的各种倍频的有害干扰。放大1kHZ的频率信号时会产生2kHZ的2次谐波和3kHZ及许多更高次的谐波，理论上此数值越小，失真度越低。 由于放大器不够理想，输出的信号除了包含放大了的输入成分之外，还新添了一些原信号的2倍、3倍、4倍……甚至更高倍的频率成分（谐波），致使输出波形走样。这种因谐波引起的失真叫做谐波失真。 [编辑本段] 谐波失真解析 总谐波失真指音频信号源通过功率放大器时，由于非线性元件所引起的输出信号比输入信号多出的额外谐波成分。谐波失真是由于系统不是完全线性造成的，我们用新增加总谐波成份的均方根与原来信号有效值的百分比来表示。例如，一个放大器在输出10V的1000Hz时又加上Lv的2000Hz，这时就有1 0％的二次谐波失真。所有附加谐波电平之和称为总谐波失真。一般说来，10 00Hz频率处的总谐波失真最小，因此不少产品均以该频率的失真作为它的指标。但总谐波失真与频率有关，因此美国联邦贸易委员会于1974年规定，总谐波失真必须在20～20000Hz的全音频范围内测出，而且放大器的最大功率必须在负载为8欧扬声器、总谐波失真小于1％条件下测定。国际电工委员会规定的总谐波失真的最低要求为：前级放大器为0.5％，合并放大器小于等于0.7％，但实际上都可做到0.1％以下：FM立体声调谐器小于等于1.5％，实际上可做到0.5％以下；激光唱机更可做到0.01％以下。 由于测量失真度的现行方法是单一的正弦波，不能反映出放大器的全貌。实际的音乐信号是各种速率不同的复合波，其中包括速率转换、瞬态响应等动态指标。故高质量的放大器有时还注明互调失真、瞬态失真、瞬态互调失真等参数。 (l)互调失真(IMD)：将互调失真仪输出的125Hz与lkHz的简谐信号合成波，按4：1的幅值输入到被测量的放大器中，从额定负载上测出互调失真系数。 (2)瞬态失真(TIM)：将方波信号输入到放大器后，其输出波形包络的保持能力来表达。如放大器的转换速率不够，则方波信号即会产生变形，而产生瞬态失真。主要反映在快速的音乐突变信号中，如打击乐器、钢琴、木琴等，如瞬态失真大，则清脆的乐音将变得含混不清。 10kV系统的电压谐波分析 南京供电公司计量中心曹根发 摘要：本文对10kV小电流接地系统的电压谐波，由于10kV电压互感器中 性点的消谐电阻，及接地变一侧的灭弧线圈等原因，而造成的错误测试结果，进行了分析，并针对这种现象提出改进的测试方法。 1.前言 由于生产发展的需要和国家电力总公司及江苏省公司的要求，我市公司对所辖范围内的电网，配网电能质量，（电压谐波占有率）进行了一次普测、普查。 由于10kV配网系统采用了小电流接地的运行方式，10KV配网的电压互感器接线方式如图1所示。在PT的一次侧中性点到地串接一只电阻，称消谐电阻。此电阻一般由氧化锌阀片构成，在正常运行方式下，无电流通过此电阻。一次侧中心点与地等电位。近似与Y/Y型接法。而主变接线方式则是Y/Δ型接法。所以在10kV母线上并一只接地变，采用Y/Y型接法。在变一侧中心点串一只电抗器，俗称灭弧线圈。在10kV系统形成中心点接地的运行方式。 国标规定电压失谐率是相电压的谐波百分比含量做为判别限值的标准。从而规范了测试信号是相电压，与之相应的测试设备的接线方式是“Y”型接法。若取线电压为取样信号。测试设备需按“△”接法，结果将造成取样信号中的3n次谐波被抵消，抵消量大小，与3n次谐波电压与同相的基波电压相位及相电压的不平衡度有关。 在普查进程中，我们发现有6座110kV变电站中的9条10kV母线严重超标。共同特征是3次电压畸变率是造成超标的最主要因素。其余各次谐波含量不大。且占比例极低。同时所有电压谐波超标的10kV母线，电压三相不平衡度也接近或超过国标值。（国标Σu <2%） 切除变电站10kV侧的补偿电容器组，仅五次谐波有所下降，三次谐波下降量不大总畸变率仍居高不下。在10kV电源侧110KV测得，3次电压谐波仅有1%左右。而在这9条母线供电范围内，并无大型工矿企业，和大型非线性生产用户。 利用三次谐波电压构成的100%发电机定子接地保护的工作原理？ 由于发电机气隙磁通密度的非正旋分布和铁芯饱和的影响，其定子中的感应电动势除基波外，还含有三、五、七次等高次谐波。因为三次谐波具有零序分量的性质，在线电动势中它们虽然不存在，但在相电动势中亦然存在，设以E3表示之。 为便于分析，假定： （1）把发电机每相绕组对地电容CG分成相等的两部分，每部CG/2分等效地分别集中在发电机的中性点N和机端S。 （2）将发电机端部引出线、升压变压器、厂用变压器以及电压互感器等设备的每相对地电容CS 也等效的集中放在机端。 根据理论分析，在上述加设条件下，可得出下列结论： （1）当发电机中性点绝缘时，发电机在正常运行情况下，机端S和中性点N处三次谐波电压之比为 US3/UN3=CG/(CG+2CS)＜1 （2）当发电机中性点经消弧线圈接地时，若基波电容电流被完全补偿，发电机在正常运行情况下，机端S和中性点N处三次谐波电压之比为 US3/UN3=(7CG-2CS)/9(CG+2CS)＜1 （3）不论发电机中性点是否接有消弧线圈，当在距发电机中性点α（中性点到故障点的匝数占每相分支总匝数的百分比）处发生定子绕组金属性单相接地时，中性点N和机端S处的三次处的三次谐波电压恒为 UN3=αE3 US3=(1-α)E3 如图所示： 从上图中可以看出，UN3=f(α)、US3=f(α)皆为线性关系，它们相交于α＝0.5处；当发电机中性点接地时，α＝0，UN3=0，US3=E3； 当机端接地时，α=1,UN3=E3，US3=0； 当α＜O.5时，恒有US3＞UN3； 当α＞O.5时，恒有 UN3＞US3。 综上所述，用US3作为动作量，UN3作为制动量构成发电机定子绕组单相接地保护，且当US3＞ 9、变压器联结方式对三次谐波电压和电流的影响 本章的目的，首先是阐述对称三相系统三次谐波电压和电流的基本原理，其二是表明变压器三次谐波的起因，第三是归纳整理事实并列表予以阐述；最后是表明三次谐波的不利影响。 一般情况下，在任何新的理论公布之后，常常不同程度的难以被人们接受，本节将较为详细的论述，以便于读者接受。 本节的分析仅限于对三相双绕组变压器的分析。只要明白了三相双绕组变压器的基本原理，三相自耦变压器则很容易分析了。 9．1、对称三相系统的三次谐波原理 三相系统有两种基本的联结方式，其三次谐波电压和电流的表现方式明显不同，因此需要单独考虑。 1、星形 在任何星形联结的系统中，有一条基本规律，即任意瞬间流入和流出公共接点或中性点的电流之和均为零。 在对称三相系统，在基波频率下，三线呈星形联结的系统，每相电流和电压相位差是120°。在任意瞬间，最大负载相中的瞬时电流等于其他两相的电流之和，但方向与其相反，在基波频率下，整个周期均保持这种平衡。然而，三次谐波频率，每个相位的电流相位差是3x120°=360°，在同一瞬间，每相电流互相同相，但电流方向相同。因此，星形联结变压器的电流之和不等于零，在对称三相、三线制星形联结系统中，不存在三次谐波电流。 然而，如果以这种方式从中性点引出中性线，该引出线可使变压器每相形成独立的回路(即使中性线为各相公用)，这样可使基波频率的三倍电流在每相绕组和从中性点引线构成的回路中循环。第四条线路起到疏导三次谐波电流维持系统电流平衡的作用，当然它不影响基波频率电流，因为基波频率电流始终是平衡的。 另一方面，对称三相、三线制星形联结系统的每个相位都可存在三次谐波电压，即电压为每条线路的对地电压（中性点不接地或中性点接），但是却不存在线电压。由于在每个相位的谐波电压互相同相，因此，仅仅存在一个三次谐波相量，而星形联结的中性点位于这一相量的末端。这样，中性点的电位并不为零，但是三次谐波电压却在零点附近波动。图139说明了这种状态，图中还表明所论及的线电压如何抵消三次谐波对地电压，使线路端子电压免受三次谐波电压的影响。 以这种方式从中性点引出中性线时，是为三次谐波电流提供了流通路径，它迫使电路周围的电流抵消线对中性点的三次谐波电压。因此，根据有三次谐波电流通过的电路特点可以看出，三次谐波电压可以被全部抑制或部分被抵消。 2、三角形 在任何三角形联结系统中，三角形内的总基波电压为零。即在基波频率下，相位差为360°/m(m为相位数)的电压相量和构成一个封闭的等边三角形。 在对称三相三角形联结系统中，每相出现的三次谐波电压相位差为：因此它们互相同相，并且在封闭的三角形电路中相当于三次谐波频率的单相电压。然而，实际上，在封闭的三角形系统，并不存在这种电压，所以三角形联结的线路中并没有出现三次谐波电流，三次谐波电压受到抑制。 三次谐波电流主要来自于单相整流电路。 图示的是一个典型的单相整流电路，电路中的电容是平滑电容，大部分整流电路中都包含这个电容，否则直流电压的纹波很大。这个电容是导致三次谐波电流的主要原因。 熟悉电路的人都知道，平滑电容的电压被充电到交流电的峰值后，就维持在交流电峰值附近。当交流电的电压低于电容上的电压时，电网上没有电流流入负载。这时，负载的电流由电容供给，随着输出电流，电容的电压开始降低，在某个时刻，交流电的电压会高于电容上的电压，这时，电网上才会有电流流入电容(给电容充电，使电容上的电压升高)和负载中。因此，电网仅在接近电压峰值的时刻向负载输入电流，电流的形状为脉冲状。 通过付立叶分析可知，这种脉冲状的波形包含丰富的三次谐波成分。 脉冲状的电流中包含了高次谐波成分，3次谐波电流最大。传统负荷与现代符合的重要区别是，传统负荷大部分是线性负荷，现代负荷大部分是非线性负荷： 1.通信设备、ＵＰＳ电源 2.电脑为代表的信息设备、办公自动化设备 3.大型医疗设备 4.电视机为代表的家用电器，特别是变频空调、电磁炉等 5.节能灯、调光灯等照明设备 6.大尺寸的ＬＥＤ屏幕 电视机和计算机电流波形 调光灯和节能灯电流波形 电视机和计算机的电流为很窄的脉冲波，这是很典型的单相整流电路的电流波形，实际上，任何使用开关电源作为直流电源的设备都。会产生这种电流的波形。这是三次谐波电流的主要来源。 目前大量使用的大尺寸LED屏幕，采用很多开关电源并联供电，因此LED 屏幕产生的3次谐波电流很大。 节能灯也是目前常见的负载，他的电流也是脉冲状的。实际上，现代建筑物中，节能灯导致的三次谐波电流已经成为主要的危害。 三次谐波引起跳闸 常识告诉我们，电流的持续时间短了，要保持一定的有效值，就必须具有更高的峰值。 LED电源总谐波失真（THD）分析及对策 1.总谐波失真 THD 与功率因数 PF 的关系 市面上很多的 LED 驱动电源，其输入电路采用简单的桥式整流器和电解电容器的整流滤波电路，见图 1. 图1 该电路只有在输入交流电压的峰值附近，整流二极管才出现导通，因此其导通角θ比较小，大约为 60°左右，致使输入电流波形为尖状脉冲，脉宽约为 3ms,是半个周期（10ms）的 1/3.输入电压及电流波形如图 2 所示。由此可见，造成 LED 电源输入电流畸变的根本原因是使用了直流滤波电解电容器的容性负载所致。 图2 对于 LED 驱动电源输入电流产生畸变的非正弦波，须用傅里叶（Fourier）级数描 述。根据傅里叶变换原理，瞬时输入电流可表为： 式中，n 是谐波次数，傅里叶系数 an 和 bn 分别表为： 每一个电流谐波，通常会有一个正弦或余弦周期，n 次谐波电流有效值 In 可用下式计算： 输入总电流有效值 上式根号中，I1 为基波电流有效值，其余的 I2,3,分别代表 2,3,… n 次谐波电流有效值。用基波电流百分比表示的电流总谐波含量叫总谐波失真（THD） ,总谐波含量反映了波形的畸变特性，因此也叫总谐波畸变率。定义为 根据功率因数 PF 的定义，功率因数 PF 是指交流输入的有功功率 P 与输入视在功率 S 之比值，即 其中，为输入电源电压； U cosΦ1 叫相移因数，它反映了基波电流 i1 与电压 u 的相位关系，Φ1 是基波相移角；输入基波电流有效值 I1 与输入总电流有效值Irms 的百分比即 K=I1 / Irms 叫输入电流失真系数。上式表明，在 LED 驱动电源等非线性的开关电源电路中，功率因数 PF 不仅与基波电流 i1 电压 u 之间的相位有关，而且还与输入电流失真系数 K 有关。将式（6）代入式（7） ,则功率因数 PF 与总谐波失真 THD 有如下关系： 上式说明，在相移因数 cosΦ1 不变时，降低总谐波失真 THD,可以提高功率因数 PF;反之也能说明， PF 越高则 THD 越小。例如，通过计算，当相移角Φ1=0 时，THD=30% @ PF=0.9578;THD=10% @ PF=0.9950. 2.谐波测量与分析 为了很好地分析如图 1 所示的 LED 驱动电源的谐波含量，介绍一种使用示波器测量输入电流的方法。先在电源输入回路串接一个 10-20W 或以上的大功率电阻如 R=10 OHM,通电后测量大功率电阻上两端的电压波形，由于纯功率电阻上两端的电压与电流始终是同相位，因此电阻上的脉冲电压波形亦即代表了输入电流的脉冲波形，但数值大小不同。由波形显示可知，其脉冲电流 i（t）与图 2 的电流波形是一致的，见图3. 图3 此电流脉冲波近似于余弦脉冲波，因此可用余弦脉冲函数表为： 由于发电机气隙磁通密度的非正旋分布和铁芯饱和的影响，其定子中的感应电动势除基波外，还含有三、五、七次等高次谐波。因为三次谐波具有零序分量的性质，在线电动势中它们虽然不存在，但在相电动势中亦然存在，设以E3表示之。 为便于分析，假定： （1）把发电机每相绕组对地电容CG分成相等的两部分，每部CG/2分等效地分别集中在发电机的中性点N和机端S。 （2）将发电机端部引出线、升压变压器、厂用变压器以及电压互感器等设备的每相对地电容CS也等效的集中放在机端。 根据理论分析，在上述加设条件下，可得出下列结论： （1）当发电机中性点绝缘时，发电机在正常运行情况下，机端S和中性点N处三次谐波电压之比为 US3/UN3=CG/(CG+2CS)＜1 （2）当发电机中性点经消弧线圈接地时，若基波电容电流被完全补偿，发电机在正常运行情况下，机端S和中性点N处三次谐波电压之比为 US3/UN3=(7CG-2CS)/9(CG+2CS)＜1 （3）不论发电机中性点是否接有消弧线圈，当在距发电机中性点α（中性点到故障点的匝数占每相分支总匝数的百分比）处发生定子绕组金属性单相接地时，中性点N和机端S处的三次处的三次谐波电压恒为 UN3=αE3US3=(1-α)E3 如图所示： 从上图中可以看出，UN3=f(α)、US3=f(α)皆为线性关系，它们相交于α＝0.5处；当发电机中性点接地时，α＝0，UN3=0，US3=E3；当机端接地时，α=1,UN3=E3，US 3=0；当α＜O.5时，恒有US3＞UN3；当α＞O.5时，恒有UN3＞US3。 综上所述，用US3作为动作量，UN3作为制动量构成发电机定子绕组单相接地保护，且当US3＞UN3时保护动作，则在发电机正常运行时保护不会误动，而在发电机中性点附近发生接地时，保护具有很高的灵敏度。用这种原理构成的发电机定子绕组单相接地保护，可以保护定子绕组中性点及其附近范围内的接地故障，对其余范围则可用反应基波零序电压的保护，从而构成了100%发电机定子绕组接地保护。 三次谐波的主要表现及防治方式 相线与中性线之间的非线性负荷产生三次谐波电流，并在中性线进行叠加。由于三次谐波及其倍数次谐波呈零序特征，因此中性线上的三次谐波电流是三相中三次谐波电流的代数和，会引起过载风险使所有的谐波电流造成电流和电压畸变，还形成150的电磁场，对其周围的电子控制、保护及通信设备和系统产生干扰，主要表现为： （1）因为三次谐波的零序性，低压母线上的三次谐波电压主要与中性线的三次谐波电流有关； ①当变压器接法为时，零序性的三次谐波电流将成为励磁电流，在此零序励磁电抗上产生较大的压降，即三次谐波电压，很容易造成低压母线上的电压总畸变率超标； ②当变压器接法为△－0时，侧的变压器绕组形成三次谐波电流流通的回路，该回路阻抗为变压器漏抗，远较零序励磁阻抗小为20倍左右，从而不会在低压母线产生很大的三次谐波电压。 （2）如果低压三相的三次谐波电流不平衡，则存在正序和负序的三次谐波分量： ①如果配电变压器为接线，低压侧正序和负序的三次谐波电流会在高压侧绕组感应出三次谐波电压，对高压侧产生影响； ②如果配电变压器为△－11接线，低压侧正序和负序的三次谐波电流在高压侧绕组感应出的三次谐波电流在△绕组形成环流，对高压侧产生的三次谐波影响要比变压器为接线时小，但增加了变压器高压绕组的损耗。 （3）由于中性线中三相负荷不平衡引起的工频电流和三次谐波电流的叠加有可能大于相电流，当三相的三次谐波平衡时，由于接线的变压器铁芯中零序的三次谐波无通路，磁通只能经铁心、空气和外壳等构成回路，产生附加损耗和局部过热；而在接线中，△绕组为三次谐波电流提供通路，它所产生的三次谐波磁通将抵消铁芯中的原三次谐波磁通，从而使铁心中的合成磁通基本上呈正弦波，减少了附加损耗，但谐波电流的存在使因子因谐波发热而降低变压器输送能力，正常值为1．0和电流波峰系数增大，造成供电变压器的利用率下降或过载； 三次谐波 在物理学和电类学科中都有三次谐波的概念 f(t)=∑(k=0,n)cos(kwt+ak) 任何一个波函数都可以进行傅里叶分解如上的形式当k=0时的分量f(t)=cos(a0)成为基波分量以此类推当k=3时 f(t)=cos(3wt+a3)称为三次谐波 三次谐波污染主要存在于低压配电网中，以建筑系统最为严重。其对电网的危害主要有：功率损耗增加、设备寿命缩短、接地保护功能失常、遥控功能失常、电网过热等；对配电站会造成电子器件误动作、电容器损坏、附加磁场、中性线过载和电缆着火。文章主要介绍了消除三次谐波的各种方法及性能比较。关键词三次谐波滤波滤波器 1 三次谐波源 在电力系统中，正常供电频率是50HZ，所谓“三次谐波”，就是在50HZ的电路中，夹杂有150HZ的交流正弦波，这个150HZ的交流正弦波由于是50HZ的三倍，于是称之为三次谐波。 输电及配电系统规定：在频率恒定情况下，电压和电流均以正弦波波形运行。然而在非线性负荷接入系统时，产生的附加的谐波电流会引起电流和电压畸变。产生三次谐波的非线性单相负荷主要有（不考虑暂态及非正常工作状态）： （1）荧光灯、节能灯及其镇流器； ①市场调查表明，目前国内市场绝大多数的荧光灯电子镇流器三次谐波电流含量高达80%～90%； ②高档的电子镇流器三次谐波电流含量分三种标准：标准：其谐波电流含量<37%；标准：其谐波电流含量<30%；带灯丝预热控制的 电子镇流器其谐波电流含量<10%。市场上的商品实际上达不到标准要求； ③节能型电感镇流器标准规定<20%，其中三次谐波电流含量占主要成分。 （2）电弧焊接设备（电弧的非线性类负荷）； （3）计算机开关型电源及显示器（大型显示屏幕）； （4）彩色电视机及监视器，如证券公司、体育场馆、商业中心和新闻中心的电视墙的显示幕墙。普通型彩色电视机可达127%，三次谐波电流含量高达90%；（5）晶闸管调压电源（如加热器、调光器、电化学电源等）； （6）晶闸管调功电源（如加热器、电化学电源等）； （7）整流电源（如电器的工作电源、充电器、直流传动及电化学电源等）；（8）开关型稳压电源及； （9）变频器 ①变频的家用电器，如空调、洗衣机、风机、泵、微波炉； ②工业及建筑用的调速电动机； ③中频电源。 2 三次谐波的影响 各次谐波在电路中的作用是不相同的，谐波的叠加与相序有关。同一电路中的某些谐波相互作用时，会相互减弱或相互抵消。但在更多的场合往往相互叠加，使波形发生明显的畸变。只有3次谐波出现时，波形才1所示（忽略，详见本期杂志）； 相线与中性线之间的非线性负荷产生三次谐波电流，并在中性线进行叠加。由于三次谐波及其倍数次谐波呈零序特征，因此中性线上的三次谐波电流是三相中三 10kV系统的电压谐波分析 摘要：本文对10kV小电流接地系统的电压谐波，由于10kV电压互感器中性点的消谐电阻，及接地变一侧的灭弧线圈等原因，而造成的错误测试结果，进行了分析，并针对这种现象提出改进的测试方法。 1、前言 由于生产发展的需要和国家电力总公司及江苏省公司的要求，我市公司对所辖范围内的电网，配网电能质量，（电压谐波占有率）进行了一次普测、普查。 由于10kV配网系统采用了小电流接地的运行方式，10kV配网的电压互感器接线方式如图1所示。在PT的一次侧中性点到地串接一只电阻，称消谐电阻。此电阻一般由氧化锌阀片构成，在正常运行方式下，无电流通过此电阻。一次侧中心点与地等电位。近似与Y/Y 型接法。而主变接线方式则是Y/Δ型接法。所以在10kV母线上并一只接地变，采用Y/Y 型接法。在变一侧中心点串一只电抗器，俗称灭弧线圈。在10kV系统形成中心点接地的运行方式。 国标规定电压失谐率是相电压的谐波百分比含量做为判别限值的标准。从而规范了测试信号是相电压，与之相应的测试设备的接线方式是“Y”型接法。若取线电压为取样信号。测试设备需按“△”接法，结果将造成取样信号中的3n次谐波被抵消，抵消量大小，与3n 次谐波电压与同相的基波电压相位及相电压的不平衡度有关。 在普查进程中，我们发现有6座110kV变电站中的9条10kV母线严重超标。共同特征是3次电压畸变率是造成超标的最主要因素。其余各次谐波含量不大。且占比例极低。同时所有电压谐波超标的10kV母线，电压三相不平衡度也接近或超过国标值。（国标Σu <2%）切除变电站10kV侧的补偿电容器组，仅五次谐波有所下降，三次谐波下降量不大总畸变率仍居高不下。在10kV电源侧110kV测得，3次电压谐波仅有1%左右。而在这9条母线供电范围内，并无大型工矿企业，和大型非线性生产用户。基本负荷是大型商场、高层写字楼及居民小区。仅照明、家用电器、电梯，难以形成如此高的仅以三次谐波为主要因素的电压畸变特征。 现场使用测试设备，经校验完全符合国标规定要求，同时也达到制造厂的技术规定。为搞清这9条10kV母线电压谐波严重超标的真正原应所在，我们运用了理论分析，现场测试二种方法。 2、理论分析 2.1谐波电流换算谐波电压法 对称三相电路中的高次谐波 对称三相电路中的高次谐波 在实际的电力系统中，三相发电机产生的电压往往不是理想的正弦波。电网中变压器等设备由于磁路的非线性，其励磁电流往往是非正弦周期波形，包含有高次谐波分量。因此在三相对称电路中，电网电压与电流都可能产生非正弦波形，即存在高次谐波。下面分析对称三相电路中（电路负载为三相对称线性负载，电源为三相对称电动势）高次谐波情况。非正弦三相对称电动势各相的变化规律相似，但在时间上依次相差三分之一周期，取 A 相为参考起点，则三相电动势为：（6-3-1 ） 由于各相电动势为非正弦周期量，可把它们展开为傅里叶级数。一般情况下，发电机的三相电动势均为奇谐波函数，只包含奇次谐波分量。对于各相展开式有：即： 同理有： 由上述三相电势表达式可见，基波、7 次谐波分量各相振幅 相等，相位差各为，相序变化依次为 A - B-C-A，因此构成正序对称三相系统。可推得次谐波分量都组成正序对称三相系统。 各相中5 次谐波分量振幅相等，相位各差，但相序变化次序为A - C - B - A，故构成对称三相负序系统。可推得次谐波均组成负序系统。 各相中三次谐波分量振幅相等、相位相同，这样的三相系统称为对称零序三相系统。可知次谐波均构成零序系统。这样三相非正弦周期对称电动势中的各个同频率分量可分成正序，负序和零序三个不同的系统。 下面分析对称非正弦三相电路的求解方法，先来看在Y －Y 无中线连接方式时相电压与线电压的关系。如果电源相电压中含有高次谐波，由于线电压为二个相电压之差，如，由前面各相展开式不难看出，对于正序和负序系统的各次谐波分量，其线电压有效值是对应相电压分量有效值的倍，而对于零序分量，由于其幅值相等相位相同，在线电压中将不包含这些谐波分量。因此对于电源相电压有效值有： 而线电压有效值为： 对于Y －Y 有中线系统，如图6-3-1 所示电路，在基波分量激励时，电路的计算方法已在第四章对称三相正弦电路中作过详细讨论，由于中性点电位，计算时可采用单相图求得 A 相电压电流值，然后直接写出B 、C 相的电压电流值。此时中线电流为零。同理凡是正序系统的各次谐波，均可用这种方法计算。 序电压异常升高的原因 分析 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8- 零序电压异常升高的原因分析 国电九江发电厂检修部电气分部 龚笔华阳跃永 摘要：在电力系统接地故障中，零序电压会有一定升高，因此，在故障判断中，通常把零序电压作为一个重要的依据。但是，零序电压的升高有时并不是由于系统接地故障引起的。笔者以我厂发生的两个实例加以分析，与大家共同探讨。 关键词：零序电压异常升高 一、前言： 电力系统反措对电压二次回路有严格要求，本人就所经历的”反措”执行不彻底，所带来的电压二次回路异常的现象与大家一起探讨。 二、故障现象： 2011年7月6日，我厂220KV母差A、 B套均发“电压动作”信号（母差型号为南瑞BP-2B型），各条线路保护及发变组保护均运行正常，无异常信号。 在母差保护打印故障记录，220KV III母零序电压，屏后测得III母A、B、C相对地电压均为，零序电压为；调取线路故障录波器录波图，220KV III 母A、B、C相对地电压均正常，二次零序电压升高。在220KV III母就地端子箱测得电压数据与上述一致，端子接线紧固。 这种现象曾经频繁出现，出现时：零序电压呈正弦波，且波形平稳，持续时间长，最长达到4小时，之后自动消除。经调查该现象出现时，系统无冲击，厂内220KV系统无操作。 220KV母差采用了220KV电压互感器开口零序电压，母差零序电压整定值为10V. 对于母差及失灵保护，零序电压动作，使得电压开放，闭锁解除，加大了母差及失灵保护误动的可能性。对220KV系统的威胁是相当大的。 三、故障分析： 220KV为双母带旁路接线方式（III母、IV母带旁母），当时，220KV III 母与IV母并列运行， III母与IV母PT正常投入运行。 220KV母线PT采用TPY-220电容型电压互感器，变比为220 /√3/100/√3/100/√3/100/√3,第一组绕组为测量组,第二组为保护组,第三组用在开口三角形。 为了找到III母二次零序电压升高的原因，将调取故障录波器中母线二次电压的波形图记录如下。 三次谐波 一、定义 三次谐波是指信号中所含有的频率为基波的三倍倍的电量。 在物理学和电类学科中都有三次谐波的概念，任何一个波函数都可以进行傅里叶分解f(t)=∑(k=0,n)cos(kwt+ak)，当k=3时f(t)=cos(3wt+a3)称为三次谐波。 二、危害 1、因为三次谐波的零序性，低压母线上的三次谐波电压主要与中性线的三次谐波电流有关。 ?当变压器接法为时，零序性的三次谐波电流将成为励磁电流，在此零序励磁电抗上产生较大的压降，即三次谐波电压，很容易造成低压母线上的电压总畸变率超标； ?当变压器接法为△－0时，侧的变压器绕组形成三次谐波电流流通的回路，该回路阻抗为变压器漏抗，远较零序励磁阻抗小为20倍左右，从而不会在低压母线产生很大的三次谐波电压。 2、如果低压三相的三次谐波电流不平衡，则存在正序和负序的三次谐波分量。 ?如果配电变压器为接线，低压侧正序和负序的三次谐波电流会在高压侧绕组感应出三次谐波电压，对高压侧产生影响； ?如果配电变压器为△－11接线，低压侧正序和负序的三次谐波电流在高压侧绕组感应出的三次谐波电流在△绕组形成环流，对高压侧产生的三次谐波影响要比变压器为接线时小，但增加了变压器高压绕组的损耗。 3、由于中性线中三相负荷不平衡引起的工频电流和三次谐波电流的叠加有可能大于相电流，当三相的三次谐波平衡时，由于接线的变压器铁芯中零序的三次谐波无通路，磁通只能经铁心、空气和外壳等构成回路，产生附加损耗和局部过热。而在接线中，△绕组为三次谐波电流提供通路，它所产生的三次谐波磁通将抵消铁芯中的原三次谐波磁通，从而使铁心中的合成磁通基本上呈正弦波，减少了附加损耗，但谐波电流的存在使因子因谐波发热而降低变压器输送能力，正常值为1.0和电流波峰系数增大，造成供电变压器的利用率下降或过载； 4、由于中性线中电流过大，使配电系统中性线的电缆、导线出现过负荷引起绝缘老化加速，增加了火灾隐患。主要原因有： 国内普遍选取中性线导体的截面积是相线的50%； ?已运行的许多按老标准设计制造的电缆中，中性线导体的截面积是相线的33%； 中图分类号!"#$%&文献标识码!’文章编号!&((&)%*+*,-((%.($)(&(%)($对/三次谐波检测法0的错误的辨正 收稿日期!-((%1(+1-* 陆永平2杨贵杰 ,哈尔滨工业大学2哈尔滨&3(((&. 编者按!陆永平老师是国内微电机专业资深教授24微电机5杂志编委6他在审查无刷直流电机稿件时2发现有文章的错误和内容与4微电机5-((-年第3期的/无刷直流电机驱动控制的三次谐波检测法0一文雷同6之后2国内多所高等院校的师生相继撰写了类似的文章2并被规范为/三次谐波检测法02在相关专业期刊上陆续发表6文章的错误都是抄自参考文献7898#:;<=;>8?@A=;C=@F:O<;>P=A 三次谐波的主要表现及防治方法目前，电网中谐波干扰大量涌现，谐波问题日趋复杂，因此谐波治理课题也越来越受到研究者的重相线与中性线之间的非线性负荷产生三次谐波电流，并在中性线进行叠加。由于三次谐波及其倍数次谐波呈零序特征，因此中性线上的三次谐波电流是三相中三次谐波电流的代数和，会引起过载风险使所有的谐波电流造成电流和电压畸变，还形成150的电磁场，对其周围的电子控制、保护及通信设备和系统产生干扰。 主要表现为： （1）因为三次谐波的零序性，低压母线上的三次谐波电压主要与中性线的三次谐波电流有关； ①当变压器接法为时，零序性的三次谐波电流将成为励磁电流，在此零序励磁电抗上产生较大的压降，即三次谐波电压，很容易造成低压母线上的电压总畸变率超标； ②当变压器接法为△－0时，侧的变压器绕组形成三次谐波电流流通的回路，该回路阻抗为变压器漏抗，远较零序励磁阻抗小为20倍左右，从而不会在低压母线产生很大的三次谐波电压。 （2）如果低压三相的三次谐波电流不平衡，则存在正序和负序的三次谐波分量： ①如果配电变压器为接线，低压侧正序和负序的三次谐波电流会在高压侧绕组感应出三次谐波电压，对高压侧产生影响； ②如果配电变压器为△－11接线，低压侧正序和负序的三次 谐波电流在高压侧绕组感应出的三次谐波电流在△绕组形成环流，对高压侧产生的三次谐波影响要比变压器为接线时小，但增加了变压器高压绕组的损耗。 （3）由于中性线中三相负荷不平衡引起的工频电流和三次谐波电流的叠加有可能大于相电流，当三相的三次谐波平衡时，由于接线的变压器铁芯中零序的三次谐波无通路，磁通只能经铁心、空气和外壳等构成回路，产生附加损耗和局部过热；而在接线中，△绕组为三次谐波电流提供通路，它所产生的三次谐波磁通将抵消铁芯中的原三次谐波磁通，从而使铁心中的合成磁通基本上呈正弦波，减少了附加损耗，但谐波电流的存在使因子因谐波发热而降低变压器输送能力，正常值为1．0和电流波峰系数增大，造成供电变压器的利用率下降或过载。 （4）由于中性线中电流过大，使配电系统中性线的电缆、导线出现过负荷引起绝缘老化加速，增加了火灾隐患。主要原因有： ①国内普遍选取中性线导体的截面积是相线的50%； ②已运行的许多按老标准设计制造的电缆中，中性线导体的截面积是相线的33%； ③已运行的许多按新标准设计制造的电缆中，中性线导体的截面积是相线的50%； ④中性线与相线导体选取相同截面积，无论工程设计、材料制造、安装、投入使用所占的比例都很小。 （5）由于电流和电压畸变，增加了供电系统中其他设备和材料 1、对于3次谐波电流可以采取哪些办法控制? 答：由于3次谐波的危害很大，人们想了很多办法来控制它。目前常用的方法如表5-1所示： 表5-1：控制谐波电流的方法 方法 安装方式 优点 缺点 有源滤波器 并联 能够滤除各次谐波电流 仅对安装位置上游的线路有效果 价格较高 要解决3次谐波电流导致的所有问题， 需要在下游配电箱处安装 单相滤波器 串联在设备的电源输入端 能够解决3次谐波导致的各种问题 仅能安装在单相整流设备的电源输入端 零线谐波阻断器 串联安装在零线上 能解决安装位置下游的所有谐波电流问题 电压畸变较大，负载对电压畸变率的要求较高时慎用 曲折变压器 并联安装 能够解决3次谐波导致的各种问题 体积大，损耗大，制作精度要求高，设计难度大 综合各方面的因素，我们推荐有源滤波器和零线谐波电流阻断器两种方法。 对于普通的场合，我们推荐零线谐波电流阻断器的方法。这种方法实施简单，性价比高。 2、为什么传统的陷波电路型滤波器不适用于现代建筑中的3次谐波电流控制? 答：因为传统的陷波电路型滤波器会产生较大的容性无功功率，而单相整流电路并不需要这些容性无功功率。 传统的3次谐波滤波电路如图6-1所示，它对3次谐波电流形成很低的阻抗，从而防止3次谐波电流进入配电系统，对配电系统起到保护作用。 图6-1 陷波电路型的3次谐波滤波器 但是这种电路中的电容较大，会发出较大的容性无功功率。过去，人们很欢迎这种电路，因为过去的负荷大部分是感性负荷，他们需要补偿容性无功。而这种电路在滤波的同时能够补偿容性无功。但是现在，这是一个缺点，因为过大的容性无功会导致系统不稳定。 3、什么是有源滤波器? 答：顾名思义，有源滤波器本身就是一个谐波源。有源滤波器并联安装在线路上，向供电线路上注入与谐波源产生的谐波电流大小相当，但是相位相反的谐波电流，使两者相互抵消，如图7-1所示。 图7-1 有源谐波滤波器的原理 读者需要注意的是：有源滤波器仅能够保证安装位置上游的谐波电流达到预定控制目标，对于下游的谐波电流没有任何控制效果。 4、怎样正确使用有源滤波器控制建筑物中的3次谐波电流? 答：要正确使用有源滤波器解决3次谐波电流导致的各种问题，必须牢记有源滤波器“仅能控制上游线路的谐波电流”这个特性。 掌握了这个特性，就能够根据要达到的目标确定有源滤波器的安装位置了。请读者记住下面的原则： 有源滤波器要安装在有故障现象的线路的下游。 为了读者便于理解上面的描述，一些典型的安装位置列于图8-1中，各个安装位置的效果如表8-1所示。 请读者思考一下：在图8-1所示的安装位置中，都不能解决分配电柜跳闸的问题。要解决分配电柜跳闸的问题，应该将有源滤波器安装在哪里? （1） 正常运行时机端与中性点处的三次谐波电压的特征。 发电机每相对地电容g C 各一半分接在机端和中性点处。发电机外接元件的每相对地电容t C 接于机端。发电机三次谐波的相电势为3E 。由于正常运行时三相的三次谐波电压的幅值和相位相同，所以在三次谐波等值电路图中机端T 处三相可连在一起，中性点N 处三相本来就连在一起，构成如图1的三相三次谐波等值电路图。各处的电容是单相电容的三倍。发电机的电阻、电抗、电导相对于电纳来说很小，可忽略不计。 N U 3T E N U 3 T E (a) 中中中中中中中中(b) 中中中中中中中中中1中中中中中中中中中中中中中中中中中中 如果中性点无消弧线圈，其三相三次谐波等值电路图如图1（a ）所示。机端和中性点的三次谐波电纳（这里电纳是容抗的倒数）和总电纳分别为： () ???????????+=+=∑==??? ??+=??? ??+=t g n t g g n t g t g t C C b b b C C b C C C C b 111119292332193233ωωωωω （1-1） 此时机端和中性点的三次谐波电压（机端电压正方向规定机端为正，地点D 为负。中性点电压正方向规定地点D 为正中性点为负。）分别为： () ?????????+??? ??+=∑=+=∑=t g t g t N t g g n T C C C C E b j jb E U C C C E b j jb E U 2121333333 （1-2） 从（1-2）式可见机端和中性点的三次谐波电压相位相同，其幅值比为： 1233<+=t g g N T C C C U U （1-3） 如果发电机并网断路器在机端，发电机并网前0=t C ，此时133=N T U U 。 如果中性点经消弧线圈接地，其三相三次谐波等值电路图如图1（b ）所示。图中L 为消弧线圈的电感值。机端和中性点的三次谐波电纳（这里电纳是容抗和消弧线圈感抗的倒数）和总电纳分别为： () ???????????-+=+=∑-=??? ??+=??? ??+=L C C b b b L C b C C C C b t g n t g n t g t g t 111111319312332193233ωωωωωω （1-4） 此时机端和中性点的三次谐波电压分别为： ()() ?????????????-+??? ??+=∑=-+-=∑=L C C C C E b j jb E U L C C L C E b j jb E U t g t g t N t g g n T 1113331111 333 31921931931233ωωωωωωω （1-5） 从（1-5）式可见如果考虑到发电机的消弧线圈补偿都是欠补偿的关系，机端和中性点的三次谐波电压相位相同。即使再考虑消弧线圈中有电阻成份，机端和中性点的三次谐波电压相位约在()00400~之间。其幅值比为： 照明系统中三次谐波产生的原因、危害及解决方法 【摘要】结合多年电气照明工程施工的实践经验，对照明工程中零线电流过大产生的原因、危害及解决方法进行了深入地分析，提出了自己的一些见解，谨供大家作参考之用。 【关键词】照明工程；零线电流；三次谐波 1 概述 我们在长期的照明工程的实践中，经常发现零线电流过大，大约等于相线电流，有时达相线电流的1.7倍；传统的电工理论告诉我们，当三相电路的负荷平衡时，零线上的电流为零，或者很小。为什么现在这个理论不对了呢？其实这是因为3次及与3次成倍数的谐波电流在零线上的叠加，本文就照明线路中三次谐波产生的原因、危害及解决方法做了详细的分析。 2 三次谐波产生的原因 一般来说，理想的交流电源应是纯正弦波形，但因现实世界中的输出阻抗及非线性负载的原因，，导致电源波形失真。若电压频率是50Hz，，将失真的电压经傅立叶转换分析后，可将其电压组成分解为除了基频（50Hz）外，倍频（100Hz，150Hz，…..）成份的组合。其倍频的成份就称为谐波。 照明工程中大规模使用高强度气体放电灯、LED灯、荧光灯等，造成大量的谐波电流，因而只要电流波形不是正弦波，其中就包含了谐波电流的成分。 3 三次谐波电流在零线的叠加 当三条相线上的电流波形为正弦波，并且它们相差120度，在零线上矢量叠加，其结果如平衡为零，如不平衡就是它们的矢量和，其最大值只能等于相线电流。但我们在实际照明工程中，最后运行电流检测时发现零线电流大于相线电流，同时，检查三相电流是平衡的，为此我们通过下面的三相电流波形图就能理解三次谐波在零线上是叠加的。 其他次数的谐波电流在零线上会有抵消的效果，唯有三次不会。由于三相电的每相基波电流之间相位相差120度，3次谐波电流的相位相差为360度，意味它们是同相位的。 因此，3次谐波电流在零线上是算数叠加的。这就是三次谐波的特殊性。 通常一台单相负荷不会产生很大的谐波电流，但照明工程中经常是多个相同照明灯并联运行，谐波电流叠加，从而引发许多干扰问题，例如功率损失，导体发热起火，故障跳闸等。三次谐波与失真度
10KVPT含3次谐波
利用三次谐波电压构成的100%发电机定子接地保护
9 变压器联结方式对三次谐波电压和电流的影响
关于三次谐波
EMC电源谐波整改
利用三次谐波电压构成的100%发电机定子接地保护的工作原理
三次谐波的主要表现及其防治方式
三次谐波(参考)
10kV系统的电压谐波分析
对称三相电路中的高次谐波
序电压异常升高的原因分析修订稿
三次谐波
对-三次谐波检测法-的错误的辨正
三次谐波的主要表现及防治方法
解决三次谐波的方法
正常运行时机端与中性点处的三次谐波电压的特征
照明系统中三次谐波产生的原因、危害及解决方法