在理想狀態(tài)下，我們的電網(wǎng)應(yīng)該提供完美、穩(wěn)定的50Hz正弦波交流電。然而，現(xiàn)實(shí)中的電網(wǎng)卻充滿了各種頻率的"雜質(zhì)"——諧波。

這些諧波不僅污染了電力質(zhì)量，還對(duì)各種電氣設(shè)備，特別是電能計(jì)量裝置，構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

PART.1什么是諧波？

諧波是指電力系統(tǒng)中頻率為基波頻率（50Hz）整數(shù)倍的電量成分。從數(shù)學(xué)上講，任何周期性非正弦電量都可以通過傅里葉級(jí)數(shù)分解為基波和一系列高次諧波的疊加。

如上圖所示，基波是頻率50Hz的正弦波，紅色和藍(lán)色的波形即為5次和7次諧波，由于諧波的影響，造成波形畸變（畸變波形=基波+高次諧波），不再保持正弦波形，電力質(zhì)量遭受污染。

諧波是正弦波，每個(gè)諧波都具有不同的頻率，幅度與相角。例如，150Hz的波形被稱為3次諧波（50Hz×3），250Hz則為5次諧波，以此類推。諧波可以分為奇次諧波（3、5、7、9…）和偶次諧波（2、4、6、8…）。

▲以上圖演示2次諧波、3次諧波、4次諧波對(duì)基波的影響。

諧波的危害

（1）諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。

（2）諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。

（3）諧波還會(huì)引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂 對(duì)于電力系統(tǒng)外部，諧波對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。

PART.2諧波來源

諧波產(chǎn)生的根本原因在于非線性負(fù)載的存在。當(dāng)正弦波電壓施加于非線性負(fù)載時(shí)，電流波形會(huì)發(fā)生畸變，不再保持正弦波形。

主要諧波源包括

1.電力電子設(shè)備

：變頻器、整流器、UPS電源、開關(guān)電源等是現(xiàn)代電網(wǎng)中主要的諧波源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，整流設(shè)備產(chǎn)生的諧波占全部諧波的近40% 。

2.電弧設(shè)備

：電弧爐、電焊機(jī)等由于電弧的負(fù)阻特性，會(huì)產(chǎn)生大量的諧波 。

3.氣體放電燈

：熒光燈、高壓鈉燈等照明設(shè)備因其伏安特性非線性，也會(huì)產(chǎn)生大量諧波，尤其是3次諧波。

4.家用電器

：電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、調(diào)光燈具、空調(diào)器等現(xiàn)代家用電器雖然單臺(tái)功率小，但數(shù)量巨大，已成為不可忽視的諧波源。

PART.3諧波對(duì)電能表的危害有哪些？

01、計(jì)量誤差：讓電能表“看不清”真實(shí)電量

電能表的設(shè)計(jì)基于正弦波假設(shè)，但諧波的存在會(huì)扭曲電壓和電流波形，導(dǎo)致計(jì)量誤差。

例如，某些電子表可能將諧波功率計(jì)入總電量，導(dǎo)致用戶多付費(fèi)；或因高頻分量采樣不足，漏計(jì)部分電量。

02、熱效應(yīng)：讓電能表“過勞損”

諧波會(huì)增大電流有效值，使電能表內(nèi)部元件承受額外熱應(yīng)力。

?元件過熱風(fēng)險(xiǎn) ：諧波電流流經(jīng)互感器、分流器等元件時(shí)，會(huì)導(dǎo)致元件溫度升高。長(zhǎng)期過熱會(huì)加速絕緣材料老化，甚至引發(fā)元件燒毀。

?壽命縮短 ：某電力公司統(tǒng)計(jì)顯示，在諧波污染嚴(yán)重的工業(yè)區(qū)，電能表故障率比普通區(qū)域高出 30%，平均使用壽命縮短2 ～ 3年。

03、信號(hào)干擾：讓電能表“數(shù)據(jù)失真”

高頻諧波會(huì)干擾電能表的信號(hào)處理流程。

?采樣精度下降 ：諧波可能導(dǎo)致模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ ADC）的采樣誤差，使數(shù)字儀表的脈沖計(jì)數(shù)紊亂。

?機(jī)械表異常振動(dòng) ：在機(jī)械式電能表中，諧波可能引發(fā)轉(zhuǎn)盤非線性振動(dòng)，導(dǎo)致計(jì)量誤差。

03、相位失配：讓功率因數(shù)“失真”

諧波會(huì)改變電壓與電流的相位關(guān)系，影響功率因數(shù)測(cè)量。

?無功計(jì)量偏差 ：功率因數(shù)測(cè)量依賴電壓與電流的相位差，但諧波可能使該相位差失真。

例如， 3次諧波會(huì)導(dǎo)致三相不平衡系統(tǒng)的功率因數(shù)測(cè)量誤差超過5%。

PART.4結(jié) 束 語

隨著新能源、電動(dòng)汽車充電設(shè)施等更多非線性負(fù)載的接入，電網(wǎng)諧波環(huán)境可能愈發(fā)復(fù)雜。而諧波可能通過兩種主要途徑導(dǎo)致電能表損壞：

長(zhǎng)期過熱：如前述，諧波電流導(dǎo)致電能表內(nèi)部元件長(zhǎng)期過熱，加速絕緣老化，最終可能導(dǎo)致絕緣擊穿和短路燒毀 。

諧振過電壓：電力系統(tǒng)中的電容和電感元件可能在某些諧波頻率下形成諧振電路，產(chǎn)生極高的諧波過電壓和過電流，瞬間損壞電能表內(nèi)部的敏感電子元件。

所以，適時(shí)治理諧波，不僅是保證計(jì)量準(zhǔn)確的要求，更是保障電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。

審核編輯 黃宇