谐波电流的产生、危害与抑制方法：配电系统里的隐形杀手
做配电和电气设计的工程师，对谐波电流这个词肯定不陌生。很多工厂里设备一增多，就会出现电容器烧毁、变压器过热、零线电流过大这些怪事，查来查去最后发现是谐波在搞鬼。谐波看不见摸不着，但对配电系统的危害实实在在，今天就聊聊它是怎么来的、有什么危害、怎么治理。
谐波是怎么产生的？理想的电网应该是干净的正弦波，但实际中很多非线性负载会让电流波形发生畸变。比如变频器、整流器、UPS、节能灯、电脑开关电源这些设备，它们的输入电流不是正弦波，而是含有大量高次谐波分量。这些谐波电流注入电网后，跟基波叠加，就导致电压和电流波形失真。
谐波的危害主要体现在几个方面。第一是增加损耗，谐波电流会在变压器、电缆、电机里产生额外的铜损和铁损，导致设备发热、寿命缩短。第二是干扰，谐波会干扰通信线路和弱电系统，导致监控画面花屏、网络丢包、仪表读数不准。第三是谐振，当系统的感抗和容抗在某次谐波频率下相等时，会发生并联谐振，产生很大的谐波电流，可能直接烧毁电容器。第四是零线电流过大，三次谐波在零线里是叠加的，可能导致零线电流超过相线电流，烧断零线。
判断谐波问题可以用电能质量分析仪，它能测出各次谐波的含量和总谐波畸变率（THD）。一般来说，电压THD超过5%就需要关注了，超过10%就必须治理。谐波次数方面，3次、5次、7次、11次是最常见的，其中3次谐波对零线的影响最大。
治理谐波的方法分无源和有源两大类。无源滤波器是用电容、电感、电阻组成谐振回路，调谐到某次谐波频率，把谐波电流短路掉。它的优点是结构简单、成本低、可靠性高，缺点是只能滤除特定次数的谐波，而且跟系统阻抗有关，可能跟电网发生谐振。有源滤波器（APF）是更先进的方案，它通过电力电子装置实时检测谐波电流，然后产生一个大小相等方向相反的补偿电流注入电网，把谐波抵消掉。APF能滤除多次谐波，响应速度快，不跟系统谐振，就是价格贵一些。
工程上的经验是，谐波治理要从源头和系统两方面入手。源头方面，尽量选谐波小的设备，比如用IGBT整流的变频器替代晶闸管整流的，开关电源选带PFC（功率因数校正）的型号。系统方面，根据谐波含量选配合适的滤波器，大功率非线性负载集中的场合建议上APF。另外，配电设计时零线截面积不要小于相线，最好用等截面甚至更大的零线，防止三次谐波导致零线过载。
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