无功功率是怎么产生的?
在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率，一种是无功功率。
有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能) 的电功率。比如：5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P 表示，单位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。
无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率) 来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q 表示，单位为乏(Var)或千乏(kVar)。
无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。为了形象地说明这个问题，现举一个例子：农村修水利需要开挖土方运土，运土时用竹筐装满土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是无功功率，竹筐并不是没用，没有竹筐泥土怎么运到堤上呢?
在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。
无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在：
(1)降低发电机有功功率的输出。
(2)降低输、变电设备的供电能力。
(3)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。
(4)造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。
从发电机和高压输电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。
谐波和无功功率的产生
在工业和生活用电负载中，阻感负载占有很大的比例。异步电动机、变压器、荧光灯等都是典型的阻感负载。异步电动机和变压器所消耗的无功功率在电力系统所提供的无功功率中占有很高的比例。电力系统中的电抗器和架空线等也消耗一些无功功率。阻感负载必须吸收无功功率才能正常工作，这是由其本身的性质所决定的。 电力电子装置等非线性装置也要消耗无功功率，特别是各种相控装置。 如相控整流器、相控交流功率调整电路和周波变流器，在工作时基波电流滞后于电网电压，要消耗大量的无功功率。另外，这些装置也会产生大量的谐波电流，谐波源都是要消耗无功功率的。二极管整流电路的基波电流相位和电网电压相位大致相同，所以基本不消耗基波无功功率。但是它也产生大量的谐波电流，因此也消耗一定的无功功率。 近30年来，电力电子装置的应用日益广泛，也使得电力电子装置成为最大的谐波源。在各种电力电子装置中，整流装置所占的比例最大。目前，常用的整流电路几乎都采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路，其中以三相桥式和单相桥式整流电路为最多。带阻感负载的整流电路所产生的谐波污染和功率因数滞后已为人们所熟悉。直流侧采用电容滤波的二极管整流电路也是严惩的谐波污染源。这种电路输入电流的基波分量相位与电源电压相位大体相同，因而基波功率因数接近1。 但其输入电流的谐波分量却很大，给电网造成严重污染，也使得总的功率因数很低。另外，采用相控方式的交流电力调整电路及周波变流器等电力电子装置也会在输入侧产生大量的谐波电流。
电力谐波
一是发电源质量不高产生谐波：
发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因，电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。
二是输配电系统产生谐波：
输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流0.5%。
三是用电设备产生的谐波：
晶闸管整流设备。由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源
等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。我们知道，晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波。如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的30%；接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。如果整流装置为三相全控桥6脉整流器，变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流；如果是12脉冲整流器，也还有11次及以上奇次谐波电流。经统计表明：由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是最大的谐波源。
变频装置。变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。
电弧炉、电石炉。由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。其中主要是2次、7次谐波，平均可达基波的8% 、20%，最大可达45%。
气体放电类电光源。荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。分析与测量这类电光源的伏安特性，可知其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。
家用电器。电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装置，会产生较深的奇次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中，因不平衡电流的变化也能使波形改变。这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。
二、何为谐波？
“谐波”一词起源于声学。有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪已经奠定了良好的基础。傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用。电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。1945年J.C.Read 发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。
到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，发表了有关变流器引起电力系统谐波问题的大量论文。70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。世界各国都对谐波问题予以充分和关注。国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。
1. 谐波研究的意义：谐波的危害十分严重。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混
乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。
2. 谐波抑制
为解决电力电子装置和其他谐波源的谐波污染问题，基本思路有两条：一条是装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都是适用的；另一条是对电力电子装置本身进行改造，使期不产生谐波，且功率因数可控制为1，这当然只适用于作为主要谐波源的电力电子装置。
装设谐波补偿装置的传统方法就是采用LC 调谐滤波器。这种方法既可补偿谐波，又可补偿无功功率，而且结构简单，一直被广泛使用。这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC 滤波器过载甚至烧毁。此外，它只能补偿固定频率的谐波，补偿效果也不甚理想。
3. 无功补偿
人们对有功功率的理解非常容易，而要深刻认识无功功率却并不是轻而易举的。在正弦电路中，无功功率的概念是清楚的，而在含有谐波时，至今尚无获得公认的无功功率定义。但是，对无功功率这一概念的重要性，对无功补偿重要性的认识，却是一致的。无功补偿应包含对基波无功功补偿和对谐波无功功率的补偿。
无功功率对供电系统和负荷的运行都是十分重要的。电力系统网络元件的阻抗主要是电感性的。因此，粗略地说，为了输送有功功率，就要求送电端和受电端的电压有一相位差，这在相当宽的范围内可以实现；而为了输送无功功率，则要求两端电压有一幅值差，这只能在很窄的范围内实现。不仅大多数网络元件消耗无功功率，大多数负载也需要消耗无功功率。网络元件和负载所需要的无功功率必须从网络中某个地方获得。显然，这些无功功率如果都要由发电机提供并经过长距离传送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法应是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率，这就是无功补偿。
无功补偿的作用主要有以下几点：
（1） 提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗。
（2） 稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。在长距离输电线中合适的地点设置动态无功补偿装置还可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力。
（3） 在电气化铁道等三相负载不平衡的场合，通过适当的无功裣可以平衡三相的有功及无功负载。
三、谐波和无功功率的产生
在工业和生活用电负载中，阻感负载占有很大的比例。异步电动机、变压器、荧光灯等都是典型的阻感负载。异步电动机和变压器所消耗的无功功率在电力系统所提供的无功功率中占有很高的比例。电力系统中的电抗器和架空线等也消耗一些无功功率。阻感负载必须吸收无功功率才能正常工作，这是由其本身的性质所决定的。 电力电子装置等非线性装置也要消耗无功功率，特别是各种相控装置。 如相控整流器、相控交流功率调整电路和周波变流器，在工作时基波电流滞后于电网电压，要消耗大量的无功功率。另外，这些装置也会产生大量的谐波电流，谐波源都是要消耗无功功率的。二极管整流电路的基波电流相位和电网电压相位大致相同，所以基本
不消耗基波无功功率。但是它也产生大量的谐波电流，因此也消耗一定的无功功率。 近30年来，电力电子装置的应用日益广泛，也使得电力电子装置成为最大的谐波源。在各种电力电子装置中，整流装置所占的比例最大。目前，常用的整流电路几乎都采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路，其中以三相桥式和单相桥式整流电路为最多。带阻感负载的整流电路所产生的谐波污染和功率因数滞后已为人们所熟悉。直流侧采用电容滤波的二极管整流电路也是谐波污染源。这种电路输入电流的基波分量相位与电源电压相位大体相同，因而基波功率因数接近1。 但其输入电流的谐波分量却很大，给电网造成严重污染，也使得总的功率因数很低。另外，采用相控方式的交流电力调整电路及周波变流器等电力电子装置也会在输入侧产生大量的谐波电流。
四、无功功率的影响和谐波的危害
1. 无功功率的影响
（1）无功功率的增加，会导致电流增大和视在功率增加，从而使发电机、变压器及其他电气设备容量和导线容量增加。同时，电力用户的起动及控制设备、测量仪表的尺寸和规格也要加大。
（2）无功功率的增加，使总电流增大，因而使设备及线路的损耗增加，这是显而易见的。
（3）使线路及变压器的电压降增大，如果是冲击性无功功率负载，还会使电压产生剧烈波动，使供电质量严重降低。
2. 谐波的危害
理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电压幅值。谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，也对周围的能耐电力电子设备广泛应用以前，人们对谐波及其危害就进行过一些研究，并有一定认识，但那时谐波污染还没有引起足够的重视。近三四十年来，各种电力电子装置的迅速使得公用电网的谐波污染日趋严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生，谐波危害的严重性才引起人们高度的关注。谐波对公用电网和其他系统的危害大致有以下几个方面。
（1）谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。
（2）谐波影响各种电气设备的正常工作。 谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏。
（3）谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起严重事故。
（4）谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。
（5）谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致住处丢失，使通信系统无法正常工作。
扩展阅读：
谐振的几种类型及配电网综合消谐措施
谐振的几种类型
电力系统中的电容和电阻元件，一般可认为是线性参数。可是电感元件则不然。由于振荡回路中包含不同特性的电感元件，谐振将有三种不同的类型。
（1）、线性谐振
谐振回路由不带铁芯的电感元件（如输电线路的电感、变压器的漏感）或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件（如消弧线圈，其铁芯中有气隙）和系统中的电容元件所组成。在正弦电源作用下，当系统自振频率与电源频率相等或接近时，可能产生线性谐振。
（2）、铁磁谐振
谐振回路由带铁芯的电感元件（如空载变压器、电压互感器）和系统中的电容元件组成。受铁芯饱和的影响，铁芯电感元件的电感参数是非线性的，这种含有非线性电感元件的回路，在满足一定谐振条件时，会产生铁磁谐振。
（3）、参数谐振
谐振回路由电感参数作周期性变化的电感元件（如凸极发电机的同步电抗在Xd-Xq 间周期变化）和系统电容元件（如空载线路）组成。当参数配合恰当时，通过电感的周期性变化，不断向谐振系统输送能量，将会造成参数谐振。
什么是谐振过电压
因系统的电感、电容参数配合不当，出现的各种持续时间很长的谐振现象及其电压升高，称为谐振过电压。常见的有线性谐振过电压、铁磁谐振过电压、参数谐振过电压等。
什么是操作过电压
因操作或故障引起的暂态电压升高，称为操作过电压，常见的有电弧接地过电压、空载变压器分闸过电压、空载线路分闸过电压、空载线路合闸过电压、解列过电压等。 铁磁谐振的特点
（1）、产生铁磁谐振的必要条件是铁心电感的起始值和电感两端的等效电容组成的自振频率必须小于并接近于谐振频率。
（2）、回路参数平滑地变化时，谐振电压、电流会产生跃变。
（3）、谐振时产生反倾现象，即谐振后电感上的电压降由原来与电源电势相同变为相反，电容上的电压降由原来与电源电势反向变为同向。
（4）、谐振频率必须是由电源频率基波和它的简单分数倍分率或整数倍高频。
（5）、谐振后可自保持在一种稳定状态。
（6）、谐振一般在经受到足够强烈的扰动时外激产生，在一定条件下也可以自激产生。
配电网综合消谐措施的探讨
配电网中由于电磁式电压互感器（TV ）饱和引起的铁磁谐振过电压时有发生。近年来，电网中应用了多种新型消谐装置，这些装置因作用机理不同而各有所长，也各有局限性，因此对这些新型消谐装置进行分析和优化配置，即采取综合
消谐措施以便达到最佳保护效果十分必要。
1 常用消谐装置的特点
1.1 微机消谐装置
微机消谐装置也称二次消谐器，被安装在TV 的开口三角绕组上。正常运行或者发生单相接地故障时装置不动作，而一旦判断电网发生铁磁谐振时，便会使正反并联在开口三角两端的2只晶闸管交替过零触发导通以限制和阻尼铁磁谐振，当谐振消除后晶闸管自行截止，必要时可以重复动作。装置起动消谐期间，晶闸管全导通，呈低阻态，电阻为几mΩ至几十mΩ。如此小的电阻值足以阻尼高频、基频及分频3种谐振，而且对整个电网有效，即一个系统中只需选择1台互感器安装消谐装置即可。
微机消谐装置的主要缺点是难以正确区分基波谐振和单相接地。目前，对基波谐振和单相接地故障判据的主要区别在于零序电压U0的高低。通常，基频谐振定为当U ０≥150 V时；当30 V≤U０＜145 V时定为单相接地故障。为了防止在单相接地时由于装置误动使TV 长时间过负荷而烧毁的情况发生，通常将该装置基频谐振的判据电压定得比较高。这样，在工频位移电压不是很高的情况下（如空母线合闸）装置将无法动作，就可能使某些励磁特性欠佳、铁心易饱和TV 的熔丝熔断。而且这种装置当电网对地电容较大时，它对防止间歇性接地或接地消失瞬间互感器因瞬时饱和涌流而造成熔丝熔断的事故无能为力。此外，在持续时间较长的间歇电弧过电压激发下，流过TV 高压绕组的电流将显著增大，仍可能会烧坏TV 。
由于基频谐振中的频率实际上并不是十分严格的基频，不是完全没有频率突变［1］，因此，能否在信号处理方法中采用对时频局部化方面极具优势的小波来检测，值得探讨。
1.2 一次消谐阻尼器
一次消谐阻尼器，如HJYX 型阻尼器，实际上是将一个非线性消谐电阻R0串接于电压互感器一次侧中性点与地之间，它采用中性点阻尼电阻消除谐振，见图１。电网正常运行时，消谐器上电压＜500 V，R0呈高电阻值（可达几百kΩ），阻尼作用大，使谐振在起始阶段不易发展；当电网发生单相接地时，消谐器上电压较高（10 kV电网中其值约1.7～1.8 kV），R ０呈低值（几十kΩ），可满足TV 开口三角电压不小于80 V的绝缘监测要求, 而且仍可阻尼谐振；当电网发生弧光接地时，R0仍能保持一定的阻值，限制互感器涌流。
该装置具有消除TV 饱和谐振和限制涌流2种功能，但在应用中存在局限性：①中性点为半绝缘结构, 只能直接接地安装的ＴＶ无法使用；②只能限制本TV 不发生谐振，对电网中的其他TV 无效（仅一对一有效）；③当发生单相接地故障时，TV 零序电压U
０的测量值有误差, 因此不适宜使用在对U0幅值和角度精度要求较高的场合（如微机接地选线装置）；④装置自身的热容量有限，即使选用热容量相对较大的LXQ 型一次消谐阻尼器，在持续时间较长的间歇电弧接地过电压激发下，仍可损坏装置。一次消谐阻尼器较适用于JDZJ 等型号中性点全绝缘TV 的消谐改造。
1.3 消谐型电压互感器
1.3.1 加装零序电压互感器型
加装零序电压互感器［2］的消谐型电压互感器由三相主电压互感器TV1和串接在中性点的零序电压互感器TV ０二部分组成，采用零序电压互感器消除谐振，见图2。该消谐装置要求TV1的开口三角绕组闭合，零序电压U ０从TV ０的二次侧取得。当单相接地时，TV 每相励磁感抗为Xm =XTV1+3XTV0（XTV1为TV1的漏抗；XTV ０为TV ０励磁感抗）。
由于XTV1很小，可略，故Xm≈3XTV０，即零序电压绝大部分降落在TV0上，一般的外激发不能使TV1进入饱和区 ，从而使谐振难以产生。此外，TV ０高压绕组的直流电阻约为10 kΩ，对谐振有强烈的阻尼作用，对涌流有限制作用。此种消谐型TV 的消谐作用也仅对自身有效，热容量也有限。
1.3.2 呈容抗谐振型呈容抗谐振的消谐型电压互感器的主要特点有：①互感器内部的分布电容和杂散电容较大，正常时，在接有0～100%负荷下整体呈容性（结构上合理确定一次绕组径向与轴向的尺寸比例；采用介电系数大的绝缘材料作为层间绝缘；一次绕组采用阶梯式排线方式等）, 不易构成铁磁谐振回路。②在较高的电压作用下，铁心不易饱和（采用优质硅钢片，以降低工作磁密）。③能承受更高的过电压（增加了一次绕组匝数；加强一次绕组的端部绝缘和层间绝缘）。
然而，由于这种TV 的质量和体积相对较大, 因此在实际应用中往往有一定困难。 2 现场应用的消谐方法分析
2.1 TV开口三角绕组配置２５Ω消谐电阻
随着系统对地电容的增大，电压互感器磁饱和后将依次发生高频、基频和分频谐振。TV 的开口三角绕组上，用于消除分频谐振的阻尼电阻ｒ值最小，ｒ≤０. ４（ｎ２/ｎ１）２ＸＬ，只要按此来选择电阻就可同时消除另外2种谐振。消除基频谐振的电阻值为ｒ′≤３（ｎ２/ｎ１）２ＸＬ［3］。式中, ＸＬ为互感器在线电压下的每相励磁感抗，ｎ１/ｎ２为高压绕组与开口三角绕组的匝数比。
可见，对于在开口三角绕组配置了２５ Ω 消谐电阻的TV ，当系统中中性点直接接地的普通电磁式TV 不超过２台时还可以消除基频谐振，但若要消除分频谐振则阻值偏大，失去消谐作用。为此，应加装微机消谐装置, 同时宜保留原消谐电阻, 以利于限制空母线合闸时工频位移电压。
２. ２ 在同一TV 上同时装设一次消谐阻尼器和微机消谐装置
在开口三角绕组两端接上电阻r 的做法，实际上相当于在TV 高压侧Ｙ０接线各相绕组上并联一电阻（只有在电网有零序电压时才出现），即在电网中每相对地并联合适的电
阻在理论上同样可以起到消谐作用［4］。据分析推导，为消除分频谐振，在TV 高压侧每相绕组并联的电阻应满足：Ｒ１≤０. ４ＸＬ/３。若单台１０ kV互感器的每相励磁感抗ＸＬ=５００ kΩ，则Ｒ１≤６６. ７ kΩ。
如果在TV 一次侧中性点装设了阻尼电阻Ｒ０，那么该TV 基本上不会参与谐振。当系统中其他中性点直接接地的TV 发生谐振时，由于此时零序电压Ｕ０的测量值偏小，即使该TV 的二次侧装了微机消谐装置，往往也不会及时动作。
电缆使用较多的１０ kV配电网，大多发生分频谐振。微机消谐器分频谐振的判据为１５ Hz≤ｆ≤１８ Ｈz 或２３ Hz≤ｆ≤２７ Ｈz ，３5 V≥U0≥25 Ｖ。当开口三角绕组电压为３０ Ｖ时，一次系统零序电压的估算值已达（３０/１００×０. ８）×（１０/3）=２. ２ kV。此时，微机消谐器动作，开口三角绕组基本上处于被短接状态，ＴＶ高压绕组反映的是数值很小的漏抗，即零序电压绝大部分降落在阻尼电阻Ｒ０上。这时，电网每相对地的等值并联电阻为３Ｒ０，如果呈低电阻值的Ｒ０为２５～３５ kΩ，则３Ｒ０为７５～１０５ kΩ，已超出消除系统中单台中性点直接接地TV 谐振所需的阻值（约６６. ７ kΩ）。若有多台TV 参与了谐振，则更是无助于消谐作用，而且还可能因作用在Ｒ０上的过电压得不到及时消除，且时间较长时而被损坏，从而进一步损害TV 。
可见，以上做法已超出微机消谐器和一次消谐器研制的初衷，二者单独存在时的消谐机理已不再适用，这种做法不但无助于消谐反而有害。因此，这2种消谐装置应分开安装在不同的TV 上为宜。
２. ３ 在加装零序电压互感器消谐型TV 的二次侧加装微机消谐装置
对于加装零序电压互感器的消谐型TV ，原理上要求其主电压互感器ＴV １的开口三角绕组始终是闭合的，所以不可能在其二次侧加装消谐器，否则将破坏原先的消谐机理，难以起到消谐作用。若是将微机消谐器装在其零序电压互感器ＴV0的二次侧，当系统中其他互感器发生铁磁谐振时，消谐器将在零序电压作用下动作，ＴV ０二次侧几乎被短接，ＴV ０及ＴV １高压绕组反映的均为漏抗，互感器的零序阻抗变为数值很小的漏抗，相当于电网中性点临时直接接地，因而谐振也就随之消失。可见，在此消谐型TV 的TV 0二次侧加装微机消谐装置有助于整个电网的消谐。
3 消谐措施的综合应用
（1） 普通型电磁式电压互感器应选用励磁特性良好、铁心不易饱和的型号及生产厂家。变电站10 kV母线TV 一次额定电压UN 为10／3 kV，有的TV 在1.9UN 电压作用下铁心就可能进入饱和区，而母线实际运行电压为10～10.7 kV。当电网单相接地时，作用在TV 上的工频稳态电压可能高达1.85UN ，加上电网电压的波动，TV 极易饱和。在基波谐振过电压不很高的情况下，即使装设了二次微机消谐装置也照样可能使熔丝熔断。尤其对中性点半绝缘结构ＴＶ（如ＲＥＬ１０型等）, 难以进行消谐改造，更应慎重选型。为了防止空母线合闸时TV 熔丝熔断，还可以采取事先投入某些线路或站用变压器等临时措施，但不宜投入电容器组，这可防止电压有较大波动时空载变压器与电容器构成振荡回路产生振荡过电压。
（2）变电站各段母线TV 开口三角绕组处应装设微机消谐装置，使之对整个电网产
生消谐效果。由于对母线送电的瞬间交流电压极不稳定，电网发生接地、谐振等故障时瞬间交流系统的暂态干扰, 均会影响装置的正常工作，因此，消谐装置工作电源宜选用直流220 V。以往从TV 二次侧取得交流100 V电源或者从站用电系统取得交流220 V电源的做法不可取。变电站母线选用消谐型TV ，同时加装微机消谐装置, 即一、二次消谐措施并用，是较为可取的推荐方案，这样既可以保证TV 自身不参与谐振，同时对整个电网也具有消谐作用。
（3） 对应的，开闭所母线宜尽可能选用消谐型TV , 但无需另装二次消谐装置。考虑到这种系统往往对地电容较大，因此限制涌流是一个不可忽视的问题，选用加装零序电压互感器消谐型TV 是较合理的选择。
（4） 高压用户配电所一般无需绝缘监测及接地选线，因此，母线TV 一次侧中性点应尽可能不接地或选用消谐型设备以改善同一系统中TV 并联后总体等效伏安特性。
（5） 同一配电网中，在尽可能采用一次消谐和二次消谐措施的同时，采取限制弧光接地过电压的措施仍是十分必要的。由于普通型或消谐型TV 、一次消谐器等现有消谐设备的热容量都很有限，在长时间间歇电弧过电压的作用下仍有被烧坏的可能。近年来在配电网中投运了一种新型过电压防护设备——XHG 型消弧及过电压保护装置。其作用的基本原理是：当电网中发生不稳定的间歇性弧光接地时，安装在变电站母线上的XHG 装置通过可分相控制的高压真空接触器JZ 将故障相接地，系统转变成稳定的金属性直接接地，故障点弧光消失。经过5 s之后，JZ 断开一次，若已无弧光接地故障现象，说明故障是暂时性的，系统恢复正常运行；若再次出现弧光接地故障时，则认定故障是永久性的，JZ 再次闭合，同时通过与之成套的接地选线装置报出故障线路。这种装置既能在一定程度上起消弧作用，也能有效地限制弧光接地过电压，同时又无需改变系统中性点接地方式，结构简单，投资相对也较少。
（6） 配电网中性点谐振接地或经电阻接地可根本解决TV 饱和过电压问题。因消弧线圈感抗XQ 或接地电阻与互感器的励磁感抗XL 相比要小得多，在零序回路中XL 几乎被XQ 短接，因而XL 因饱和引起的三相不平衡也就不会产生过电压了。但因此项措施投资较大，显然不宜专为消谐而设置。
4 结语
为了对配电网采取消谐措施，同一配电网中在选用微机消谐等二次消谐装置，以及中性点消谐阻尼电阻、消谐型电压互感器等一次消谐装置时，应根据电网的具体情况而定，最好是能将一次消谐装置与二次消谐装置二者相互配合使用，进行优势互补。为确保设备安全，在采取消谐措施的同时还应采取限制间歇性弧光接地过电压等措施。
无功功率是怎么产生的?
在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率，一种是无功功率。
有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能) 的电功率。比如：5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P 表示，单位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。
无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率) 来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q 表示，单位为乏(Var)或千乏(kVar)。
无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。为了形象地说明这个问题，现举一个例子：农村修水利需要开挖土方运土，运土时用竹筐装满土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是无功功率，竹筐并不是没用，没有竹筐泥土怎么运到堤上呢?
在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。
无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在：
(1)降低发电机有功功率的输出。
(2)降低输、变电设备的供电能力。
(3)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。
(4)造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。
从发电机和高压输电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。
谐波和无功功率的产生
在工业和生活用电负载中，阻感负载占有很大的比例。异步电动机、变压器、荧光灯等都是典型的阻感负载。异步电动机和变压器所消耗的无功功率在电力系统所提供的无功功率中占有很高的比例。电力系统中的电抗器和架空线等也消耗一些无功功率。阻感负载必须吸收无功功率才能正常工作，这是由其本身的性质所决定的。 电力电子装置等非线性装置也要消耗无功功率，特别是各种相控装置。 如相控整流器、相控交流功率调整电路和周波变流器，在工作时基波电流滞后于电网电压，要消耗大量的无功功率。另外，这些装置也会产生大量的谐波电流，谐波源都是要消耗无功功率的。二极管整流电路的基波电流相位和电网电压相位大致相同，所以基本不消耗基波无功功率。但是它也产生大量的谐波电流，因此也消耗一定的无功功率。 近30年来，电力电子装置的应用日益广泛，也使得电力电子装置成为最大的谐波源。在各种电力电子装置中，整流装置所占的比例最大。目前，常用的整流电路几乎都采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路，其中以三相桥式和单相桥式整流电路为最多。带阻感负载的整流电路所产生的谐波污染和功率因数滞后已为人们所熟悉。直流侧采用电容滤波的二极管整流电路也是严惩的谐波污染源。这种电路输入电流的基波分量相位与电源电压相位大体相同，因而基波功率因数接近1。 但其输入电流的谐波分量却很大，给电网造成严重污染，也使得总的功率因数很低。另外，采用相控方式的交流电力调整电路及周波变流器等电力电子装置也会在输入侧产生大量的谐波电流。
电力谐波
一是发电源质量不高产生谐波：
发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因，电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。
二是输配电系统产生谐波：
输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流0.5%。
三是用电设备产生的谐波：
晶闸管整流设备。由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源
等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。我们知道，晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波。如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的30%；接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。如果整流装置为三相全控桥6脉整流器，变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流；如果是12脉冲整流器，也还有11次及以上奇次谐波电流。经统计表明：由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是最大的谐波源。
变频装置。变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。
电弧炉、电石炉。由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。其中主要是2次、7次谐波，平均可达基波的8% 、20%，最大可达45%。
气体放电类电光源。荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。分析与测量这类电光源的伏安特性，可知其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。
家用电器。电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装置，会产生较深的奇次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中，因不平衡电流的变化也能使波形改变。这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。
二、何为谐波？
“谐波”一词起源于声学。有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪已经奠定了良好的基础。傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用。电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。1945年J.C.Read 发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。
到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，发表了有关变流器引起电力系统谐波问题的大量论文。70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。世界各国都对谐波问题予以充分和关注。国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。
1. 谐波研究的意义：谐波的危害十分严重。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混
乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。
2. 谐波抑制
为解决电力电子装置和其他谐波源的谐波污染问题，基本思路有两条：一条是装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都是适用的；另一条是对电力电子装置本身进行改造，使期不产生谐波，且功率因数可控制为1，这当然只适用于作为主要谐波源的电力电子装置。
装设谐波补偿装置的传统方法就是采用LC 调谐滤波器。这种方法既可补偿谐波，又可补偿无功功率，而且结构简单，一直被广泛使用。这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC 滤波器过载甚至烧毁。此外，它只能补偿固定频率的谐波，补偿效果也不甚理想。
3. 无功补偿
人们对有功功率的理解非常容易，而要深刻认识无功功率却并不是轻而易举的。在正弦电路中，无功功率的概念是清楚的，而在含有谐波时，至今尚无获得公认的无功功率定义。但是，对无功功率这一概念的重要性，对无功补偿重要性的认识，却是一致的。无功补偿应包含对基波无功功补偿和对谐波无功功率的补偿。
无功功率对供电系统和负荷的运行都是十分重要的。电力系统网络元件的阻抗主要是电感性的。因此，粗略地说，为了输送有功功率，就要求送电端和受电端的电压有一相位差，这在相当宽的范围内可以实现；而为了输送无功功率，则要求两端电压有一幅值差，这只能在很窄的范围内实现。不仅大多数网络元件消耗无功功率，大多数负载也需要消耗无功功率。网络元件和负载所需要的无功功率必须从网络中某个地方获得。显然，这些无功功率如果都要由发电机提供并经过长距离传送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法应是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率，这就是无功补偿。
无功补偿的作用主要有以下几点：
（1） 提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗。
（2） 稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。在长距离输电线中合适的地点设置动态无功补偿装置还可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力。
（3） 在电气化铁道等三相负载不平衡的场合，通过适当的无功裣可以平衡三相的有功及无功负载。
三、谐波和无功功率的产生
在工业和生活用电负载中，阻感负载占有很大的比例。异步电动机、变压器、荧光灯等都是典型的阻感负载。异步电动机和变压器所消耗的无功功率在电力系统所提供的无功功率中占有很高的比例。电力系统中的电抗器和架空线等也消耗一些无功功率。阻感负载必须吸收无功功率才能正常工作，这是由其本身的性质所决定的。 电力电子装置等非线性装置也要消耗无功功率，特别是各种相控装置。 如相控整流器、相控交流功率调整电路和周波变流器，在工作时基波电流滞后于电网电压，要消耗大量的无功功率。另外，这些装置也会产生大量的谐波电流，谐波源都是要消耗无功功率的。二极管整流电路的基波电流相位和电网电压相位大致相同，所以基本
不消耗基波无功功率。但是它也产生大量的谐波电流，因此也消耗一定的无功功率。 近30年来，电力电子装置的应用日益广泛，也使得电力电子装置成为最大的谐波源。在各种电力电子装置中，整流装置所占的比例最大。目前，常用的整流电路几乎都采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路，其中以三相桥式和单相桥式整流电路为最多。带阻感负载的整流电路所产生的谐波污染和功率因数滞后已为人们所熟悉。直流侧采用电容滤波的二极管整流电路也是谐波污染源。这种电路输入电流的基波分量相位与电源电压相位大体相同，因而基波功率因数接近1。 但其输入电流的谐波分量却很大，给电网造成严重污染，也使得总的功率因数很低。另外，采用相控方式的交流电力调整电路及周波变流器等电力电子装置也会在输入侧产生大量的谐波电流。
四、无功功率的影响和谐波的危害
1. 无功功率的影响
（1）无功功率的增加，会导致电流增大和视在功率增加，从而使发电机、变压器及其他电气设备容量和导线容量增加。同时，电力用户的起动及控制设备、测量仪表的尺寸和规格也要加大。
（2）无功功率的增加，使总电流增大，因而使设备及线路的损耗增加，这是显而易见的。
（3）使线路及变压器的电压降增大，如果是冲击性无功功率负载，还会使电压产生剧烈波动，使供电质量严重降低。
2. 谐波的危害
理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电压幅值。谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，也对周围的能耐电力电子设备广泛应用以前，人们对谐波及其危害就进行过一些研究，并有一定认识，但那时谐波污染还没有引起足够的重视。近三四十年来，各种电力电子装置的迅速使得公用电网的谐波污染日趋严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生，谐波危害的严重性才引起人们高度的关注。谐波对公用电网和其他系统的危害大致有以下几个方面。
（1）谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。
（2）谐波影响各种电气设备的正常工作。 谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏。
（3）谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起严重事故。
（4）谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。
（5）谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致住处丢失，使通信系统无法正常工作。
扩展阅读：
谐振的几种类型及配电网综合消谐措施
谐振的几种类型
电力系统中的电容和电阻元件，一般可认为是线性参数。可是电感元件则不然。由于振荡回路中包含不同特性的电感元件，谐振将有三种不同的类型。
（1）、线性谐振
谐振回路由不带铁芯的电感元件（如输电线路的电感、变压器的漏感）或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件（如消弧线圈，其铁芯中有气隙）和系统中的电容元件所组成。在正弦电源作用下，当系统自振频率与电源频率相等或接近时，可能产生线性谐振。
（2）、铁磁谐振
谐振回路由带铁芯的电感元件（如空载变压器、电压互感器）和系统中的电容元件组成。受铁芯饱和的影响，铁芯电感元件的电感参数是非线性的，这种含有非线性电感元件的回路，在满足一定谐振条件时，会产生铁磁谐振。
（3）、参数谐振
谐振回路由电感参数作周期性变化的电感元件（如凸极发电机的同步电抗在Xd-Xq 间周期变化）和系统电容元件（如空载线路）组成。当参数配合恰当时，通过电感的周期性变化，不断向谐振系统输送能量，将会造成参数谐振。
什么是谐振过电压
因系统的电感、电容参数配合不当，出现的各种持续时间很长的谐振现象及其电压升高，称为谐振过电压。常见的有线性谐振过电压、铁磁谐振过电压、参数谐振过电压等。
什么是操作过电压
因操作或故障引起的暂态电压升高，称为操作过电压，常见的有电弧接地过电压、空载变压器分闸过电压、空载线路分闸过电压、空载线路合闸过电压、解列过电压等。 铁磁谐振的特点
（1）、产生铁磁谐振的必要条件是铁心电感的起始值和电感两端的等效电容组成的自振频率必须小于并接近于谐振频率。
（2）、回路参数平滑地变化时，谐振电压、电流会产生跃变。
（3）、谐振时产生反倾现象，即谐振后电感上的电压降由原来与电源电势相同变为相反，电容上的电压降由原来与电源电势反向变为同向。
（4）、谐振频率必须是由电源频率基波和它的简单分数倍分率或整数倍高频。
（5）、谐振后可自保持在一种稳定状态。
（6）、谐振一般在经受到足够强烈的扰动时外激产生，在一定条件下也可以自激产生。
配电网综合消谐措施的探讨
配电网中由于电磁式电压互感器（TV ）饱和引起的铁磁谐振过电压时有发生。近年来，电网中应用了多种新型消谐装置，这些装置因作用机理不同而各有所长，也各有局限性，因此对这些新型消谐装置进行分析和优化配置，即采取综合
消谐措施以便达到最佳保护效果十分必要。
1 常用消谐装置的特点
1.1 微机消谐装置
微机消谐装置也称二次消谐器，被安装在TV 的开口三角绕组上。正常运行或者发生单相接地故障时装置不动作，而一旦判断电网发生铁磁谐振时，便会使正反并联在开口三角两端的2只晶闸管交替过零触发导通以限制和阻尼铁磁谐振，当谐振消除后晶闸管自行截止，必要时可以重复动作。装置起动消谐期间，晶闸管全导通，呈低阻态，电阻为几mΩ至几十mΩ。如此小的电阻值足以阻尼高频、基频及分频3种谐振，而且对整个电网有效，即一个系统中只需选择1台互感器安装消谐装置即可。
微机消谐装置的主要缺点是难以正确区分基波谐振和单相接地。目前，对基波谐振和单相接地故障判据的主要区别在于零序电压U0的高低。通常，基频谐振定为当U ０≥150 V时；当30 V≤U０＜145 V时定为单相接地故障。为了防止在单相接地时由于装置误动使TV 长时间过负荷而烧毁的情况发生，通常将该装置基频谐振的判据电压定得比较高。这样，在工频位移电压不是很高的情况下（如空母线合闸）装置将无法动作，就可能使某些励磁特性欠佳、铁心易饱和TV 的熔丝熔断。而且这种装置当电网对地电容较大时，它对防止间歇性接地或接地消失瞬间互感器因瞬时饱和涌流而造成熔丝熔断的事故无能为力。此外，在持续时间较长的间歇电弧过电压激发下，流过TV 高压绕组的电流将显著增大，仍可能会烧坏TV 。
由于基频谐振中的频率实际上并不是十分严格的基频，不是完全没有频率突变［1］，因此，能否在信号处理方法中采用对时频局部化方面极具优势的小波来检测，值得探讨。
1.2 一次消谐阻尼器
一次消谐阻尼器，如HJYX 型阻尼器，实际上是将一个非线性消谐电阻R0串接于电压互感器一次侧中性点与地之间，它采用中性点阻尼电阻消除谐振，见图１。电网正常运行时，消谐器上电压＜500 V，R0呈高电阻值（可达几百kΩ），阻尼作用大，使谐振在起始阶段不易发展；当电网发生单相接地时，消谐器上电压较高（10 kV电网中其值约1.7～1.8 kV），R ０呈低值（几十kΩ），可满足TV 开口三角电压不小于80 V的绝缘监测要求, 而且仍可阻尼谐振；当电网发生弧光接地时，R0仍能保持一定的阻值，限制互感器涌流。
该装置具有消除TV 饱和谐振和限制涌流2种功能，但在应用中存在局限性：①中性点为半绝缘结构, 只能直接接地安装的ＴＶ无法使用；②只能限制本TV 不发生谐振，对电网中的其他TV 无效（仅一对一有效）；③当发生单相接地故障时，TV 零序电压U
０的测量值有误差, 因此不适宜使用在对U0幅值和角度精度要求较高的场合（如微机接地选线装置）；④装置自身的热容量有限，即使选用热容量相对较大的LXQ 型一次消谐阻尼器，在持续时间较长的间歇电弧接地过电压激发下，仍可损坏装置。一次消谐阻尼器较适用于JDZJ 等型号中性点全绝缘TV 的消谐改造。
1.3 消谐型电压互感器
1.3.1 加装零序电压互感器型
加装零序电压互感器［2］的消谐型电压互感器由三相主电压互感器TV1和串接在中性点的零序电压互感器TV ０二部分组成，采用零序电压互感器消除谐振，见图2。该消谐装置要求TV1的开口三角绕组闭合，零序电压U ０从TV ０的二次侧取得。当单相接地时，TV 每相励磁感抗为Xm =XTV1+3XTV0（XTV1为TV1的漏抗；XTV ０为TV ０励磁感抗）。
由于XTV1很小，可略，故Xm≈3XTV０，即零序电压绝大部分降落在TV0上，一般的外激发不能使TV1进入饱和区 ，从而使谐振难以产生。此外，TV ０高压绕组的直流电阻约为10 kΩ，对谐振有强烈的阻尼作用，对涌流有限制作用。此种消谐型TV 的消谐作用也仅对自身有效，热容量也有限。
1.3.2 呈容抗谐振型呈容抗谐振的消谐型电压互感器的主要特点有：①互感器内部的分布电容和杂散电容较大，正常时，在接有0～100%负荷下整体呈容性（结构上合理确定一次绕组径向与轴向的尺寸比例；采用介电系数大的绝缘材料作为层间绝缘；一次绕组采用阶梯式排线方式等）, 不易构成铁磁谐振回路。②在较高的电压作用下，铁心不易饱和（采用优质硅钢片，以降低工作磁密）。③能承受更高的过电压（增加了一次绕组匝数；加强一次绕组的端部绝缘和层间绝缘）。
然而，由于这种TV 的质量和体积相对较大, 因此在实际应用中往往有一定困难。 2 现场应用的消谐方法分析
2.1 TV开口三角绕组配置２５Ω消谐电阻
随着系统对地电容的增大，电压互感器磁饱和后将依次发生高频、基频和分频谐振。TV 的开口三角绕组上，用于消除分频谐振的阻尼电阻ｒ值最小，ｒ≤０. ４（ｎ２/ｎ１）２ＸＬ，只要按此来选择电阻就可同时消除另外2种谐振。消除基频谐振的电阻值为ｒ′≤３（ｎ２/ｎ１）２ＸＬ［3］。式中, ＸＬ为互感器在线电压下的每相励磁感抗，ｎ１/ｎ２为高压绕组与开口三角绕组的匝数比。
可见，对于在开口三角绕组配置了２５ Ω 消谐电阻的TV ，当系统中中性点直接接地的普通电磁式TV 不超过２台时还可以消除基频谐振，但若要消除分频谐振则阻值偏大，失去消谐作用。为此，应加装微机消谐装置, 同时宜保留原消谐电阻, 以利于限制空母线合闸时工频位移电压。
２. ２ 在同一TV 上同时装设一次消谐阻尼器和微机消谐装置
在开口三角绕组两端接上电阻r 的做法，实际上相当于在TV 高压侧Ｙ０接线各相绕组上并联一电阻（只有在电网有零序电压时才出现），即在电网中每相对地并联合适的电
阻在理论上同样可以起到消谐作用［4］。据分析推导，为消除分频谐振，在TV 高压侧每相绕组并联的电阻应满足：Ｒ１≤０. ４ＸＬ/３。若单台１０ kV互感器的每相励磁感抗ＸＬ=５００ kΩ，则Ｒ１≤６６. ７ kΩ。
如果在TV 一次侧中性点装设了阻尼电阻Ｒ０，那么该TV 基本上不会参与谐振。当系统中其他中性点直接接地的TV 发生谐振时，由于此时零序电压Ｕ０的测量值偏小，即使该TV 的二次侧装了微机消谐装置，往往也不会及时动作。
电缆使用较多的１０ kV配电网，大多发生分频谐振。微机消谐器分频谐振的判据为１５ Hz≤ｆ≤１８ Ｈz 或２３ Hz≤ｆ≤２７ Ｈz ，３5 V≥U0≥25 Ｖ。当开口三角绕组电压为３０ Ｖ时，一次系统零序电压的估算值已达（３０/１００×０. ８）×（１０/3）=２. ２ kV。此时，微机消谐器动作，开口三角绕组基本上处于被短接状态，ＴＶ高压绕组反映的是数值很小的漏抗，即零序电压绝大部分降落在阻尼电阻Ｒ０上。这时，电网每相对地的等值并联电阻为３Ｒ０，如果呈低电阻值的Ｒ０为２５～３５ kΩ，则３Ｒ０为７５～１０５ kΩ，已超出消除系统中单台中性点直接接地TV 谐振所需的阻值（约６６. ７ kΩ）。若有多台TV 参与了谐振，则更是无助于消谐作用，而且还可能因作用在Ｒ０上的过电压得不到及时消除，且时间较长时而被损坏，从而进一步损害TV 。
可见，以上做法已超出微机消谐器和一次消谐器研制的初衷，二者单独存在时的消谐机理已不再适用，这种做法不但无助于消谐反而有害。因此，这2种消谐装置应分开安装在不同的TV 上为宜。
２. ３ 在加装零序电压互感器消谐型TV 的二次侧加装微机消谐装置
对于加装零序电压互感器的消谐型TV ，原理上要求其主电压互感器ＴV １的开口三角绕组始终是闭合的，所以不可能在其二次侧加装消谐器，否则将破坏原先的消谐机理，难以起到消谐作用。若是将微机消谐器装在其零序电压互感器ＴV0的二次侧，当系统中其他互感器发生铁磁谐振时，消谐器将在零序电压作用下动作，ＴV ０二次侧几乎被短接，ＴV ０及ＴV １高压绕组反映的均为漏抗，互感器的零序阻抗变为数值很小的漏抗，相当于电网中性点临时直接接地，因而谐振也就随之消失。可见，在此消谐型TV 的TV 0二次侧加装微机消谐装置有助于整个电网的消谐。
3 消谐措施的综合应用
（1） 普通型电磁式电压互感器应选用励磁特性良好、铁心不易饱和的型号及生产厂家。变电站10 kV母线TV 一次额定电压UN 为10／3 kV，有的TV 在1.9UN 电压作用下铁心就可能进入饱和区，而母线实际运行电压为10～10.7 kV。当电网单相接地时，作用在TV 上的工频稳态电压可能高达1.85UN ，加上电网电压的波动，TV 极易饱和。在基波谐振过电压不很高的情况下，即使装设了二次微机消谐装置也照样可能使熔丝熔断。尤其对中性点半绝缘结构ＴＶ（如ＲＥＬ１０型等）, 难以进行消谐改造，更应慎重选型。为了防止空母线合闸时TV 熔丝熔断，还可以采取事先投入某些线路或站用变压器等临时措施，但不宜投入电容器组，这可防止电压有较大波动时空载变压器与电容器构成振荡回路产生振荡过电压。
（2）变电站各段母线TV 开口三角绕组处应装设微机消谐装置，使之对整个电网产
生消谐效果。由于对母线送电的瞬间交流电压极不稳定，电网发生接地、谐振等故障时瞬间交流系统的暂态干扰, 均会影响装置的正常工作，因此，消谐装置工作电源宜选用直流220 V。以往从TV 二次侧取得交流100 V电源或者从站用电系统取得交流220 V电源的做法不可取。变电站母线选用消谐型TV ，同时加装微机消谐装置, 即一、二次消谐措施并用，是较为可取的推荐方案，这样既可以保证TV 自身不参与谐振，同时对整个电网也具有消谐作用。
（3） 对应的，开闭所母线宜尽可能选用消谐型TV , 但无需另装二次消谐装置。考虑到这种系统往往对地电容较大，因此限制涌流是一个不可忽视的问题，选用加装零序电压互感器消谐型TV 是较合理的选择。
（4） 高压用户配电所一般无需绝缘监测及接地选线，因此，母线TV 一次侧中性点应尽可能不接地或选用消谐型设备以改善同一系统中TV 并联后总体等效伏安特性。
（5） 同一配电网中，在尽可能采用一次消谐和二次消谐措施的同时，采取限制弧光接地过电压的措施仍是十分必要的。由于普通型或消谐型TV 、一次消谐器等现有消谐设备的热容量都很有限，在长时间间歇电弧过电压的作用下仍有被烧坏的可能。近年来在配电网中投运了一种新型过电压防护设备——XHG 型消弧及过电压保护装置。其作用的基本原理是：当电网中发生不稳定的间歇性弧光接地时，安装在变电站母线上的XHG 装置通过可分相控制的高压真空接触器JZ 将故障相接地，系统转变成稳定的金属性直接接地，故障点弧光消失。经过5 s之后，JZ 断开一次，若已无弧光接地故障现象，说明故障是暂时性的，系统恢复正常运行；若再次出现弧光接地故障时，则认定故障是永久性的，JZ 再次闭合，同时通过与之成套的接地选线装置报出故障线路。这种装置既能在一定程度上起消弧作用，也能有效地限制弧光接地过电压，同时又无需改变系统中性点接地方式，结构简单，投资相对也较少。
（6） 配电网中性点谐振接地或经电阻接地可根本解决TV 饱和过电压问题。因消弧线圈感抗XQ 或接地电阻与互感器的励磁感抗XL 相比要小得多，在零序回路中XL 几乎被XQ 短接，因而XL 因饱和引起的三相不平衡也就不会产生过电压了。但因此项措施投资较大，显然不宜专为消谐而设置。
4 结语
为了对配电网采取消谐措施，同一配电网中在选用微机消谐等二次消谐装置，以及中性点消谐阻尼电阻、消谐型电压互感器等一次消谐装置时，应根据电网的具体情况而定，最好是能将一次消谐装置与二次消谐装置二者相互配合使用，进行优势互补。为确保设备安全，在采取消谐措施的同时还应采取限制间歇性弧光接地过电压等措施。