导读
在线路运行中，谐波和共振是两个让电工头疼的现象。尤其是当谐波遇上了线路的电容效应，就像“两个问题叠加在一起”，经常导致设备发热、保护误动作，甚至引发跳闸。那么，线路电容效应是怎么引起谐波共振的？又该怎么避免？今天咱们来了解一下！
1、什么是谐波和谐波共振
1、 什么是谐波？
谐波其实就是“电的杂音”，是系统里除了正常的 50Hz 基波以外的高频电流和电压波形。这些“杂音”主要来自于非线性负载，比如变频器、整流器、大型电机等。
谐波的公式：
fn：谐波频率；
n：谐波次数（比如 3 次、5 次、7 次）；
𝑓1：基波频率（一般是 50Hz）。
举个例子：
假如系统里有 5 次谐波，那么它的频率就是 5×50=250Hz。
2、什么是谐波共振？
如果谐波遇到了系统的“固有频率”（系统的自然共振频率），就会产生共振现象，导致某个频率的电流或电压被大幅放大。
共振的核心条件：f谐波=f固有
当谐波频率（比如 250Hz）正好和系统固有频率一样时，共振就会发生。
3、谐波共振有多可怕？
电压和电流剧烈放大，导致设备发热、过载；
容易引发保护装置误动作，比如跳闸、误报警；
电容器、变压器等设备寿命严重缩短，甚至烧毁。
2、电容效应如何导致谐波共振
1、什么是线路电容效应？
电力线路就像一根超长的电容器，导线和大地之间、导线与导线之间存在分布电容。线路越长、电压越高，电容效应就越明显。
电容的公式：
C：电容值；
ε：介电常数；
A：导线间的面积；
d：导线间的距离。
换句话说，导线和地面越近、导线越粗，线路的电容值就越大。
2、电容效应和谐波的关系是什么？
电容效应和频率关系特别大，频率越高，电容的“阻力”越小。也就是说，高次谐波（比如 5 次、7 次）更容易通过电容“畅通无阻”。
电容的容抗公式：
XC：容抗（电容的“阻力”）；
f：频率；
C：电容值。
举个例子：假如线路电容为 C=10μF，在基波频率 f=50Hz 时
但如果频率是 250Hz（5 次谐波），容抗就会大幅下降：
你看，频率一升高，电容的“阻力”变得很小，谐波就更容易通过。
3、 电感+电容组合就容易出事
在电力系统中，电感（比如变压器、电抗器）和线路的电容往往是并联或串联的。如果两者的阻抗相等，系统就会进入“共振模式”。
共振频率公式：
L：系统的电感值；
C：系统的电容值。
假如系统电感 L=0.1H，线路电容 C=10μF，则共振频率是：
这说明，当系统中出现 3 次谐波（150Hz）时，可能会发生共振。
3、电容效应引发谐波共振案例
案例 1：谐波共振烧坏电容器
背景：某工厂使用大量变频器，系统中谐波含量较高（特别是 5 次和 7 次谐波）。
问题：线路电容和电感在 250Hz（5 次谐波）形成并联谐振，导致电容器组严重过热，最终烧毁。
案例 2：线路跳闸频发
解决办法：工厂在电容器组前加装滤波器，吸收了 5 次和 7 次谐波，彻底解决问题。
背景：某110kV 输电线路因谐波共振，线路保护装置频繁误跳闸。
问题：系统固有频率与 3 次谐波（150Hz）接近，导致共振引发过电流，触发保护误动作。
解决办法：增加串联电抗器，提高系统的固有频率，避开 150Hz 的谐波。
4、避免电容效应致谐波共振方法
1、减少谐波源
使用低谐波设备，例如 12 脉冲整流器、无谐波型变频器等。
对现有设备进行谐波治理，降低谐波含量。
2、安装谐波滤波器
被动滤波器（LC 滤波器）：针对特定谐波（如 5 次、7 次）设计滤波电路。
有源滤波器（APF）：实时补偿各种谐波，效果更灵活。
3、调整系统参数
调整系统的电感和电容配置，避免系统固有频率与常见谐波频率（150Hz、250Hz）重合。
在线路中串联电抗器，提高系统的共振频率。
4、合理分布线路电容
避免大容量电容器直接并联到系统中，而是分散配置。
根据系统实际谐波特性设计电容器组的容量。
5、实时监测
使用谐波分析仪监测系统谐波频率、幅值和阻抗特性，及时调整系统参数。
安装在线监测装置，动态观察谐波和系统运行状态。
总结：线路电容效应通过降低高频阻抗，与系统电感形成谐波共振时，谐波电流或电压被放大，会严重影响设备和系统稳定性。
理解谐波共振的形成机制，掌握解决方案（如滤波器安装、系统参数调整等），是每个电工必备的技术能力。别让谐波和电容效应“联手”搞垮你的电力系统！
文章来源：电力学习网原创，作者：JACKERY；未经授权禁止转载，违者必究！
