摘要：在理想状态下，我们的电网应该提供完美、稳定的50Hz正弦波交流电。然而，现实中的电网却充满了各种频率的"杂质"——谐波。

在理想状态下，我们的电网应该提供完美、稳定的50Hz正弦波交流电。然而，现实中的电网却充满了各种频率的"杂质"——谐波。

这些谐波不仅污染了电力质量，还对各种电气设备，特别是电能计量装置，构成了严重威胁。

谐波是指电力系统中频率为基波频率（50Hz）整数倍的电量成分。从数学上讲，任何周期性非正弦电量都可以通过傅里叶级数分解为基波和一系列高次谐波的叠加。

如上图所示，基波是频率50Hz的正弦波，红色和蓝色的波形即为5次和7次谐波，由于谐波的影响，造成波形畸变（畸变波形=基波+高次谐波），不再保持正弦波形，电力质量遭受污染。

谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。例如，150Hz的波形被称为3次谐波（50Hz×3），250Hz则为5次谐波，以此类推。谐波可以分为奇次谐波（3、5、7、9…）和偶次谐波（2、4、6、8…）。

▲以上图演示2次谐波、3次谐波、4次谐波对基波的影响。

谐波的危害

（1）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。

（2）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。

（3）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。

谐波产生的根本原因在于 非线性负载的存在。当正弦波电压施加于非线性负载时，电流波形会发生畸变，不再保持正弦波形 。

主要谐波源包括

1.电力电子设备

：变频器、整流器、UPS电源、开关电源等是现代电网中主要的谐波源。据统计，整流设备产生的谐波占全部谐波的近40% 。

2.电弧设备

：电弧炉、电焊机等由于电弧的负阻特性，会产生大量的谐波 。

3.气体放电灯

：荧光灯、高压钠灯等照明设备因其伏安特性非线性，也会产生大量谐波，尤其是3次谐波 。

4.家用电器

：电视机、计算机、调光灯具、空调器等现代家用电器虽然单台功率小，但数量巨大，已成为不可忽视的谐波源。

01、计量误差：让电能表“看不清”真实电量

电能表的设计基于正弦波假设，但谐波的存在会扭曲电压和电流波形，导致计量误差。

例如，某些电子表可能将谐波功率计入总电量，导致用户多付费；或因高频分量采样不足，漏计部分电量。

02、热效应：让电能表“过劳损”

谐波会增大电流有效值，使电能表内部元件承受额外热应力。

•元件过热风险 ：谐波电流流经互感器、分流器等元件时，会导致元件温度升高。长期过热会加速绝缘材料老化，甚至引发元件烧毁。

•寿命缩短 ：某电力公司统计显示，在谐波污染严重的工业区，电能表故障率比普通区域高出 30%，平均使用寿命缩短2 ～ 3年。

03、信号干扰：让电能表“数据失真”

高频谐波会干扰电能表的信号处理流程。

• 采样精度下降 ：谐波可能导致模数转换器（ ADC）的采样误差，使数字仪表的脉冲计数紊乱。

• 机械表异常振动 ：在机械式电能表中，谐波可能引发转盘非线性振动，导致计量误差。

03、相位失配：让功率因数“失真”

谐波会改变电压与电流的相位关系，影响功率因数测量。

• 无功计量偏差 ：功率因数测量依赖电压与电流的相位差，但谐波可能使该相位差失真。

例如， 3次谐波会导致三相不平衡系统的功率因数测量误差超过5%。

随着新能源、电动汽车充电设施等更多非线性负载的接入，电网谐波环境可能愈发复杂。而谐波可能通过两种主要途径导致电能表损坏：

长期过热：如前述，谐波电流导致电能表内部元件长期过热，加速绝缘老化，最终可能导致绝缘击穿和短路烧毁 。

谐振过电压：电力系统中的电容和电感元件可能在某些谐波频率下形成谐振电路，产生极高的谐波过电压和过电流，瞬间损坏电能表内部的敏感电子元件。

所以，适时治理谐波，不仅是保证计量准确的要求，更是保障电力系统安全经济运行的关键。

▌作者介绍：徐昌国，男，现任职于浙江瑞银电子有限公司（工业事业部），主要负责新能源电力计量仪表（充电桩电能表等）技术咨询及推广。

来源：电帮主