第一篇：低壓系統(tǒng)諧波治理實例

低壓系統(tǒng)諧波治理實例

摘要：該文針對某電纜廠400V低壓無功補(bǔ)償柜的情況，通過對負(fù)荷分析、現(xiàn)場測量和理論推算，確定故障的諧波原因，然后采用了造價相對較低和易于實現(xiàn)的無源濾波器LC串聯(lián)濾波的方法，取得了一定的諧波治理效果。

關(guān)鍵詞：低壓；諧波；無源濾波器；LC串聯(lián)濾波

中圖分類號：TM712 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號： 1003-0867(2005)01-0006-02

隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，大量的直流設(shè)備、變頻調(diào)速設(shè)備及其它非線性負(fù)荷的廣泛應(yīng)用，愈來愈多的諧波電流被注入了電網(wǎng)。高次諧波的產(chǎn)生，增加了電能諧波損耗，降低了系統(tǒng)功率因數(shù)；對電力網(wǎng)有很大的危害，它不僅影響電網(wǎng)的質(zhì)量，而且還對電網(wǎng)的可靠性有很大的影響，嚴(yán)重時造成繼電保護(hù)誤動，燒毀微機(jī)保護(hù)線路板、數(shù)字電能表及其它微機(jī)裝置。本文主要就某電纜廠400V供電系統(tǒng)諧波治理實例，對LC交流濾波器合理的選擇進(jìn)行理論計算和討論。故障現(xiàn)象

該電纜廠400V供電系統(tǒng)由兩臺歐式箱式變電站組成，每臺箱變的接線方案一致，但每臺箱變出線所帶負(fù)荷不一樣。

兩臺歐式箱式變電站投運不久，1號箱變就發(fā)生了無功補(bǔ)償柜中元器件損壞的情況。損壞的元器件主要是電容接觸器和熔斷器，燒毀最嚴(yán)重的是電容接觸器。當(dāng)時分析認(rèn)為一種可能是電容接觸器的樁頭接線松動，接觸電阻增加，樁頭接線發(fā)熱起火燒壞電容接觸器，進(jìn)而引起接觸器上側(cè)的熔斷器燒毀；另一種可能性是熔斷器對電容器投切瞬間產(chǎn)生的涌流未起到保護(hù)作用，致使接觸器燒毀，產(chǎn)生的火苗接著損壞了熔斷器。隨后對燒壞的元器件進(jìn)行了更換，對所有的接線樁頭進(jìn)行了檢查，無功補(bǔ)償柜整改后繼續(xù)投入運行。

整改后的無功補(bǔ)償柜使用不到一個月，再次出現(xiàn)了元器件損壞的情況。元器件損壞的位置、現(xiàn)象基本上和上次的情況一樣。這是樁頭接線松動無法解釋的。原因分析 兩次無功補(bǔ)償柜的故障全部發(fā)生在1號箱變，而2號箱變安然無恙。對比分析1、2號箱式變電站的負(fù)荷可以發(fā)現(xiàn)，2號箱變的負(fù)載基本上為異步電動機(jī)和辦公照明負(fù)載；而1號箱變所帶負(fù)載中除了異步電動機(jī)還有三臺直流電動機(jī)，其功率分別為185kW、55kW、30kW。此外，還有大量通過可控硅控溫的加熱設(shè)備。

在兩次無功補(bǔ)償柜發(fā)生故障時，該廠的交聯(lián)電纜生產(chǎn)線都在運轉(zhuǎn)，也就是直流電機(jī)和相當(dāng)一部分的加熱設(shè)備都掛在1號箱變的低壓母線上。該廠的加熱回路采用了三相半控橋式整流電路，同時用交流電源對直流電機(jī)供電少不了要用整流裝置。由于整流裝置輸出波形的非正弦性，不同相數(shù)的整流電路會產(chǎn)生不同特征的諧波電流。如三相橋式的6相脈動整流電路產(chǎn)生的諧波電流主要為6k±1次(5、7、11、13次，等等)見表1。

表1 6相脈動整流裝置電流諧波理論數(shù)據(jù)

諧波次數(shù)n 1 5 7 13 17 19 23 25 諧波電流/% 100 20 14.3 9.1 7.7 5.9 5.3 4.3 4.0 因此，交聯(lián)電纜生產(chǎn)線在生產(chǎn)時可能對1號箱變400V系統(tǒng)產(chǎn)生了諧波。

根據(jù)對負(fù)荷性質(zhì)分析和理論公式的推算，可以確定1號箱變400V系統(tǒng)中存在6k±1次為主的諧波電流。為了證實和明確1號箱變400V系統(tǒng)的諧波情況和參數(shù)，對1號、2號箱變進(jìn)行了多次的對比測量。2號箱變總線電流波形和頻譜圖分析見圖1，1 號箱變總線電流波形和頻譜圖分析見圖2。

對比分析圖1和圖2，2號箱變總線電流波形為規(guī)則正弦波，頻譜圖分析也表明其電流基本只含基波50Hz電流；1號箱變總線電流波形為非正弦波，頻譜圖分析可以看出含有3、5、7、11次等諧波。電流總畸變率THDi為52.32%，功率因數(shù)0.8，系統(tǒng)阻抗R = 0.1W L = 0.1mH，系統(tǒng)短路容量10MVA。

1號箱變的無功補(bǔ)償柜之所以數(shù)次出現(xiàn)電容接觸器和熔斷器損壞的情況，其原因就是交聯(lián)電纜生產(chǎn)線產(chǎn)生的諧波電流被無功補(bǔ)償柜的電容器放大產(chǎn)生了過電流，致使接觸器和熔斷器過熱損壞。諧波治理

諧波電流不僅影響無功補(bǔ)償柜的正常使用，致使無功功率電費支出增加，而且對同一箱變內(nèi)的其它設(shè)備如電動機(jī)也產(chǎn)生了危害。根據(jù)GB/T 14549《電能質(zhì)量—公用電網(wǎng)諧波》的要求，必須對各種非線性負(fù)荷注入電網(wǎng)的諧波電壓和諧波電流加以限制。

在電力系統(tǒng)抑制和治理諧波的主要措施有：加大系統(tǒng)短路容量；提高供電電壓等級；增加變流裝置的脈動數(shù)；改善系統(tǒng)的運行方式，設(shè)置交流濾波器等都能減小系統(tǒng)中的諧波成分。對于該電纜廠，由于供電系統(tǒng)的方案已定型，唯一可行和有效的方法是設(shè)置交流濾波器進(jìn)行諧波治理，同時濾波器還能向系統(tǒng)提供所需的部分或全部無功。

交流濾波器又分為無源濾波器和有源濾波器兩種。有源濾波器是一種向系統(tǒng)注入補(bǔ)償諧波電流，以抵消非線性負(fù)荷所產(chǎn)生的諧波電流的能動式濾波裝置。它能對變化的諧波進(jìn)行迅速的動態(tài)跟蹤補(bǔ)償，且補(bǔ)償特性不受系統(tǒng)阻抗影響。其結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，運行損耗較大，設(shè)備造價高；在補(bǔ)償諧波的同時，也會注入新的諧波。無源濾波器(又稱LC濾波器)是利用LC諧振原理，人為地造成一條串聯(lián)諧振支路，為欲濾除的主要諧波提供阻抗極低的通道，使之不注入電網(wǎng)。LC濾波器結(jié)構(gòu)簡單，吸收諧波效果明顯；但僅對固有頻率的諧波有較好的補(bǔ)償效果；且補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗的影響很大，在特定頻率下，電網(wǎng)阻抗和LC濾波器之間可能會發(fā)生并聯(lián)諧振或者串聯(lián)諧振。系統(tǒng)構(gòu)成

LC濾波器根據(jù)其電容器與電抗器的聯(lián)接方式不同，主要常用的有單調(diào)諧濾波器和高通濾波器。它們的結(jié)構(gòu)和阻抗特性如圖3、4所示。

該電纜廠的交聯(lián)電纜生產(chǎn)線為以銷定產(chǎn)的生產(chǎn)方式，即有確定的訂單才進(jìn)行生產(chǎn)。根據(jù)已有的生產(chǎn)統(tǒng)計，由于生產(chǎn)的電纜為35kV以上電壓等級，每月開工兩次左右，每次2~5天。從數(shù)次現(xiàn)場測量的結(jié)果分析，交聯(lián)電纜生產(chǎn)線產(chǎn)生的諧波的次數(shù)固定，且每次諧波電流的畸變率(THDi)上下波動不大。

根據(jù)上述測量和分析的情況，決定對該電纜廠的諧波治理采用與母線并聯(lián)的固定串聯(lián)LC調(diào)諧濾波器，即當(dāng)交聯(lián)電纜生產(chǎn)線啟動時，LC濾波器投入，當(dāng)交聯(lián)電纜生產(chǎn)線停工時，LC濾波器退出；濾波器的電容器容量用來補(bǔ)償交聯(lián)電纜生產(chǎn)線諧波源所需的無功功率，原無功補(bǔ)償柜的電容器由300mF降至180mF以滿足其它設(shè)備的無功補(bǔ)償要求，同時控制器更換為帶諧波閉鎖功能的補(bǔ)償控制器，以便諧波畸變率超限時切除電容器。對于3、5、7次諧波采用單調(diào)諧濾波器，對于9、11次以上的諧波采用以11次為主的高通濾波器。

串聯(lián)調(diào)諧濾波器是用來濾除某一諧波的電容器，通過增加一個在調(diào)諧頻率fn處XL = XC的電抗器來實現(xiàn)。對于調(diào)諧n次諧波的串聯(lián)調(diào)諧濾波器的設(shè)計步驟為：

(1)確定電容器容量QC，電容器無功功率要與諧波源無功功率及系統(tǒng)已有無功補(bǔ)償設(shè)備的無功功率進(jìn)行平衡，無功補(bǔ)償設(shè)備和濾波器總的無功功率略低于負(fù)載總無功功率。

(2)電容器的電抗為XC = kU2/QC。5 治理效果

計算結(jié)果選擇元件構(gòu)成的電纜廠諧波治理方案對1號箱變的諧波進(jìn)行了治理。在隨后的現(xiàn)場測量表明，1號箱變總電流的波形基本接近正弦波，電壓畸變率THDu為2.8%,電流畸變率THDi為6.6%，功率因數(shù)保持在0.95左右。

在電纜廠的諧波治理方案中選用了造價相對較低和宜于實現(xiàn)的無源濾波器LC串聯(lián)濾波的方法，對以直流電機(jī)和三相橋式的6相脈動整流裝置產(chǎn)生的諧波電流取得了很好的抑制效果，特別是消除了諧波含量較高的5、7次諧波電流。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂潤馀.電力系統(tǒng)高次諧波[M].北京:中國電力出版社,1998.[2]George M.Wakileh[奧地利].電力系統(tǒng)諧波—基本原理、分析方法和濾波器設(shè)計.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.[3]陳志業(yè).尹華麗.電能質(zhì)量及其治理新技術(shù)[J].電網(wǎng)技術(shù),2002(7)． [4]張浩.戴瑞珍.諧波抑制的工程設(shè)計方法探討.電網(wǎng)技術(shù),2002(6).[5]GB/T 14549-1993.電能質(zhì)量—公用電網(wǎng)諧波[S].請教：無功功率對電動機(jī)是無用的。正因為它無用，所以才補(bǔ)償。是否符合邏輯？

尊敬的外行13：

首先感謝您對我提出的問題，進(jìn)行詳細(xì)的答復(fù)。我提出的觀點有可能是幼稚可笑的，但是通過交流總可以提高認(rèn)識的，反面教材的作用，有時比正面教材作用還要大。如果都與書中觀點一樣，就失去了論壇的意義。

您說：“ 無功功率對電動機(jī)是無用的。正因為它無用，所以才補(bǔ)償。補(bǔ)償就是消除無功功率，是消除不是轉(zhuǎn)化，無功功率不能轉(zhuǎn)化為有功功率。無功功率對作功沒有作用，卻占用變壓器容量，而且無功電流通過電源內(nèi)阻會增加損耗，所以有必要消除它。補(bǔ)償原理：電感放電給電容充電，電容放電再給電感充電，如此反復(fù)，無功電流只在電感與電容之間出現(xiàn)，不會經(jīng)過電網(wǎng)。..................................-----------------------對于您提出的觀點，我有點不理解，請您再回答一次。

1、“正因為它無用，所以才補(bǔ)償”。我可能是中國語法沒有學(xué)好，我認(rèn)為，有用才能補(bǔ)償，無用的東西，補(bǔ)多少還是無用的，就像數(shù)字中的“零”，在小數(shù)點以后，增加多少個零也沒有用。沒有用還要補(bǔ)，是不符合中國邏輯的。

2、您說“補(bǔ)償就是消除無功功率”.......。從字面看消除，就應(yīng)當(dāng)是減少，消除無功功率的有效方法是：增大純電阻，減少線圈的長度（圈數(shù)），不利用鐵磁材料做磁心。把電感性負(fù)載變成純電阻性負(fù)載，這種方法誰都知道是不行的，您也不會同意。

補(bǔ)償對負(fù)載來說是越補(bǔ)越多，而不是減少。對總電路來說，輸入的無功功率減少，就是您所講的不經(jīng)過電網(wǎng)，這種現(xiàn)象是正確的。但不能反映出事物的本質(zhì)，“內(nèi)電動勢”的作用反映不出來。如果計算總電網(wǎng)的無功功率多少時，“內(nèi)電動勢”是不能省略的，從總體來說，利用電容器補(bǔ)償無功功率后，發(fā)電機(jī)輸出的無功功率（比以前減少），但補(bǔ)償?shù)臒o功功率大于減少的，所以補(bǔ)償后從總體上看，也不是減少，而是增加。

3、您說：“負(fù)載做功大小與有功功率并不是嚴(yán)格的正比關(guān)系......還有損耗”。

我要求的不是百分之百的效率，而是做一下，無功功率的變化，對負(fù)載做功有沒有影響？

在同一個異步電動機(jī)中，當(dāng)負(fù)載和電源電壓不變時，并聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娙萜骱笈c沒有并聯(lián)電容器時，負(fù)載做功的大小對比，如果無功功率不能做功或增加一部分損耗，在負(fù)載做功大小不變時，消耗的有功功率應(yīng)當(dāng)不變或增大；起動需要的時間應(yīng)當(dāng)與原來一樣。

從無數(shù)實踐中看，并聯(lián)電容器后，負(fù)載大小不變，消耗的有功功率減少，起動的時間縮短一半。這個事實如果您不相信，可到安裝電容器的單位看一看。

在電動機(jī)中，其它情況都沒有變化，只是改變了無功功率的來源，增加一個“內(nèi)電動勢”。電力部門就是根據(jù)此現(xiàn)象，推廣利用電容器節(jié)電的。

4、您說：“有人銷售所謂“節(jié)電器”，實際就是一個電容器，那是騙人的。他們測量的是視在功率，并聯(lián)電容后由于消除了部分無功功率，所以視在功率明顯減小，其實有功沒變”。

我為了研究利用電容器節(jié)電問題，去過安裝電容單位，他們領(lǐng)導(dǎo)親自講：由超電被罰變?yōu)楣?jié)電受獎，他們當(dāng)埸給我做試驗：把電容器開關(guān)拉開（斷路），電流表指針轉(zhuǎn)動增大1/3左右，然后合上開關(guān)，電流表指針又回到原來的位置。如果利用電容器不能節(jié)約電能，難道他們和我說假話？電力部門也說假話？請您到基層安裝電容器的單位看一看，把利用電容器節(jié)電的現(xiàn)象說清楚。利用電容器在低壓電網(wǎng)中（感性負(fù)載）節(jié)約的視在功率占1/4左右，節(jié)約的有功功率占1/10左右，根據(jù)各單位負(fù)載性質(zhì)不同而不同。

5、您說：“線圈的自感電動勢（即感抗）：感抗所消耗的是無功功率。線圈消耗電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)化為磁能，然后磁能又轉(zhuǎn)化為電能轉(zhuǎn)化為電能反送回電網(wǎng)，如此反復(fù)。我們測量的無功功率就是線圈充電功率與放電功率的和，充電功率（耗電）與放電功率（發(fā)電）相互抵消，所以實際不耗電”。

電感線圈本身不消耗電能是正確的，正因為這個原因，它才與宏觀保守力（重力）一樣，才能補(bǔ)償。如果本身消耗能量（純電阻），就無法補(bǔ)償。

從以上情況看，您只看到負(fù)載這一方面，沒有從整潔個電路方面分析，當(dāng)電感負(fù)載輸出電能時，電源電壓卻變成了負(fù)載。從整個電路中看，任何瞬間，負(fù)載沒有減少，電源電壓也沒有增加，只是負(fù)載與電源在一半的時間中互相轉(zhuǎn)變，因為負(fù)載是做功的，所以就把電源電壓中消耗的能量，當(dāng)成是負(fù)載消耗的能量。電感消耗能量的根據(jù)是產(chǎn)生電壓降。

另外電流與電壓相位差90度，是時間角度，不是空間角度。純電感電路中瞬時的平均功率，有的書中認(rèn)為是：瞬時功率代數(shù)和的平均值，它等于零；現(xiàn)在是否已經(jīng)改變過來，本人不知。

從實踐中看，瞬時平均功率應(yīng)當(dāng)是瞬時功率絕對值和的平均值，它不等于零。新的計算方法與有無功功率的量綱相一致，與消耗能相符合。

6、您說：“反電動勢：它所消耗的功率才是有用功功率（不過還要除去摩擦）。電動機(jī)同時也是發(fā)電機(jī)，電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)生反電動勢。反電動勢方向始終與電源電動勢方向相反..........”。

您講的轉(zhuǎn)子的“反電動勢”，所消耗的才是有用功功率。這個“反電動勢”是由電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的，它的電流與電壓的相位是由誰決定的呢？反電動勢輸出的全是有功功率嗎？

它好比是變壓器的二次繞組，輸出什么電功率是由負(fù)載性質(zhì)決定的，定子中輸入的功率是由轉(zhuǎn)子反電動勢決定的。反電動勢是轉(zhuǎn)子中的電源，銅損和線圈的感抗是負(fù)載，因此反電動勢輸出的不都是有功功率，其中還有無功功率。

在異步電動機(jī)中，兩個電動勢方向相反，兩個電流方向也相反，兩個的磁埸方向也相反，在定子中產(chǎn)生的是旋轉(zhuǎn)磁埸（對定子而言），在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生的磁埸是不動的（對轉(zhuǎn)子而言），因異性相吸，定子的旋轉(zhuǎn)磁埸就會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

又因為定子中的有功功率中的電流，與轉(zhuǎn)子中的有功功率電流方向相反，能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩；同理，定子中的無功功率中的電流，與轉(zhuǎn)子中的無功功率電流也相反。有功功率能做功，無功功率同樣能做功，因為它們的相對位置是一樣的。

說的太多了，下次再談。

第二篇：供電系統(tǒng)諧波治理技術(shù)講座供電系統(tǒng)諧波治理技術(shù)講座

供電系統(tǒng)諧波治理技術(shù)講座

無源電力濾波器的設(shè)計與調(diào)試

華北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院

一、無源LC濾波器根本原理和結(jié)構(gòu)

LC濾波器仍是應(yīng)用最多、最廣的濾波器。

1、常用的兩種濾波器：調(diào)諧濾波器和高通濾波器。

2、濾波器設(shè)計要求

1〕使注入系統(tǒng)的諧波減小到國標(biāo)允許的水平；

2〕進(jìn)行基波無功補(bǔ)償，供應(yīng)負(fù)荷所需的無功功率。

3、單調(diào)諧濾波器

由圖主電路可求：

調(diào)諧頻率：

調(diào)諧次數(shù)：

在諧振點：∣z∣＝R

特征阻抗：

品質(zhì)因數(shù)：

q為設(shè)計濾波器的重要參數(shù)，典型值q=30～60。

4、高通濾波器

用于吸收某一次數(shù)及其以上的各次諧波。如下圖。

復(fù)數(shù)阻抗：

截止頻率：

結(jié)構(gòu)參數(shù)：，一般取m=0.5~2；

q=0.7

~

1.4

依據(jù)以上三式可設(shè)計高通濾波器的參數(shù)。

二、濾波器設(shè)計內(nèi)容和計算公式

1、濾波器參數(shù)選擇原那么

原那么：最小投資；母線

THDU

和進(jìn)入系統(tǒng)的諧波電流最小；滿足無功補(bǔ)償?shù)囊?；保證平安、可靠運行。

參數(shù)設(shè)計、選擇前必須掌握的資料：

1〕系統(tǒng)主接線和系統(tǒng)設(shè)備〔變壓器、電纜等〕資料；

2〕系統(tǒng)和負(fù)荷的性質(zhì)、大小、阻抗特性等；

3〕諧波源特性〔諧波次數(shù)、含量、波動性能等〕；

4〕無功補(bǔ)償要求；要到達(dá)的濾波指標(biāo)；

5〕濾波器主設(shè)備參數(shù)誤差、過載能力、溫度等要求。

以上資料是濾波器參數(shù)選擇、設(shè)計必要條件。

案例設(shè)計問題：沒有系統(tǒng)最終規(guī)模的諧波資料……

2、濾波器結(jié)構(gòu)及接線方式選擇

由一組或數(shù)組單調(diào)諧濾波器組成，有時再加一組高通濾波器。工程接線可靈活多樣，但推薦采用電抗器接電容低壓側(cè)的星形接線，主要優(yōu)點是：

1〕任一電容擊穿短路電流?。?/p>

2〕設(shè)備承受的僅為相電壓；

3〕便于分相調(diào)諧。

高通濾波器多采用二階減幅型結(jié)構(gòu)〔基波損耗小，頻率特性好，結(jié)構(gòu)簡單〕。經(jīng)濟(jì)原因高通濾波器多用于高壓。

1、濾波器參數(shù)選擇原那么

原那么：最小投資；母線

THDU

和進(jìn)入系統(tǒng)的諧波電流最??；滿足無功補(bǔ)償?shù)囊?；保證平安、可靠運行。

參數(shù)設(shè)計、選擇前必須掌握的資料：

1〕系統(tǒng)主接線和系統(tǒng)設(shè)備〔變壓器、電纜等〕資料；

2〕系統(tǒng)和負(fù)荷的性質(zhì)、大小、阻抗特性等；

3〕諧波源特性〔諧波次數(shù)、含量、波動性能等〕；

4〕無功補(bǔ)償要求；要到達(dá)的濾波指標(biāo)；

5〕濾波器主設(shè)備參數(shù)誤差、過載能力、溫度等要求

以上資料是濾波器參數(shù)選擇、設(shè)計必要條件。

本案例1段母線濾波器接線〔圖紙拷貝〕……。

3、濾波器設(shè)計參數(shù)的分析處理

參數(shù)設(shè)計必須應(yīng)依據(jù)實測值或絕對可靠的諧波計算值，但根據(jù)具體情況可作一些近似處理：

1〕母線短路容量較小或換算得到的系統(tǒng)電抗〔包括變壓器〕XS較大時，可忽略系統(tǒng)等值電阻RS；

2〕系統(tǒng)原有諧波水平應(yīng)通過實測得到，在濾波器參數(shù)設(shè)計時，新老諧波電流源應(yīng)一起考慮；

3〕L、C制造、測量存在誤差，以及f、T變化可能造成濾波器失諧，誤差分析是參數(shù)設(shè)計必須考慮的問題；

4〕參數(shù)設(shè)計涉及技術(shù)指標(biāo)、平安指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，往往需經(jīng)多個方案比擬后才能確定。

4、濾波器方案與參數(shù)的分析計算

1〕確定濾波器方案

確定用幾組單調(diào)諧濾波器，選高通濾波器截止頻率，以及用什么方式滿足無功補(bǔ)償?shù)囊蟆?/p>

例如：三相全波整流型諧波源，可設(shè)5、7、11次單調(diào)諧濾波器，高通濾波器截止頻率選12次。無功補(bǔ)償要求沉著量需求平衡角度，通過計算綜合確定。

2〕濾波器根本參數(shù)的分析

電容器根本參數(shù)：額定電壓UCN、額定容量QCN、基波容抗XC，而XC=3

U2CN/

QCN〔這里QCN

是三相值〕。

為保證電容器平安運行，電壓應(yīng)限制在一定范圍內(nèi)。

3〕濾波器參數(shù)的初步計算〔按正常條件〕

設(shè)h次諧波電壓含有率為HRUh，通過推導(dǎo)可得到：

其中，q

為濾波器的最正確品質(zhì)因數(shù)。以上是從保證電容器電壓要求初步選擇的參數(shù)。但為保證電容器的平安運行還應(yīng)滿足過電流和容量平衡的要求，公式如下：

4〕濾波器參數(shù)的初步計算

串聯(lián)電抗器參數(shù)

以上為單調(diào)諧濾波器參數(shù)的初步選擇。

5〕濾波器參數(shù)的最后確定

濾波器最終參數(shù)需通過大量、屢次頻率特性仿真計算結(jié)果確定；并根據(jù)要求指標(biāo)進(jìn)行校驗。

為保證平安運行，還要選斷路器、避雷器、保護(hù)等。

自動調(diào)諧濾波器〔改變電感

L〕能提高濾波效果。但由于技術(shù)經(jīng)濟(jì)的原因，目前應(yīng)用不普遍。

5、濾波器參數(shù)指標(biāo)的校驗

1〕電壓平衡

：校驗支路濾波電容器的額定電壓

2〕電流平衡：校驗濾波電容器的過電流水平，IEC為1.45倍。

3〕容量平衡：QCN=

QC1〔基波容量〕+ΣQ

h

(諧波容量)；

對濾波支路僅考慮I1

和Ih

通過時，近似有：

6、其它分析、計算工作

1〕濾波支路等值頻偏〔總失諧度〕的計算

2〕濾波支路品質(zhì)因數(shù)q值的計算

其中，δs為濾波器接點看進(jìn)去的系統(tǒng)等值阻抗角。

3〕濾波器性能和二次保護(hù)等分析計算

濾波器設(shè)計的技術(shù)性很強(qiáng)，需有專門的程序。除參數(shù)計算外，要能對濾波器的諧波阻抗、綜合阻抗、諧波放大、局部諧振〔串、并聯(lián)〕等濾波性能進(jìn)行分析。

三、案例濾波器設(shè)計方法介紹

1、案例簡介

2、諧波數(shù)據(jù)合成中頻爐屬交－直－交供電，換流脈動數(shù)為6，特征諧波值為6K±1次諧波。非對稱觸發(fā)等原因，存在非特征諧波。

福建中試測試：線2、線4和中頻爐饋線；各諧波電壓畸變率全部超標(biāo)，5、11、13及以上諧波電流超標(biāo)。

非在電網(wǎng)最小方式、鋼廠非滿負(fù)荷下的測試，測試結(jié)果偏??；及今后8臺爐投運超標(biāo)肯定更大。

設(shè)計問題：沒有單臺電爐諧波測試數(shù)據(jù)，沒有新供電方案下負(fù)荷同時運行測試數(shù)據(jù)，需根據(jù)經(jīng)驗及現(xiàn)有供電方案諧波測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析獲取設(shè)計數(shù)據(jù)。

按電爐變80％負(fù)荷率合成各母線諧波電流……。

3、基波無功容量計算

按母線電爐全部運行功率因數(shù)大于0.9，單爐運行功率因數(shù)應(yīng)小于1，治理前平均功率因數(shù)取0.85條件，通過程序計算各段母線的三相基波補(bǔ)償容量：

10KV

I段：Q=3.8MVAR

10KV

II段：Q=2.65MVAR

605頻爐線：

Q=1.9MVAR4、考核標(biāo)準(zhǔn)計算和濾波器配置選擇

根據(jù)各母線的短路容量，計算各段母線電爐運行過程中的諧波考核標(biāo)準(zhǔn)；以及比照合成的諧波電流水平，選擇、配置各段母線的濾波器。

總電壓畸變率國標(biāo)規(guī)定的限值

各級電網(wǎng)諧波電壓限值〔%〕

電壓〔KV〕

THD

奇次

偶次

0.38

5..4.0

2.0

6.10.4

3.2

1.6

35.66

2.4

1.2

1.6

0.0

允許注入電網(wǎng)的各次諧波電流國標(biāo)規(guī)定限值〔局部〕

短路容量不同時的換算公式：

根據(jù)短路容量換算案例的各母線諧波電流允許值。

標(biāo)稱電壓〔KV〕

基準(zhǔn)短路容量〔MVA〕

010.0

100.0

0.260

020.0

013.0

020.0

008.5

015.0

006.4

006.8

005.1

009.3

〔I〕010.0

116.0

025.0

016.5

012.5

016.9

008.2

013.3

006.1

006.5

004.9

008.7

(II)010.0

116.0

019.1

010.1

009.5

010.8

006.2

009.0

004.7

005.0

003.7

006.5

(605)010.0

080.0

011.1

005.1

005.6

005.6

003.6

004.9

002.7

002.9

002.2

003.7

標(biāo)稱電壓〔KV〕

基準(zhǔn)短路容量〔MVA〕

010.0

100.0

004.3

007.9

003.7

004.1

003.2

006.0

002.8

005.4

002.6

002.9

〔I〕010.0

116.0

004.1

007.5

003.6

003.9

003.1

005.8

002.7

005.2

002.5

002.8

(II)010.0

116.0

003.2

005.7

002.7

003.0

002.3

004.4

002.1

004.0

001.9

002.1

(605)010.0

080.0

001.8

003.3

001.6

001.8

001.4

002.6

001.2

002.3

001.1

001.2

標(biāo)稱電壓〔KV〕

基準(zhǔn)短路容量〔MVA〕

010.0

100.0

002.3

.004.5

.004.5

002.1

004.1

〔I〕010.0

116.0

002.2

004.3

004.3

002.0

003.9

(II)010.0

116.0

001.7

003.3

003.3

001.5

003.0

(605)010.0

080.0

001.0

001.9

001.9

000.9

001.8

與合成的案例諧波比擬：各母線諧波電流均超標(biāo)，由于裝置的非同時觸發(fā)，存在非特征諧波超標(biāo)的現(xiàn)象。因此只能對主要的頻譜進(jìn)行設(shè)置濾波器；由于電爐運行方式大幅度變化，特別是10KV

I段負(fù)荷變化較大，受基波無功補(bǔ)償容量限制，參數(shù)設(shè)計存在難度及影響其濾波效果。

綜合考慮：各母線配置5、7、11、13次濾波器。

5、濾波器參數(shù)設(shè)計〔以10KV

I段為例〕

由于中頻爐諧波為連續(xù)頻譜諧波，以及基波補(bǔ)償電容器的限制，濾波器參數(shù)設(shè)計很難滿足要求，經(jīng)幾十次分析、比擬，確定的案例最終單相參數(shù)如下：

H5

H7

H11

H13

合計

電容器〔μF〕

27.51592

20.77733

22.98421

三相電容器安裝容量〔kvar〕

1830

1350

1860

1269

6309

三相基波輸出容量〔kvar〕

900

666

1108

726

3400

電抗器〔毫亨〕

14.74522

9.96178

2.39522

2.61115

考慮的問題：濾波效果，電壓、電流、容量是否能夠平衡，是否存在諧波放大，無功是否過補(bǔ)等，通過對參數(shù)進(jìn)行屢次仿真，調(diào)整、比擬和評估設(shè)計效果，……。

1段母線補(bǔ)償電容器和濾波器同時運行仿真例如：

僅濾波器投入運行的仿真例如。……。

四、設(shè)備定貨、施工和現(xiàn)場調(diào)試

1、擬合標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)與產(chǎn)品定貨

按設(shè)計參數(shù)選配、擬合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格電容器，考慮電抗器調(diào)節(jié)范圍，提出溫升、耐壓、損耗等指標(biāo)。

電容器要求+誤差，電抗器±5%可調(diào)，電容器質(zhì)量…。

注意濾波電容器，干式、油侵電容器等問題……。

2、工程施工需要注意的問題

LC濾波器屬工程，結(jié)合用戶現(xiàn)場條件、情況，設(shè)計單位應(yīng)提供完善的工程資料，安裝、施工要求；由于濾波器現(xiàn)場安裝，要求工程單位按設(shè)計施工、保證質(zhì)量；做詳細(xì)安裝檢查，保證連接正確，防止相序、設(shè)備接線錯誤

案例施工中的問題：連接、保護(hù)……

3、現(xiàn)場調(diào)試主要要求和方法

1〕要求：保證系統(tǒng)可靠運行，防止系統(tǒng)與濾波器諧振造成的諧波放大；投切過電壓限制在有效范圍內(nèi)；保證濾波本身平安運行，不會導(dǎo)致電容、電感、電阻等不發(fā)生穩(wěn)態(tài)過負(fù)荷，以及投、切時的過電壓、過電流不損壞本體設(shè)備。

其中，多數(shù)與設(shè)計有關(guān)……。

2〕步驟：測量各種工況諧波；計算系統(tǒng)和濾波器頻率特性，研究是否可能出現(xiàn)諧波放大，決定濾波器是正調(diào)偏還是負(fù)調(diào)偏；計算調(diào)整后的過電壓、過電流；分析、考慮配置的保護(hù)，避雷器對投切、斷路器重燃過電壓有重要作用；編寫濾波器投入方案，測量考核濾波效果。

案例調(diào)試中發(fā)生的問題：……。

3〕方法：

幅頻特性法：諧振時Z=R，濾波器電流最大；電阻上的電壓最大，濾波器總電壓最小；因此，通過觀測兩個電壓與預(yù)估的電壓比擬，可確定調(diào)諧回路的諧振。

缺點：誤差大，有計算誤差、試驗誤差和觀測誤差。

相頻特性法：把電阻電壓和濾波器總電壓分別送示波器兩個通道進(jìn)行相角比擬，可確定濾波器是否諧振?？刹捎猛S或不同軸兩種方法。同軸法看到的是點重合或相反，因此誤差大；不同軸法通過橢圓變成直線確定諧振，因此觀察比擬容易，準(zhǔn)確，工作量小。

放電振蕩法：過程如圖

放電時測量R上電壓，記錄波形；

測量周波時間，可計算諧振頻率。

缺點：每測一次都需充、放

電一次，過程復(fù)雜，也不夠準(zhǔn)確。

因此，三種方法中，相頻特性法比擬實用，而且可用頻率計實際測量諧振頻率；改變信號發(fā)生器頻率，還可以測量濾波器的阻抗頻率特性。

實際工程一般采用-5%〔負(fù)偏〕調(diào)諧濾波器。

4、案例工程運行測試結(jié)果〔1段母線〕

投運前：

電壓〔V〕

電流〔A〕

功率因數(shù)

電壓總畸變率%

電流總畸變率%

9800

540

0.88

10.1

5.1

投運后：

電壓〔V〕

電流〔A〕

功率因數(shù)

電壓總畸變率%

電流總畸變率%

10200

560

0.99

1.5

4.2

投運后各次諧波電流的95%最大值

五、關(guān)于電弧爐諧波治理的簡介

1、電弧爐負(fù)荷特點和治理要求

1〕三相負(fù)荷電流嚴(yán)重不對稱，嚴(yán)重時負(fù)序可達(dá)正序的50%～60%，熔化期也占20%。需解決不平衡問題；

2〕含有2、3、4、5、7等次諧波，產(chǎn)生的諧波電流頻譜廣，含有偶次諧波，諧波治理要求高；

3〕電弧爐隨機(jī)運行在開路--短路--過載狀態(tài)，很大的功率沖擊，引起PCC母線電壓變動，存在電壓閃變問題。

4〕電爐變壓器和短網(wǎng)消耗大量無功，因此運行功率因數(shù)非常低，增大電網(wǎng)損耗、降低電壓水平。

小容量電弧爐可用

LC

無源濾波器，但對設(shè)計的要求比擬高，一般采用C型電力濾波器。

2、常用SVC形式和TCR補(bǔ)償原理

常用的SVC有晶閘管控制電抗器〔TCR〕、自飽和電抗器〔SR〕和晶閘管投切電容器〔TSC〕三種。

TCR原理、結(jié)構(gòu)，以及相關(guān)工程、技術(shù)問題如下：

3、TCR補(bǔ)償與LC濾波的原理區(qū)別

1〕電弧爐負(fù)荷三相不平衡、無功沖擊是根本原因，要求進(jìn)行動態(tài)、分相補(bǔ)償，TCR是解決問題的必須手段。同時解決電弧爐負(fù)荷產(chǎn)生、存在的問題。

TCR為動態(tài)補(bǔ)償裝置，響應(yīng)時間在20ms內(nèi)。

2〕LC濾波器以治理諧波為主，兼顧補(bǔ)償系統(tǒng)無功。目前一般應(yīng)用場合，不具備動態(tài)補(bǔ)償功能。

電力機(jī)車諧波治理可采用投切方式〔非動態(tài)〕。

3〕采用那種類型的裝置，涉及到負(fù)荷性質(zhì)、濾波〔

或補(bǔ)償〕效果、可行性和工程投資等。

解決問題是類型選擇的原那么。TCR設(shè)計方法略。

第三篇：諧波治理方法

諧波治理方法

1、諧波治理原則。

通過分析，對通信、信號設(shè)備造成干擾的諧波主要來自牽引負(fù)荷，而鐵路10kv電力供電設(shè)計多采用27.5/10kv供電方式，選擇諧波干擾小的電源作為主供電源會降低安全風(fēng)險。但當(dāng)?shù)胤诫娏ο到y(tǒng)檢修時，或地方電源因居民用電導(dǎo)致諧波上升時，仍會干擾信號、通信供電電源的質(zhì)量，所以改變設(shè)計方法，并不能解決此問題。從供電的電源集中整治，然后供給相應(yīng)的負(fù)荷，也不經(jīng)濟(jì)，固需要解決的容量太大，且即便是集中解決，從供電的角度講，電源也并非單獨供給通信、信號，目前的生產(chǎn)、生活設(shè)備大量采用了變頻設(shè)備，如地?zé)峋煤戕D(zhuǎn)矩變頻供電裝置，變頻空調(diào)，電磁爐，炊事機(jī)械等等，也會產(chǎn)生大量的諧波，進(jìn)而干擾通信、信號電源的質(zhì)量，所以，大的方案就是通信信號根據(jù)設(shè)備的重要程度和對諧波要求的高低，來選擇小容量的諧波治理設(shè)備，才能達(dá)到既經(jīng)濟(jì)又安全的效果。各車站的通信、信號設(shè)備，其總功率一般不超過40kvA，治理相對容易。

2、諧波治理方法。

采用交—直—交系統(tǒng)進(jìn)行隔離，此方法在國外早有使用，我也曾在朔黃線三汲、段莊兩個分區(qū)所進(jìn)行試驗。采用進(jìn)口交—直—交，通過改變蓄電池的容量，還可滿足因利用下雨導(dǎo)致10kv電源線供電中斷而引起的行車干擾。如2013年8月4日，朔黃線肅北至太師莊間大面積樹木倒伏，導(dǎo)致貫通、自閉全部中斷，影響行車近2小時，如果采用交—直—交逆變電源，在電池容量允許的情況下，就不會影響通信、信號的供電，不僅解決了諧波問題，還解決了供電中斷對行車的影響，是一個一舉雙得的好事。

3、諧波治理措施。

3.1采用無源濾波器濾波。日常采用的濾波治理方法，其中一種方法就是采用無源濾波裝置，即所謂LC濾波器，主要由濾波電容器、電抗器和電阻器組成。其與諧波源關(guān)聯(lián)，除了起濾波作用外，還兼顧無功補(bǔ)償?shù)男枰?。這種濾波器最早出現(xiàn)，具有結(jié)構(gòu)簡單，投資少的特點，運行可靠性高，所以運行費用較低，應(yīng)用較為廣泛。但也存在一些問題，如當(dāng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或參數(shù)發(fā)生變化或濾波器本身參數(shù)變化時，濾波器可能產(chǎn)生諧波放大，而且這種濾波器對電壓波動負(fù)序等不能綜合治理。如電氣化鐵路在使用直流車作為牽引動力源時，其特征諧波主要為3、5、7次諧波。而采用交流機(jī)車后，諧波含量以17、19、21次為主，導(dǎo)致許多設(shè)備發(fā)生故障，如果交流車上線后，原SS4G型車的高通濾波器經(jīng)常損壞，原先的通信、信號對諧波感覺不明顯，而交流車上線后，通信、信號設(shè)備感覺明顯，這與特征濾波的變化有關(guān)，所以通信、信號設(shè)備電源加裝特征諧波濾波器也能收到良好的效果。

3.2 采用有源濾波器濾波。

隨著大功率電力電子器件技術(shù)的突破與發(fā)展，ABB公司推出了采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)構(gòu)成的有源諧波濾波器。其基本原理是從補(bǔ)償對象中檢測出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波分量。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行很好的補(bǔ)償，且補(bǔ)償特性不會改變，阻抗特性不會受到影響，因而受到了廣泛的重視，并且已獲得應(yīng)用。

3.3 采用交—直—交逆變電源。

4、結(jié)束語。

諧波在今后的社會發(fā)展中，諧波含量只會越來越多。為了節(jié)能的要求，家用電氣設(shè)備，如節(jié)能燈、電磁爐、變頻洗衣機(jī)、空調(diào)、電視及微波爐等，都采用工業(yè)的大型換流設(shè)備。集中治理已不太可能，除非將來傳統(tǒng)的發(fā)電、輸電、用電設(shè)備，全部改為直流電輸電方式，在用戶處變?yōu)榭捎玫牟煌襟E的交流電，否則諧波將不可避免。諧波的治理要本著區(qū)別對待，減少用戶的投入，使用戶獲得最大收益為原則。對于諧波的治理不能遵循一成不變的原則，而一定要濾波。如何把諧波的污染降到最低程度，又不要太花錢，是值得同行們一起探討和研究的問題。

第四篇：諧波的產(chǎn)生原因和治理方式

諧波的產(chǎn)生原因和治理方式 供電系統(tǒng)中的諧波

在供電系統(tǒng)中諧波電流的出現(xiàn)已經(jīng)有許多年了。過去，諧波電流是由電氣化鐵路和工業(yè)的直流調(diào)速傳動裝置所用的，由交流變換為直流電的水銀整流器所產(chǎn)生的。近年來，產(chǎn)生諧波的設(shè)備類型及數(shù)量均已劇增，并將繼續(xù)增長。所以，我們必須很慎重地考慮諧波和它的不良影響，以及如何將不良影響減少到最小。1 諧波的產(chǎn)生

在理想的干凈供電系統(tǒng)中，電流和電壓都是正弦波的。在只含線性元件(電阻、電感及電容)的簡單電路里，流過的電流與施加的電壓成正比，流過的電流是正弦波。

在實際的供電系統(tǒng)中，由于有非線性負(fù)荷的存在，當(dāng)電流流過與所加電壓不呈線性關(guān)系的負(fù)荷時，就形成非正弦電流。任何周期性波形均可分解為一個基頻正弦波加上許多諧波頻率的正弦波。諧波頻率是基頻的整倍數(shù)，例如基頻為50Hz，二次諧波為100Hz，三次諧波則為150Hz。因此畸變的電流波形可能有二次諧波、三次諧波??可能直到第三十次諧波組成。2 產(chǎn)生諧波的設(shè)備類型

所有的非線性負(fù)荷都能產(chǎn)生諧波電流，產(chǎn)生諧波的設(shè)備類型有：開關(guān)模式電源(SMPS)、電子熒火燈鎮(zhèn)流器、調(diào)速傳動裝置、不間斷電源(UPS)、磁性鐵芯設(shè)備及某些家用電器如電視機(jī)等。(1)開關(guān)模式電源(SMPS)：

大多數(shù)的現(xiàn)代電子設(shè)備都使用開關(guān)模式電源(SMPS)。它們和老式的設(shè)備不同，它們已將傳統(tǒng)的降壓器和整流器替換成由電源直接經(jīng)可控制的整流器件去給存貯電容器充電，然后用一種和所需的輸出電壓及電流相適合的方法輸出所需的直流電流。這對于設(shè)備制造廠的好處是使用器件的尺寸、價格及重量均可大幅度地降低，它的缺點是不管它是哪一種型號，它都不能從電源汲取連續(xù)的電流，而只能汲取脈沖電流。此脈沖電流含有大量的三次及高次諧波的分量。(2)電子熒光燈鎮(zhèn)流器：

電子熒光燈鎮(zhèn)流器近年被大量采用。它的優(yōu)點是在工作于高頻時可顯著提高燈管的效率，而其缺點是其逆變器在電源電流中產(chǎn)生諧波和電氣噪聲。使用帶有功率因數(shù)校正的型號產(chǎn)品可減少諧波，但成本昂貴。(3)直流調(diào)速傳動裝置：

直流電動機(jī)的調(diào)速控制器通常采用三相橋式整流電路，它也稱作六脈沖橋式整流電路，因為在直流輸出側(cè)每周波內(nèi)有六個脈沖(在每相的半波上有一個)。直流電動機(jī)的電感是有限的，故在直流電流中有300Hz的脈動波(即為供電頻率的6倍)，這就改變了供電電流的波形。(4)不間斷電源(UPS)：

根據(jù)電能變換方式和由外部供電到內(nèi)部供電所用轉(zhuǎn)換方式的不同，UPS有許多不同的類型。主要的類型有：在線的UPS、離線的UPS和線路交互作用的UPS。由UPS供電的負(fù)荷總是電子信息設(shè)備，它們是非線性的并且含有大量的低次諧波。

(5)磁芯器件：

在有鐵芯的電抗器上的勵磁電流和磁通密度之間的關(guān)系總是非線性的。如果電流波形是正弦波(亦即電路中串聯(lián)的電阻很大)那么磁場中會有高次諧波，這被認(rèn)為是強(qiáng)迫磁化過程。如果施加在線圈上的電壓是正弦波形(亦即串聯(lián)的電阻很

小)則磁通密度也將是正弦波形，而電流波形則含有高次諧波，這被認(rèn)為是自由磁化過程。諧波引發(fā)的問題及解決措施

諧波電流在電源系統(tǒng)內(nèi)以及裝置內(nèi)均會造成問題。但其影響和解決措施非常不一樣，需要分別處理；適用于消除諧波在裝置內(nèi)不良影響的辦法并不能減少諧波在電源系統(tǒng)內(nèi)造成的畸變，反之亦然。

(1)裝置內(nèi)的諧波問題及解決措施：

有幾個常見多發(fā)的問題是由諧波引起的：電壓畸變、過零噪聲、中性線過熱、變壓器過熱、斷路器的誤動作等。

①電壓畸變：因為電源系統(tǒng)有內(nèi)阻抗，所以諧波負(fù)荷電流將造成電壓波形的諧波電壓畸變(這是產(chǎn)生“平頂”波的根源)。此阻抗有兩個組成部分：電源接口(PCC)以后的電氣裝置內(nèi)部電纜線路的阻抗和PCC以前電源系統(tǒng)內(nèi)的阻抗，用戶處的供電變壓器即是PCC的一例。

由非線性負(fù)荷引起的畸變負(fù)荷電流在電纜的阻抗上產(chǎn)生一個畸變的電壓降。合成的畸變電壓波形加到與此同一電路上所接的全部其他負(fù)荷上，引起諧波電流的流過，即使這些負(fù)荷是線性的負(fù)荷也是如此。

解決的辦法是把產(chǎn)生諧波的負(fù)荷的供電線路和對諧波敏感的負(fù)荷的供電線路分開，線性負(fù)荷和非線性負(fù)荷從同一電源接口點開始由不同的電路饋電，使非線性負(fù)荷產(chǎn)生的畸變電壓不會傳導(dǎo)到線性負(fù)荷上去。

②過零噪聲：許多電子控制器要檢測電壓的過零點，以確定負(fù)荷的接通時刻。這樣做是為了在電壓過零時接通感性負(fù)荷不致產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓，從而可減少電磁干擾(EMI)和半導(dǎo)體開關(guān)器件上的電壓沖擊。當(dāng)在電源上有高次諧波或瞬態(tài)過電壓時，在過零處電壓的變化率就很高且難于判定從而導(dǎo)致誤動作。實際上在每個半波里可有多個過零點。

③中性線過熱：在中性點直接接地的三相四線式供電系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)荷產(chǎn)生3N次諧波電流時，中性線上將流過各相3N次諧波電流的和。如當(dāng)時三相負(fù)荷不平衡時，中性線上流經(jīng)的電流會更大。最近研究實驗發(fā)現(xiàn)中性線電流會可能大于任何一相的相電流。造成中性線導(dǎo)線發(fā)熱過高，增加了線路損耗，甚至?xí)龜鄬?dǎo)線。

現(xiàn)行的解決措施是增大三相四線式供電系統(tǒng)中中性線的導(dǎo)線截面積，最低要求要使用與相線等截面的導(dǎo)線。國際電工委員會(IEC)曾提議中性線導(dǎo)線的截面應(yīng)為相線導(dǎo)線截面的200%。

④變壓器溫升過高：接線為Yyn的變壓器，其二次側(cè)負(fù)荷產(chǎn)生3N次諧波電流時，其中性線上除有三相負(fù)荷不平衡電流總和外，還將流過3N次諧波電流的代數(shù)和，并將諧波電流通過變壓器一次側(cè)流入電網(wǎng)。解決上述問題最簡單的辦法是采用Dyn接線的變壓器，使負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流在變壓器△形繞組中循環(huán)，而不致流入電網(wǎng)。

無論諧波電流流入電網(wǎng)與否，所有的諧波電流都會增加變壓器的電能損耗，并增加了變壓器的溫升。

⑤引起剩余電流斷路器的誤動作：剩余電流斷路器(RCCB)是根據(jù)通過零序互感器的電流之和來動作的，如果電流之和大于額定的限值它就將脫扣切斷電源。出現(xiàn)諧波時RCCB誤動作有兩個原因：第一，因為RCCB是一種機(jī)電器件，有時不能準(zhǔn)確檢測出高頻分量的和，所以就會誤跳閘。第二，由于有諧波電流的緣故，流過電路的電流會比計算所得或簡單測得的值要大。大多數(shù)的便攜式測量儀表并

不能測出真實的電流均方根值而只是平均值，然后假設(shè)波形是純正弦的，再乘一個校正系數(shù)而得出讀數(shù)。在有諧波時，這樣讀出的結(jié)果可能比真實數(shù)值要低得多，而這就意味著脫扣器是被整定在一個十分低的數(shù)值上。

現(xiàn)在可以買到能檢測電流均方根值的斷路器，再加上真實的均方根值測量技術(shù)，校正脫扣器的整定值，便可保證供電的可靠性。(2)影響供電電源的諧波問題及解決措施：

《中華人民共和國電力法》指出：“用戶用電不得危害供電、用電安全和擾亂供電、用電秩序”，《供電營業(yè)規(guī)則》中規(guī)定：“用戶的非線性阻抗特性的用電設(shè)備接入電網(wǎng)運行所注入電網(wǎng)的諧波電流和引起公共連接點至正弦波畸變超過標(biāo)準(zhǔn)時，用戶必須采取措施予以消除?！?/p>

由畸變電流造成的電壓畸變?nèi)Q于電源阻抗。阻抗愈大則由同一電流畸變所造成的電壓畸變就愈大。對于10次以下的諧波而言，供電網(wǎng)絡(luò)通常是感性的，所以電源阻抗就和頻率成正比，諧波次數(shù)越高，所造成的畸變就越大。通常不可能減小供電系統(tǒng)的阻抗，所以需要采用別的步驟來保證電壓畸變不超過限度。可能的解決方法有：裝用諧波濾波器、裝用隔離變壓器和裝用有源的諧波調(diào)節(jié)器。

①裝用諧波濾波器：對于電動機(jī)控制器產(chǎn)生的諧波，諧波的形狀很分明，可以用濾波器來降低諧波電流。對于六脈沖的控制器，濾波器可去掉20%的五次諧波以及全部的高次諧波，對基波影響甚微。為了避免增益頂峰靠近諧波，必須用解諧的濾波器，而且可能需裝多個濾波器。在12脈沖橋路中最低次的諧波是11次的，此時情況比較簡單。

②裝用隔離變壓器：均衡的三次諧波電流傳回到電源去的問題可以用一臺Dyn接法的隔離變壓器來削弱。使用這種變壓器時，通常裝設(shè)一個旁路的電路以避免在進(jìn)行變壓器的維護(hù)工作時長時期地對負(fù)荷停止供電。在這種情況下，應(yīng)采用中性線有足夠大的通用四芯饋線。在重要的配電系統(tǒng)中，有時把隔離變壓器就地裝在每一配電盤上，使3N次諧波電流與配電系統(tǒng)相隔離。隔離變壓器要適當(dāng)提高額定值，否則也會產(chǎn)生電壓畸變和過熱。

③裝用有源的諧波調(diào)節(jié)器：由變流器/逆變器產(chǎn)生的邊頻帶和諧波不能很好地用普通的濾波器來濾除，這是因為邊頻帶上的頻率是隨傳動裝置的速度而變化的，并且時常很接近于基波頻率。目前有源濾波器日益推廣應(yīng)用，它在工作時主動地注入一個電流來精確地補(bǔ)償由負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流，就會獲得一個純粹的正弦波。這種濾波設(shè)備的工作靠數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)來控制快速絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。因為設(shè)備是與供電系統(tǒng)并聯(lián)工作的，它只控制諧波電流，基波電流并不流過該濾波器。如果所需過濾的諧波電流比濾波器的容量大的話，它只是簡單地起限制作用而使波形得到部分的糾正。

諧波"一詞起源于聲學(xué)。有關(guān)諧波的數(shù)學(xué)分析在18世紀(jì)和19世紀(jì)已經(jīng)奠定了良好的基礎(chǔ)。傅里葉等人提出的諧波分析方法至今仍被廣泛應(yīng)用。電力系統(tǒng)的諧波問題早在20世紀(jì)20年代和30年代就引起了人們的注意。當(dāng)時在德國，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C.Read發(fā)表的有關(guān)變流器諧波的論文是早期有關(guān)諧波研究的經(jīng)典論文。到了50年代和60年代，由于高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展，發(fā)表了有關(guān)變流器引起電力系統(tǒng)諧波問題的大量論文。70年代以來，由于電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭中的應(yīng)用日益廣泛，諧波所造成的危害也日趨嚴(yán)重。世界各國都對諧波問題予以充分和關(guān)注。國際上召開了多次有關(guān)諧波問題的學(xué)術(shù)會

議，不少國家和國際學(xué)術(shù)組織都制定了限制電力系統(tǒng)諧波和用電設(shè)備諧波的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。

供電系統(tǒng)諧波的定義是對周期性非正弦電量進(jìn)行傅立葉級數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值（n=fn/f1）稱為諧波次數(shù)。電網(wǎng)中有時也存在非整數(shù)倍諧波，稱為非諧波（Non-harmonics）或分?jǐn)?shù)諧波。諧波實際上是一種 干擾量，使電網(wǎng)受到“污染”。電工技術(shù)領(lǐng)域主要研究諧波的發(fā)生、傳輸、測量、危害及抑制，其頻率范圍一般 為2≤n≤40。

諧波是怎么產(chǎn)生的？

電網(wǎng)諧波來自于3個方面：

一是發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波：

發(fā)電機(jī)由于三相繞組在制作上很難做到絕對對稱，鐵心也很難做到絕對均勻一致和其他一些原因，發(fā)電源多少也會產(chǎn)生一些諧波，但一般來說很少。

二是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波：

輸配電系統(tǒng)中主要是電力變壓器產(chǎn)生諧波，由于變壓器鐵心的飽和，磁化曲線的非線性，加上設(shè)計變壓器時考慮經(jīng)濟(jì)性，其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結(jié)構(gòu)形式、鐵心的飽和程度有關(guān)。鐵心的飽和程度越高，變壓器工作點偏離線性越遠(yuǎn)，諧波電流也就越大，其中3次諧波電流可達(dá)額定電流0.5%。

三是用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波：

晶閘管整流設(shè)備。由于晶閘管整流在電力機(jī)車、鋁電解槽、充電裝置、開關(guān)電源等許多方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用，給電網(wǎng)造成了大量的諧波。我們知道，晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然在留下部分中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路，在接感性負(fù)載時則含有奇次諧波電流，其中3次諧波的含量可達(dá)基波的30%；接容性負(fù)載時則含有奇次諧波電壓，其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋6脈整流器，變壓器原邊及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流；如果是12脈沖整流器，也還有11次及以上奇次諧波電流。經(jīng)統(tǒng)計表明：由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近40%，這是最大的諧波源。

變頻裝置。變頻裝置常用于風(fēng)機(jī)、水泵、電梯等設(shè)備中，由于采用了相位控制，諧波成份很復(fù)雜，除含有整數(shù)次諧波外，還含有分?jǐn)?shù)次諧波，這類裝置的功率一般較大，隨著變頻調(diào)速的發(fā)展，對電網(wǎng)造成的諧波也越來越多。

電弧爐、電石爐。由于加熱原料時電爐的三相電極很難同時接觸到高低不平的爐料，使得燃燒不穩(wěn)定，引起三相負(fù)荷不平衡，產(chǎn)生諧波電流，經(jīng)變壓器的三角形連接線圈而注入電網(wǎng)。其中主要是2 7次的諧波，平均可達(dá)基波的8% 20%，最大可達(dá)45%。

氣體放電類電光源。熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈等屬于氣體放電類電光源。分析與測量這類電光源的伏安特性，可知其非線性十分嚴(yán)重，有的還含有負(fù)的伏安特性，它們會給電網(wǎng)造成奇次諧波電流。

家用電器。電視機(jī)、錄像機(jī)、計算機(jī)、調(diào)光燈具、調(diào)溫炊具等，因具有調(diào)壓整流裝置，會產(chǎn)生較深的奇次諧波。在洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、空調(diào)器等有繞組的設(shè)備中，因不平衡電流的變化也能使波形改變。這些家用電器雖然功率較小，但數(shù)量巨大，也是諧波的主要來源之一。

第五篇：高次諧波的產(chǎn)生及其治理

高次諧波的產(chǎn)生及其治理

一、概述

目前，許多變電所的負(fù)荷中含有大量非線性負(fù)荷，如整流裝置、交-交變頻裝置、煉鋼電弧爐、中頻爐、電力機(jī)車、交流電焊機(jī)、高頻電焊機(jī)、中頻淬火爐、高頻淬火爐、計算機(jī)的開關(guān)電源、帶電子鎮(zhèn)流器的熒光燈等。供電給這些非線性負(fù)荷的系統(tǒng)電壓即使為理想正弦波，它們工作時的電流也是非正弦電流。這些非正弦電流波形按傅氏級數(shù)可以分解為基波及一系列不同頻率和振幅的諧波。諧波頻率為基波頻率的整數(shù)倍時，稱為高次諧波；其頻率為基波頻率的非整數(shù)倍時，稱為分?jǐn)?shù)諧波或旁頻波；其頻率低于基波頻率時，稱為次諧波。諧波電流流經(jīng)系統(tǒng)中包括發(fā)電機(jī)、輸電線、變壓器等各種阻抗元件時，必然產(chǎn)生非正弦的電壓降，使交流系統(tǒng)內(nèi)各點的電壓波形也發(fā)生不同程度的畸變。電壓畸變的程度取決于非線性負(fù)荷容量與電網(wǎng)容量的相對比值以及供電系統(tǒng)對諧波頻率的阻抗，畸變的電壓反過來對整流裝置從系統(tǒng)中取用的電流波形又有影響。因而諧波電流和諧波電壓是相伴而生、相互影響的。

二、諧波危害 2.1通訊干擾

非線性負(fù)荷供電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波對與其鄰近的通訊線路產(chǎn)生靜電感應(yīng)及電磁感應(yīng)，在通訊系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生不良影響。2.2同步發(fā)電機(jī)的影響

電力系統(tǒng)中的同步發(fā)電機(jī)，特別是以非線性負(fù)荷為主或以發(fā)電電壓直接供給非線性負(fù)荷的同步發(fā)電機(jī)，高次諧波對其有較大不良影響。諧波電流引起定子特別是轉(zhuǎn)子部分的附加損耗和附加溫升，降低了發(fā)電機(jī)的額定出力。2.3對異步電動機(jī)的影響

諧波引起電機(jī)角速度脈動，嚴(yán)重時會發(fā)生機(jī)械共振。對電動機(jī)的功率因數(shù)和最大轉(zhuǎn)矩都有影響。2.4對電力電容器的影響

由于電容器的容抗和頻率成反比，電力電容器對諧波電壓最為敏感。諧波電壓加速電容器介質(zhì)老化，介質(zhì)損失系數(shù)tgδ增大，容易發(fā)生故障和縮短壽命，諧波電流常易使電容器過負(fù)荷而出現(xiàn)不允許的溫升。電容器與電力系統(tǒng)還可能發(fā)生危險的諧振。此時，電容器成倍地過負(fù)荷，響聲異常，熔斷器熔斷，使電容器無法運行。伴隨著諧振，在諧振環(huán)節(jié)常出現(xiàn)過電壓，造成電氣元件及設(shè)備故障或損壞，嚴(yán)重時影響系統(tǒng)的安全運行。

2.5對電纜線路絕緣的影響

對電纜線路，非正弦電壓使絕緣老化加速，漏泄電流增大；當(dāng)出現(xiàn)并聯(lián)諧振過電壓時，可能引起放炮并擊穿電纜。2.6對變壓器的影響 諧波電壓使變壓器激磁電流增大，效率變低，并惡化其功率因數(shù)。諧波放大會造成主變聲音異常。2.7對測量儀的影響

高次諧波會引起電度表誤差，諧波頻率愈高，誤差愈大，且均為負(fù)誤差。

2.8對繼電保護(hù)自動裝置等的影響

當(dāng)諧波電壓水平較高時，對供電系統(tǒng)的電壓自動調(diào)節(jié)的誤差有所增加。負(fù)序系統(tǒng)的高次諧波電流對具有負(fù)序電流諧波濾波裝置的繼電保護(hù)裝置有不良影響。諧波電流惡化甚至破壞利用電力線路作為聯(lián)系通道的遠(yuǎn)動裝置的工作。2.9對整流裝置的影響

高次諧波對脈沖—相位控制的可控硅（晶閘管）整流裝置有較大影響，可能造成脈沖丟失而燒壞可控硅管。

由于諧波的這些危害，所以在設(shè)計和建設(shè)非線性負(fù)荷的配電時，必須滿足國家制訂的諧波標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》GB/T14549-93要求，采取抑制和消除諧波的措施。抑制和消除諧波，主要歸結(jié)為抑制和消除諧波電流，使電壓畸變率和系統(tǒng)注入公共連接點的 諧波電流符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

三、公用電網(wǎng)諧波國家標(biāo)準(zhǔn)

國家標(biāo)準(zhǔn)GBT/14549-93中諧波電壓限值和諧波電流允許值如下： 3.1公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值見表1： 表1電網(wǎng)標(biāo)稱電壓(kv)

電壓總畸變率(％)

各次諧波電壓含有率(％)

奇次

偶次

0.38 5.0 4.0 2.0 6 4.0 3.2 1.6

3.0 2.4 1.2

2.0 1.6 0.8

3.2諧波電流允許值

3.2.1公共連接點的全部用戶向該點注入的諧波電流分量（方均根值）不應(yīng)超過表2中規(guī)定的允許值。當(dāng)公共連接點的最小短路容量不同于基準(zhǔn)短路容量時，表2中的諧波電流允許值的換算為：

Ih=（Sk1/Sk2）×Ihp

式中：Sk1——公共連接點的最小短路容量，MVA； Sk2——基準(zhǔn)短路容量，MVA；

Ihp——表2中的第h次諧波電流允許值，A； Ih——短路容量為Sk1時的第h次諧波電流允許值。表2注入公共連接的諧波電流允許值標(biāo)準(zhǔn) 電壓 kv 基準(zhǔn)短 路容量 MVA

諧波次數(shù)及諧波電流允許值，3 4 5 6 7 8

A 9 10 11 12 13

0.38 10 78 62 39 62 26 44 19 21 16 28 13 24 100 43 34 21 34 14 24 11 11 8.5 16 7.1 13 100 26 20 13 20 8.5 15 6.4 6.8 5.1 9.3 4.3 7.9

250 15 12 7.7 12 5.1 8.8 3.8 4.1 3.1 5.6 2.6 4.7

500 16 13 8.1 13 5.4 9.3 4.1 4.3 3.3 5.9 2.7 5.0

75.12 9.6 6 9.6 4.0 6.8 3.0 3.2 2.4 4.3 2.0 3.7

續(xù)表2注入公共連接的諧波電流允許值標(biāo)準(zhǔn) 電壓 kv 基準(zhǔn)短 路容量 MVA

諧波次數(shù)及諧波電流允許值，A 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 0.38 10 11 12 9.7 18 8.6 16 7.8 8.9 7.1 14 6.5 12 100 6.1 6.8 5.3 10 4.7 9.0 4.3 4.9 3.9 7.4 3.6 6.8 100 3.7 4.1 3.2 6.0 2.8 5.4 2.6 2.9 2.3 4.5 2.1 4.1 35 250 2.2 2.5 1.9 3.6 1.7 3.2 1.5 1.8 1.4 2.7 1.3 2.5

500 2.3 2.6 2.0 3.8 1.8 3.4 1.6 1.9 1.5 2.8 1.4 2.6

750 1.7 1.9 1.5 2.8 1.3 2.5 1.2 1.4 1.1 2.1 1.0 1.9 3.2.2同一公共接點的每個用戶向電網(wǎng)注入的諧波電流允許值按此用戶在該點的協(xié)議容量與其公共接點的供電設(shè)備容量之比進(jìn)行分配。分配的計算方式見下式： Im=Ih(Si/St)1/α

式中：Im——公共接點處第i個用戶的第h次諧波電流允許值，A；

Ih——按式(1)換算的第h次諧波電流允許值，A； Si——第i個用戶的用電協(xié)議容量，MVA；

St——公共接點的供電設(shè)備容量，MVA； α——相位迭加系數(shù)，按表3取值。表3h 3 5 7 11 13

9(>13)偶次

α

1.1 1.2 1.4 1.8 1.9 2

四、諧波電流發(fā)生量 4.1整流裝置諧波電流理論值

整流裝置諧波有特征諧波和非特征諧波之分，特征諧波是指整流裝置運行于正常條件下所產(chǎn)生的諧波。正常條件下的電源為三相對稱系統(tǒng)，供電回路為三相對稱回路。對于可控硅整流裝置而言，各相控制角及特性沒有差異。若整流裝置運行于非正常條件下除產(chǎn)生特征諧波外，還產(chǎn)生非特征諧波。

特征諧波具有間斷性幅值頻譜，其諧波次數(shù)由整流相數(shù)決定?？梢杂靡粋€簡單的通式來表達(dá)。如以p代表相數(shù)（脈波數(shù)），k為正整數(shù)，則特征諧波次數(shù)為n=kp±1。

特征諧波幅值大小與重迭角γ和控制角α及容量有關(guān)，工程應(yīng)用可由曲線查得。

非特征諧波可能具有連續(xù)的幅值頻譜，其諧波次數(shù)不可能用一個簡單的通式來表達(dá)。非特征諧波幅值大小雖可從理論上加以推導(dǎo)，但很困難且不準(zhǔn)確。通常數(shù)值不大，工程上可取In=（0.15～0.2）I1/n。但個別工程由于整流裝置的控制角誤差而引起的非特征諧波值很大，甚至比特征諧波值還大。這時應(yīng)調(diào)整整流裝置的觸發(fā)系統(tǒng)，使非正常諧波值減小。否則，諧波濾波裝置的組數(shù)需增加，投資需增大。4.2交流電弧爐諧波電流發(fā)生量

煉鋼電弧爐在熔化期間內(nèi)，由于電弧特性是非線性的，將產(chǎn)生大量的諧波電流，而且三相電流不平衡，具有較多的3次諧波。從電流波形看出，正負(fù)兩部分也是不對稱的，說明還存在偶次諧波。主要是2次諧波。

電弧爐諧波電流的頻率是一組連續(xù)頻譜，其中整數(shù)諧波2、3、4、5、6、7次的幅值較大，而非整數(shù)次幅值較小。

在熔化期內(nèi)，諧波電流隨電弧電流變化，其峰值與均方根值相差很大。諧波濾波裝置設(shè)計不宜采用瞬時峰值，應(yīng)按最嚴(yán)重一段時間內(nèi)的諧波電流平均值考慮。對一運行的電弧爐，最好通過測試取得。對新建或無條件測試的可參考表三選取。表4n 1 2 3 4 5 6 7

In/I1 100 7~11 8~13 4~6 5~7 2~3 2~3

五、諧波治理方法

5.1增大供電系統(tǒng)對諧波的承受能力；提高系統(tǒng)的短路容量；采用較高電壓供電。

5.2減小諧波發(fā)生量：增加整流裝置的脈動數(shù)、增大換向電抗、改善觸發(fā)對稱度；同類型非線性負(fù)荷盡量集中供電，利用諧波源之間的相位不同相互抵消部分諧波。

5.3避免諧波放大和諧振，選擇合適的電容器組參數(shù)或采用合適參數(shù)串聯(lián)電抗器。5.4安裝電力諧波濾波裝置 加大系統(tǒng)的短路容量難以實現(xiàn)，增加整流器的等效相數(shù)也受到限制，當(dāng)?shù)刃鄶?shù)超過12相時，需增加移相設(shè)備，同時會帶來維修運行上的不便，安裝諧波濾波裝置就成了首選。諧波濾波裝置既能消除諧波，又能補(bǔ)償無功功率，提高功率因數(shù)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。5.5抑制快速變化諧波的措施

快速變化的諧波源(如電弧爐、電力機(jī)車、晶閘管供電的軋機(jī)、卷揚機(jī)等)除產(chǎn)生諧波外，往往還引起供電電壓的波動和閃變，抑制快速變化諧波的技術(shù)措施就是在諧波源處并聯(lián)裝設(shè)靜補(bǔ)裝置，又稱動態(tài)無功補(bǔ)償裝置。靜補(bǔ)裝置的基本結(jié)構(gòu)是由快速可變的電抗器或電容器組合而成。

目前技術(shù)上較成熟，工程上應(yīng)用較多的有下述四種基本形式：

1.自飽和電抗器；2.晶閘管控制電抗器；3.晶閘管控制高漏抗變壓器；4.晶閘管投切電容器。

我公司開發(fā)的“晶閘管過零觸發(fā)裝置”專利技術(shù)，應(yīng)用于晶閘管投切電容器動態(tài)諧波濾波裝置，其動態(tài)響應(yīng)速度達(dá)到了晶閘管控制電抗器動態(tài)諧波濾波裝置性能，其對諧波的吸收效果優(yōu)于晶閘管控制電抗器動態(tài)諧波濾波裝置。5.6有源電力濾波器

有源電力濾波器是運用電力電子技術(shù)，向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相同、方向相反的電流，使流入電源的總諧波電流為零。

目前國內(nèi)有源電力濾波器產(chǎn)品功率較小，價格較高，尚未大量使用。

有源電力濾波器技術(shù)是諧波治理技術(shù)的發(fā)展方向。

六、電力高次諧波濾波裝置 6.1諧波濾波裝置諧波器支路種類 諧波濾波器大致分為以下幾種：（圖一)a：單調(diào)諧諧波濾波器：頻帶窄，濾波效果好，損耗小，調(diào)諧容易，是使用最多的一種類型。

b：雙調(diào)諧諧波濾波器：可代替兩個單調(diào)諧諧波濾波器，只有一個電抗器（L1）承受全部沖擊電壓，但接線復(fù)雜，調(diào)諧困難，僅在超高壓系統(tǒng)中使用。

c：一階高通諧波濾波器：因基波損耗大，一般不采用。d：二階高通諧波濾波器：通頻帶很寬，濾波效果好，但損耗比單調(diào)諧大，通常用于較高次諧波。

e：三階高通諧波濾波器：電容器利用率較高，基波損耗小，但濾波效果不如二階高通諧波濾波器，一般用于電弧爐濾波。

f：“C”式高通諧波濾波器：性能處于二階和三階高通諧波濾波裝置之間，R的基波損耗最小，適用于電弧爐諧波濾波裝置。

最常用的諧波濾波器為單調(diào)諧諧波濾波器和二階高通諧波濾波器。

6.2 諧波濾波器的原理

我們以單調(diào)諧諧波濾波器為例來介紹一下諧波濾波裝置的原理：（圖二）

流入系統(tǒng)的諧波電流為：Isn=In×Xfn/（Xfn+Xsn）其中：

In——諧波電流發(fā)生量； Isn——流入系統(tǒng)的諧波電流； Xsn——系統(tǒng)的諧波阻抗； Xfn——諧波濾波器的總諧波阻抗。

諧波濾波器的總諧波阻抗為：Xfn=Rfn+j（2πfL－1/（2πfC））其中：

Xfn——諧波濾波器的總阻抗； Rfn——諧波濾波器的總電阻 f——流過諧波濾波器的電流的頻率 L——電抗器的電感量 C——電容器的電容量

當(dāng)在某次諧波下2πfL—1/（2πfC）=0時，Isn=InRfn/（Rfn+Xsn）。

一般地，Rfn＜＜Xsn，此時Isn＜＜In。

諧波電流絕大部分流入諧波濾波器，極小部分流入系統(tǒng)。這就是諧波濾波裝置吸收諧波的原理。6.3諧波濾波裝置的設(shè)置原則 諧波濾波裝置的設(shè)置原則如下：

a、諧波濾波裝置投運后，系統(tǒng)電壓總畸變率和流入系統(tǒng)電流必須滿足國家頒布的諧波管理規(guī)定。

b、諧波濾波裝置可安裝在總降變電所或車間。安裝于總降變電所可實現(xiàn)集中濾波和無功補(bǔ)償。安裝于車間可實現(xiàn)無功就地補(bǔ)償。兩者各有利弊。

c、諧波濾波裝置設(shè)計應(yīng)考慮背景諧波和近期發(fā)展的非線性負(fù)荷。留有一定裕量。6.4諧波濾波裝置設(shè)計步驟

6.4.1設(shè)計諧波濾波裝置時用戶應(yīng)提供以下資料：

a、公共連接點（P.C.C.點）的最小短路容量(Sk1，MVA)。b、變壓器銘牌參數(shù)。c、每臺用電設(shè)備容量。

d、諧波源設(shè)備工作方式(整流方式、工作原理)e、最好能提供實測電能質(zhì)量參數(shù)。6.4.2諧波濾波裝置容量的確定 諧波濾波裝置總?cè)萘看_定的基本原則：

a、滿足濾波效果的要求，即保證流入系統(tǒng)的各次諧波電流和母線上的綜合電壓畸變率在國標(biāo)（GB/T14549-93）規(guī)定的范圍之內(nèi)。b、諧波濾波裝置的基波無功輸出要滿足無功功率補(bǔ)償?shù)男枰?。在滿足上述技術(shù)要求前提下，裝置容量不宜過大。一則會使投資增加，二則會使母線或系統(tǒng)電壓升高。6.4.3諧波濾波裝置的支路設(shè)置

諧波濾波裝置一般分為幾個支路，根據(jù)諧波發(fā)生量的次數(shù)和大小設(shè)置各支路的參數(shù)，在滿足負(fù)載無功補(bǔ)償需要量、滿足公共連接點（P.C.C.點）的電壓畸變率和流入系統(tǒng)各次諧波電流要求的前提下，要避免在某次諧波頻率下產(chǎn)生并聯(lián)電流諧振，以保證諧波濾波裝置的長期安全運行。

諧波發(fā)生量的次數(shù)和大小由現(xiàn)場測試或理論計算確定?，F(xiàn)場測試能準(zhǔn)確測量出系統(tǒng)中存在的諧波量的次數(shù)和大小，為諧波濾波裝置的設(shè)計提供準(zhǔn)確的參數(shù)。6.4.4諧波濾波裝置的結(jié)構(gòu)和性能

諧波濾波裝置由濾波電容器、調(diào)諧電抗器、微電感電阻器、柜架、開關(guān)柜等主要設(shè)備組合而成。一般裝有2—4個單調(diào)諧諧波濾波裝置，有時包括一個高通諧波濾波裝置或“C”式諧波濾波裝置，依不同場合具體參數(shù)優(yōu)化設(shè)計而定。6.5諧波濾波裝置的運行操作與維護(hù)保養(yǎng)

a、濾波裝置必須嚴(yán)格按照設(shè)計要求進(jìn)行運行操作，投入諧波濾波裝置從低次往高次，切除諧波濾波裝置從高次往低次。b、高壓諧波濾波裝置運行時，任何人不得進(jìn)入安全網(wǎng)門內(nèi)。諧波濾波裝置切除后，經(jīng)10分鐘放電，并進(jìn)行可靠接地后，安全網(wǎng)門內(nèi)方可進(jìn)入。

c、當(dāng)諧波濾波裝置室溫度超過規(guī)定值時，應(yīng)啟動降溫設(shè)備。d、濾波電容器和調(diào)諧電抗器應(yīng)定期測量C（uf）、tgδ、L（mh）、絕緣電阻等。

e、諧波濾波裝置室應(yīng)定期清掃，遇有風(fēng)雪或風(fēng)沙天氣，應(yīng)關(guān)閉門窗。

我公司擁有多套諧波濾波裝置的設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試、運行經(jīng)驗。我們愿為您提供以下服務(wù)： a、諧波在線測量

包括各種非線性負(fù)荷的諧波電流發(fā)生量、引起供電線母線電壓正弦波形畸變率、電力系統(tǒng)背景諧波等。b、諧波評估

實測或理論計算諧波發(fā)生量及其危害的預(yù)測，并提出治理的初步方案。

c、濾波裝置的優(yōu)化設(shè)計

包括設(shè)備參數(shù)選擇、最佳系統(tǒng)設(shè)計和主要組件的設(shè)備設(shè)計以及工廠設(shè)計。

d、提供濾波裝置成套設(shè)備，并進(jìn)行設(shè)備安裝或安裝指導(dǎo)。e、濾波裝置現(xiàn)場調(diào)諧試驗。f、現(xiàn)場裝置的指標(biāo)考核。