抑制諧波危害的措施及例項分析

1.前言

如今↟•↟☁╃，隨著電力電磁相容技術的快速發展↟•↟☁╃，電力負荷的型別越來越多↟•↟☁╃，特別是變頻器驅動的電機系統以其方便的過程控制✘◕•、顯著的節能效果✘◕•、維護簡單✘◕•、數字化等特點得到了越來越多的應用↟☁。無論是哪種變頻器↟•↟☁╃，都會在變頻器的輸出端產生高諧波↟•↟☁╃，進入諧波會透過輸入電源線影響公共電網↟☁。輸出端諧波對電機等負荷有很大的不利影響↟•↟☁╃，促使電網在穩定執行下產生越來越多的諧波↟☁。諧波都來自哪裡.都有何危害.怎樣檢測.今天我們關心的是如何抑制等等↟☁。

2.諧波源

諧波來自各種諧波源↟•↟☁╃，據說“諧波源”一般指各種特定的電氣裝置↟•↟☁╃，即非線性電氣裝置或非線性電力負荷↟☁。其中↟•↟☁╃，電力電子裝置是電網的重要組成部分↟•↟☁╃，有大量的變壓器組.鐵心電抗器.電弧爐.變頻驅動或可控矽整流直流驅動裝置.計算機.用於關鍵負荷ups電源(ups).節能熒光燈系統.電氣產品和電子產品是諧波源↟☁。這種非線性負荷會導致電網汙染✘◕•、電力質量下降✘◕•、配電裝置故障✘◕•、嚴重情況甚至安全事故↟☁。

3.諧波傷害

當電力電子裝置的容積達到連線的電網短路容量0時.3-0.當由諧波諧振引起的電網引數約為5倍或較低時↟•↟☁╃，可能很容易在一定範圍內產生諧波諧振“諧波不穩”↟☁。5.7次諧波含量佔總諧波含量的很大比例↟•↟☁╃，其中5次諧波含量佔總諧波含量的45%↟•↟☁╃，其中80%↟☁。諧波損傷主要體現在以下幾個方面:

(1)電機變壓器上高諧波電流皮膚收集效果嚴重時↟•↟☁╃，容易造成部分高溫和變壓器銅損傷比例增加↟☁。

(2)由於諧波電流與基波磁場的相互作用↟•↟☁╃，會產生不良振動分析↟•↟☁╃，加速軸和軸承疲勞↟•↟☁╃，縮短壽命↟•↟☁╃，提高變壓器噪聲↟☁。

(3)電機諧波軸承受較大諧波的電壓容易穿透軸承潤滑油膜↟•↟☁╃，導致放電損壞軸承↟☁。

(4)電網中大量三次諧波導致電力電容器快速“鼓肚”和“放炮”在撤離操作中↟•↟☁╃，三次諧波穿過中線會使線路超溫↟•↟☁╃，甚至發生火災↟☁。

(5)在一定的環境下↟•↟☁╃，電力電子裝置執行過程中產生的瞬時刺電壓是造成電纜絕緣故障和損壞的主要原因↟☁。

(6)諧波也可能導致保護裝置的誤動↟☁。

(7)諧波訊號頻率高.大能量可以有電容耦合.電磁感應.電氣傳輸等特性↟•↟☁╃，對通訊造成不可避免的影響↟☁。

(8)諧波超標容易破壞電子原器件或減少電子原器件的使用壽命↟☁。

(9)諧波會導致公共電網部分並聯諧振和串聯諧振↟•↟☁╃，進而變大諧波↟•↟☁╃，進而大大增加上述傷害↟•↟☁╃，甚至導致其他重大事故↟☁。

4.國家標準

gb／t14549-93電能質量-公共電網諧波表1↟☁。

表2為引入公共節點的諧波電流規定值↟☁。

表1 電能質量-公用電網諧波標準

表2 注入公共連線點的諧波電流允許值

5.諧波測量

上述諧波的危害使它成為*必要時↟•↟☁╃，在電網和監測電網日常執行中電能質量的重要因素↟☁。由於電網諧波問題的多樣性↟•↟☁╃，很難根據某些理論準確地反映電網的具體情況↟☁。一般採用檢測到的電網諧波效應↟•↟☁╃，以確保電網的安全執行和高質量的電源↟☁。

目前↟•↟☁╃，從儀器效能測試的目的來看↟•↟☁╃，可以分為:諧波檢測器報警儀.諧波分析儀.電能質量綜合檢測儀↟☁。發達國家在諧波分析儀的開發和應用方面具有優異的技術↟•↟☁╃，儀器功能完善.檢測範圍廣↟•↟☁╃，使用方便可靠↟•↟☁╃，價格昂貴↟☁。但是國產儀器的特點可能很差↟•↟☁╃，資料收集也不理想↟•↟☁╃，但是價格很低↟☁。比如:國內的dxj一系列諧波檢測儀.美國fluke電能質量檢測儀.日產資料電能檢測儀.國產gxf系列諧波分析儀等↟☁。

6.諧波治理

抑制諧波損傷的對策主要是抑制諧波源本身和通訊路徑↟☁。基本概念╃·▩：一是組裝諧波補償裝置補償諧波↟•↟☁╃，二是改造電力電子裝置本身↟•↟☁╃，減少諧波↟•↟☁╃，功率因素可控制為1↟•↟☁╃，三是在市政電網中採取適當的對策來抑制諧波↟•↟☁╃，具體做法如下╃·▩：

6.1抑制諧波所採取的措施

(1)選擇電力電子裝置時↟•↟☁╃，儘量選擇脈衝較大或有一定移相角的換流變壓器↟☁。12相脈衝整流thdv大約10%-15%↟•↟☁╃，18相脈衝整流thdv大約3%-8%↟•↟☁╃，缺點是必須使用專用變壓器↟•↟☁╃，不利於裝置改造↟•↟☁╃，價格較高；

(2)電源電流.線路阻抗.找出負載特性不平衡的原因↟•↟☁╃，改善電源三相不平衡；

(3)裝置本身無法改進時↟•↟☁╃，可在諧波源周圍組裝有源電源濾波器↟•↟☁╃，吸收諧波電流↟•↟☁╃，但補償水平小↟•↟☁╃，成本高；

(4)具有諧波多樣性的裝置應集中↟•↟☁╃，否則分散或重疊的應用↟•↟☁╃，適度限制多個諧波的工作模式；

(5)提高供電容量↟•↟☁╃，降低諧波含量；

(6)增強串聯電抗器↟•↟☁╃，增強與電氣系統的電氣間距↟•↟☁╃，減少諧波的相互作用；

(7)組裝無功功率補償裝置↟•↟☁╃，抑制電壓波動.閃變.三相不平衡；

(8)電源線與動力線分離↟•↟☁╃，儘量選擇雙絞線↟•↟☁╃，減少共模干擾；

(9)提高裝置或裝置的效能↟•↟☁╃，提高電氣裝置的抗干擾性；

(10)使用通訊電子控制系統時↟•↟☁╃，儘量增加檢測訊號和輸出軟體過濾器的操作部分↟•↟☁╃，以提高系統本身的抗干擾性↟☁。

無源電源波安裝方法簡單↟•↟☁╃，體型小↟•↟☁╃，.無功補償效果良好↟•↟☁╃，適用於穩定的諧波場↟☁。非線性負載產生的諧波電流以及過濾器與系統節點之間的電壓損失↟•↟☁╃，匯出和負載產生的諧波電流相同.相反↟•↟☁╃，諧波電流起到補償諧波的作用↟☁。動態效能好↟•↟☁╃，響應時間短(15μs)↟•↟☁╃，三相補償諧波電流低功率損耗(低於裝置最大功率的3%)↟•↟☁╃，適用於臨時諧波或諧波成分複雜✘◕•、變化快✘◕•、偶然性高的場地↟☁。

6.2應用案例

工廠廣泛採用變頻調速↟•↟☁╃，多見6脈衝開啟變頻器↟•↟☁╃，5次諧波含量高↟☁。每個人都有一個980kw／690v西門子6脈衝變頻器推動三相非同步電動機↟☁。諾基亞的無源電源濾波器連線到變頻器的輸入端↟•↟☁╃，關鍵是吸收變頻器產生的五個諧波↟☁。前五個諧波失真率為28.8%↟•↟☁╃，交付使用後為1.7%↟•↟☁╃，補償率超過90%↟☁。基本避免了5次全面諧波干擾↟•↟☁╃，延長了元器件的使用壽命↟☁。無源濾波器系統中的電容器增加了線路末端的功率因數↟•↟☁╃，達到100%↟☁。節能統計顯示↟•↟☁╃，投資後節電8000投資前一個月少8000度↟☁。

7.結語

諧波在一定程度上破壞了公共電網↟•↟☁╃，成為電網的汙染物之一↟☁。目前↟•↟☁╃，各種方法都有一定的缺陷↟☁。因此↟•↟☁╃，分析和研究如何抑制諧波也將成為一個關鍵課題↟☁。