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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。供电系统中的谐波治理及无功补偿-供电系统中的谐波治理及无功补偿1谐波对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量被称为谐波。谐波频率与基波频率的比值(n=fn/f1)称为谐波次数。谐波实际上是一种干扰量，使电网受到“污染”。其频率范围一般为2n40。2谐波源向公用电网注入谐波电流或在公用电网上产生谐波电压的电气设备称为谐波源。具有非线性特性的电气设备是主要的谐波源，针对天津港这一特定供电环境而言，经天津电科院测试，主要的谐波源是采
2、用交-直-交及变频调速的码头机械，这些设备取用的电流是非正弦形的，其谐波分量使系统正弦电压产生畸变。谐波电流的量取决于谐波源设备本身的特性及其工作状况，而与电网参数无关，故可视为恒流源。各种晶闸管电路产生的谐波次数与其电路形式有关，称为该电路的特征谐波。除特征谐波外，在三相电压不平衡，触发脉冲不对称或非稳定工作状态下，上述电路还会产生非特征谐波。进行谐波分析和计算最有意义的是特征谐波，如5，7，11，13次等。当电网接有多个谐波源时，由于各谐波源的同次谐波电流分量的相位不同，其和将小于各分量的算术和。变压器激磁电流中含有3，5，7等各次谐波分量。由于变压器的原副边绕组中总有一组为角形接法，为3
3、次谐波提供了通路，故3次谐波电流不流入电网。但当各相激磁电流不平衡时，可使3次谐波的残余分量(最多可达20)进入电网。3谐波传输对于多电压等级的电网，其谐波的特点是谐波电流由低压侧流向高压侧，其大小基本上与高压侧参数无关，可视为恒流源。谐波电压由高压侧传输到低压侧，可视为恒压源。在进行谐波分析时，就是根据这个原则构造电网的谐波等效电路。3.1电网元件的频率特性在谐波频率范围内，由于涡流和漏磁场作用，电网元件的谐波参数要考虑长线效应，即变压器和导线的等效电阻R随频率的上升而增加，等效电感L随频率的上升而降低。电缆、导线和电容器的电容C基本不随频率变化而保持恒定。负载阻抗与频率的关系依负载的不同而
4、异。3.2电网等效电路电网可以由电网各元件的谐波参数Rn、In和Cn组成等效网络。三相对称电网的等效电路图通常采用单相表示。根据等效电路计算各频率下的节点导纳矩阵Yn，求出阻抗Zn，计算谐波电压Un=ZnIn。4谐波限值为使电网谐波电压保持在允许值以下，必须限制谐波源注入电网的谐波电流量。大多数工业发达国家相继制定了电网谐波管理的标准或规定。谐波管理标准的制定是基于电磁相容性的原则，即在一个共同的电磁环境中，电气设备既能正常工作，又不得过量地干扰这个环境。我国已于1993年颁布了限制电力系统谐波的国家标准电能质量:公用电网谐波(GB/T14549-93)，规定了公用电网谐波电压限值和用户向公用
5、电网注入谐波电流的允许值。5谐波危险谐波增加电气设备的热损耗，干扰其功能甚至引发故障。另外谐波可对信息系统产生频率耦合干扰。5.1电动机谐波电压在电动机短路阻抗上产生的谐波电流和电动机负序基波电流I一起使设备产生附加热损耗，并且在电动机起动时容易发展成干扰力矩。谐波电流和负序基波电流有效值之和一般不得大于电动机额定电流Ie的510。5.2电容器谐波可使电容器过流发热。有关规程规定电容器长期工作电流不得超过1.3倍额定电流(Ic=CUn)。位于谐波源附近的电容器或者滤波电容器通常按较高的电流有效值特殊制造。5.3电子装置谐波电压可使晶闸管触发装置发生触发错误，甚至导致设备故障。谐波也会对电网音频
6、控制系统和计算机产生不良影响。5.4通讯系统在2.5kHz以下导线间电感电容耦合作用随频率呈近似线性上升，特别是较高次谐波会对通讯及信息处理设备产生干扰。6谐波抑制将三相桥式电路的脉动数从6提高到12，可消除5次、7次谐波。将多个谐波源接于同一段母线，利用谐波的相互补偿作用也可降低电网谐波含量。当谐波量超出规程允许值或者电网在谐波范围内有谐振时，通常设置单调谐滤波器吸收特征谐波。对于13次及以上的谐波，可设置一个高通滤波器。滤波回路也会吸收电网原有谐波并可能导致过负荷。一般通过调整失谐率，降低品质因数或者通过附加电子装置控制电流值来避免过负荷。电容器可通过串联电抗器形成谐波阻塞回路，以防止电容
7、器谐波过负荷。一般将串联谐振频率定在250Hz以下。7电网中含有谐波情况下的无功补偿7.1对原有变流器负荷的补偿当电网接有谐波源负载(例如变流器等)时，不能将补偿电容器直接接于电网，因为电容器与电网阻抗形成并联谐振回路，在对谐振频率进行估算时，可以根据电网短路功率Sk和电容器基波补偿容量Qc1计算Vr=F(Qcl/Sk)。在5次谐波频率下电网具有谐振，并联阻抗Xp大大升高，由谐波源发出的5次谐波电流流入谐振回路后，会产生很高的谐波电压，谐波电压叠加在基波电压上，导致电压波形发生畸变。在电网和电容器之间流动的平衡电流可达谐波源发出的电流的数倍，即谐波放大，此时变压器和电容器承受大于正常情况的负荷
8、，特别是电容器，长期运行于过负荷状态，加速绝缘老化，甚至击穿爆炸。可以根据电网阻抗和电容器容抗预先计算出并联谐振频率，调整电容器容量配置，使并联谐振频率与特征谐波频率保持一定的距离，避免谐波放大。但是实际的电网阻抗不为常数，而时常处于不断变化之中，很难完全避开谐振，特别当电容器分组调节运行时，情况更为复杂。当需要对接有谐波源设备的电网进行补偿时，必须采取技术措施，将并联谐振点移到安全位置，而实践证明最可靠的方法就是在电容器回路中串联电抗器。7.2电容器回路串电抗电容器串电抗后形成一个串联谐振回路，在谐振频率下呈现出很低的阻抗(理论上为0)。如果串联谐振频率与电网特征谐波频率一致，则成为纯滤波回
9、路。如果只吸收少量谐波，则称为失谐滤波回路。失谐波回路的主要用途是防止谐波放大，滤波效果不大，回路串联谐振频率通常低于电网的最低次特征谐波频率，即设定为基波频率的3.84.2倍。工程计算公式为:电抗器电抗XL=电容器容抗Xc的百分比(X)或者:电抗器功率QL=电容器基波容量QC的百分比(X)电抗器电抗或容量一般为电容器容抗或容量的67。在选择X=6时，谐振次数为V=4.08。失谐滤波回路只吸收少量5次及以上的谐波，谐波源产生的谐波的大部分流入电网，电容器容量根据预计达到的功率因数值确定。纯滤波回路的主要用途是吸收谐波，同时补偿基波无功功率。在串联谐振状态下，滤波回路的合成阻抗Xs接近于0，因此
10、可对相关谐波形成“短路”。在谐振频率以下滤波回路呈容性，因此能够输出容性基波无功功率以补偿感性无功功率。在谐振频率以上滤波回路呈感性。由于滤波回路在谐振点以下呈容性，所以在其特征频率以下又与电网电感形成并联谐振回路。如果在这个频率范围内没有特征谐波，则并联谐振对电网不会产生危害。设计滤波回路时，应从最低次谐波开始，例如对于6脉动桥式变流器的谐波，应从5次谐波开始设置滤波回路。多个滤波回路的并联谐振频率。当电容器采用形接线，则滤波回路的谐振频率一般设定为特征谐波频率的9698，以便平衡电网的频率波动和环境温度变化引起的电容量的改变，滤波回路除了输出基波无功功率外，还要承受谐波负荷，多个不同谐振频
11、率的滤波器在两个过0点间会出现一个并联谐振点。7.3滤波回路的无功功率调节由于滤波回路的主要任务是吸收电网谐波，所以限制了对基波无功功率进行调节的灵活性，只能对各个回路进行投切，投入的顺序为从低次到高次，切除的顺序为从高次到低次。对于容量较大的补偿滤波装置，可以采取纯滤波回路和失谐滤波回路结合的方法，即纯滤波回路固定运行，补偿基本负荷，失谐滤波回路作为调节运行。对于低压谐波装置，也可以采取多个同次滤波回路并联的方法，但需注意以下两点:a)失谐滤波回路可以并联运行，用于对滤波效果没有严格要求的场所。b)同次调谐滤波回路并联运行会出现问题。在谐振频率下回路阻抗理论上为0，但实际上电流不可能在2个支
12、路间平均分配，其主要原因:由于元件制作误差、环境温度变化、电容器老化和元件容丝的动作等因素影响，导致各支路阻抗不为0，并且互有差异。电感和电容的调谐精度的限制。不可能将两个支路的参数调得完全一样。如果两个同次滤波回路中的一个在特征谐波频率下呈感性，另一个呈容性，则会产生并联谐振，使谐波放大。如果经过经济技术比较需要采用并联方式，可以将两个支路均调为在特征谐波频率下呈感性，即rvl，各支路电阻接近，可以较好解决电流分配问题，但是滤波效果要降低。如果既要吸收谐波，又要保持调节的灵活性，可以采用并联支路的方式，即若干个同次滤波回路同时接入电网，各支路的电容同时并联，形成一个总的滤波回路，调节时可以投
13、切其中的一个或多个并联支路。这种方式不会出现支路间的并联谐振，同时提高了滤波效果。除了对电容器分组调节以外，对于负载波动频繁的场合，采用动态补偿及滤波装置是最佳的解决方案。7.4滤波回路的选择选择滤波回路有以下两个原则:a)主要用于吸收谐波，降低电网电压畸变，基波无功补偿居次要位置。b)提高电网功率因数，同时吸收谐波，电容器容量按无功补偿的要求配置。7.5滤波回路的效应在谐振频率下滤波回路仍然具有电阻，因此会产生损耗。图6原理图中忽略了所有其他负载，包括电缆电容，但并不影响计算准确度。电容器容量越小，谐振曲线越陡，一旦失谐，会有大量谐波电流进入电网。电容器容量越大，滤波效果也越好。品质因数改变
14、时谐振曲线只在特征谐波附近变化，在滤波器调谐频率与谐波频率相等或相近的情况下，品质因数越高，滤波效果越好。考虑到电容器和电抗器制造技术和费用等条件，品质因数一般在3080之间。谐波分流特性只适用于谐波源和滤波器稳定状态，在谐波源(例如可逆轧机传动)动态变化过程中，谐波电流的每次改变均会引起滤波器震荡，滤波器回路电阻越大(品质因数越小)，则震荡时间越短，但滤波效果要降低。对于频繁变化的谐波源负载，在过渡过程期间，电网要承受较大的谐波电流。7.6电网分析与计算设计补偿装置和滤波回路时，除了计算选择元器件参数外，对于特定的供电系统还需要进行具体电网分析，模拟出设备投入后预期的效果。浅析供电系统中谐波
15、的危害及其抑制措施1谐波是怎样产生的电力系统的谐波是电力系统电压波形产生畸变的表征。谐波的产生来自于电力电子设备、非线性阻抗设备和其它方面的干扰。其中电子设备谐波源的基本元件大部分采用非线性元件，工作波形为非正弦波，有的产品是切削正弦波执行工作的，如可控硅整流电源等；有的产品是将直流源变换成方波工作，如变频器、开关电源等。这些产品与电力系统发生关系时，都能使电力系统的基波产生大量的畸变。而非线性阻抗设备常利用感抗涡流工作或利用容性电离做功，如电焊机、电抗器、感应炉、电弧炉等，这些产品在运行时可使电流产生大幅度地浪涌、尖脉冲，造成电力系统的基波产生畸变，形成电源污染。2电力谐波造成的危害对于电力
16、系统来说，电力谐波的危害主要表现有以下几方面：2.1增加输、供和用电设备的额外附加损耗，使设备的温度过热，降低设备的利用率和经济效益。由于谐波电流的频率为基波频率的整数倍，高频电流流过导体时，因集肤效应的作用，使导体对谐波电流的有效电阻增加，从而增加了设备的功率损耗、电能损耗，使导体的发热严重。2.1.1增加输电线路的功耗谐波电流使输电线路的电能损耗增加。当注入电网的谐波频率位于在网络谐振点附近的谐振区内时，对输电线路会造成绝缘击穿。由于谐波次数高频率上升，再加之电缆导体截面积越大趋肤效应越明显，从而导致导体的交流电阻增大，使得电缆的允许通过电流减小。与架空线路相比,电缆线路对地电容要大倍，而
17、感抗仅为其，所以很容易形成谐波谐振，造成绝缘击穿。2.1.2对变压器的危害谐波会大大增加电力变压器的铜损和铁损，降低变压器有效出力，谐波导致的噪声，会使变电所的噪声污染指数超标，影响工作人员的身心健康。由于以上两方面的损耗增加，因此要减少变压器的实际使用容量。除此之外，谐波还导致变压器噪声增大，有时还发出金属声。2.1.3对电力电容器的危害含有电力谐波的电压加在电容器两端时，由于电容器对电力谐波阻抗很小，谐波电流叠加在电容器的基波上，使电容器电流变大，温度升高，寿命缩短，引起电容器过负荷甚至爆炸，同时谐波还可能与电容器一起在电网中造成电力谐波谐振，使故障加剧。2.2影响继电保护和自动装置的工作
18、可靠性特别对于电磁式继电器来说，电力谐波常会引起继电保护及自动装置误动或拒动，使其动作失去选择性，可靠性降低，容易造成系统事故，严重威胁电力系统的安全运行。2.3对用电设备的危害电力谐波会使电视机、计算机的图形畸变，画面亮度发生波动变化，并使机内的元件温度出现过热，使计算机及数据处理系统出现错误，严重甚至损害机器。此外，电力谐波还会对测量和计量仪器的指示不准确及整流装置等产生不良影响，它已经成为当前电力系统中影响电能质量的大公害。感应电动机。和变压器中的道理一样，谐波畸变会加大电动机中的损耗。然而，由于励磁磁场的谐波会产生附加的损耗，每个谐波分量都有自身的相序(正序、逆序、零序)，它表示旋转的
19、方向(在感应电动机中相对于基波磁场的正向而言的)。谐波次数123456789101112相序0000零序谐波(3次及3的倍数，即“3N”次谐波)产生不变的磁场，但是因为谐波频率较高，故磁性损耗大大增高而将谐波能量以热的方式放出。负序的谐波产生反方向旋转的磁场(相对于基波而言)，而使电机的力矩下降，并和零序谐波一样，产生更多的损耗。正序谐波产生正向旋转磁场来加大力矩，它和负序分量一起，可造成电机的振动而降低电机寿命。2.4影响电网的质量电力系统中的谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变，从而降低电网电压，浪费电网的容量。3电力谐波的抑制措施为了减少供电系统的谐波问题，从管理和技术上可采取以下措施：
20、3.1严格贯彻执行有关电力谐波的国家标准，加强管理我国1998年12月14日发布了国家标准GB17625.1-1998低压电气及电子设备发出的谐波电流限值(设备每相输入电流16A)，要求购置的用电设备，经过试验证实，符合该标准限值才允许接入到配电系统中。此外,1993年颁发的国家标准GB/T14549-1993电能质量公用电网谐波，规定了注入公共连接点的谐波电流允许值的用户，必须安装电力谐波滤波器，以限制注入公用电网的谐波。3.2加强谐波污染源的监测主管部门对所辖电网进行系统分析，正确测量，以确定谐波源位置和产生的原因，为谐波治理准备充分的原始材料；在谐波产生起伏较大的地方，可设置长期观察点，
21、收集可靠的数据。对电力用户而言，可以监督供电部门提供的电力是否满足要求；对于供电部门而言，可以评估电力用户的用电设备是否产生了超标的谐波污染。3.3在谐波源处中频炉专用谐波滤波装置中频感应炉的电源系统是电力系统中数量最大的谐波源，常见的为中频炉和高频感应炉电源等。一般脉冲中频炉，主要产生、次特征谐波等；对于脉冲换流中频炉，主要为、次特征谐波。一般情况下，小型换流装置采用脉冲，较为大型采用脉冲，如炉变压器接成型，或者采用两台炉变压器供电。对于中频炉滤波装置，我们已有上百套成功的先例。装置一般设计两条以上回路，采用组合滤波方式进行电能质量治理：1、根据不同的中频炉和不同电压等级，我们利用成熟技术向
22、用户提供50V-35KV谐波治理兼无功补偿成套装置；2、根据不同的治理目标和需求，我们会提出治理方案，建议成套装置是否选用无源滤波器或者有源滤波器，还是无源和有源混合方式滤波；3、根据用户中频炉数量和负荷分布情况，我们会根据性价比最好的原则，决定针对单个中频炉治理，还是进行多台集中治理，满足用户的各种需求。10KV或小于10KV的滤波装置，我们一般采用户内布置，采用柜式或者架式结构；对于35KV采用框架结构，一般以户内布置为好。35KV以上等级，一般都为户外布置。工程方式我们一般采用交钥匙工程，并对用户工程师进行培训。对于中频炉，我们一般建议采用无源滤波器，其结构简单、成本低、运行维护方便，同
23、样能够达到治理目标，被广泛应用于冶炼、机械加工企业中。针对不同的中频炉，我公司研发设计出各种中频炉专用综合滤波装置，并根据实际情况为用户专业定做电弧炉专用谐波滤波装置电弧炉是利用电弧能来冶炼金属的一种电炉。工业上应用的电弧炉可分为三类：第一类是直接加热式，电弧发生在专用电极棒和被熔炼的炉料之间，炉料直接受到电弧热。主要用于炼钢，其次也用于熔炼铁、铜、耐火材料、精炼钢液等；第二类是间接加热式，电弧发生在两根专用电极棒之间，炉料受到电弧的辐射热，用于熔炼铜、铜合金等。这种炉子噪声大，熔炼质量差，已逐渐被其它炉类所取代；第三类称为矿热炉（见矿热炉专用滤波补偿装置）；电弧炉一般是三相式，通过专用电弧炉
24、变压器供电，变压器高压侧通常为6.3KV、10KV、35KV，也有110KV，低压侧通常为一百多伏至一千多伏。目前常用的电弧炉规格主要在2T至100T炉之间。电弧炉冶炼基本分为两个阶段，熔化期和精炼期，熔化期由于存在大量固体未熔物，炉子状态不稳定，这时电流波形不规律，谐波含量大，主要是2、3、4、5、6、7等较为低次谐波，含有大量丰富间隙波并伴随电压波动和闪变，导致电网电压和电流的畸变。精炼期电弧炉稳定，谐波含量不大。谐波滤波器是抑制谐波电压和谐波电流畸变的主要办法之一。如果治理目标针对电压波动和闪变以及三相电流不平衡，SVC静止型动态无功功率补偿装置目前是最好的方法。我们主要针对电弧炉的特性
25、，非标设计成套电弧炉专用滤波补偿设备，通过上海领步科技公司开发计算机仿真软件，对于不同工况、不同厂家电弧炉进行专门设计。目前我公司设计成套安装的电弧炉专用滤波补偿装置和SVC装置有四十余套，正在安全、经济、可靠、有效地运行着.电渣炉专用滤波装置电渣炉是一种利用重熔电流产生热能熔化插入渣池的自耗电极，金属熔滴通过渣液清洗后，在水冷结晶器中结晶成电渣锭的一种特殊冶炼设备。电渣炉在熔炼的控制过程中，采用以调整脉冲信号移相角来控制可控硅整流器的输出电流，即调节磁调变压器的激磁电流达到控制变压器的二次输出电压。以控制信号控制交流变频器的输出频率，调节慢速升降电机的转速达到控制自耗电极插入熔池的深度，控制
26、冶炼电流的目的。由于可控硅整流器和交流变频器在运行中要产生谐波污染电网，所以供电部门常要求用户采取治理措施。在电渣炉接入的系统中，主要存在5次、7次、11次、13次及以上的谐波，因此采用适当的滤波器不难清除其特征谐波。我公司专用于处理此类谐波的装置，主要原理是在系统增加单调谐加高通的组合滤波器，滤波效果非常明显，一般都可以达到国标有关谐波治理的要求，同时根据需要补偿系统的无功。如果采用APF有源滤波器进行组合滤波，效果将更加理想。矿热炉专用滤波补偿装置矿热炉主要指硅铁炉、黄磷炉、电石炉等主要以电阻方式加热的冶炼炉，是一种耗电量巨大的工业电炉。根据矿热炉的结构特点以及工作特点，矿热炉系统电抗的7
27、0是由短网系统产生的，而短网是一个大电流工作的系统，最大电流可以达到上万安培，因此短网的性能决定了矿热炉的性能，正是由于这个原因，因此矿热炉的自然功率因数很难达到0.85以上，绝大多数的炉子的自然功率因数都在0.70.8之间，较低的功率因数不仅使变压器的效率下降，消耗大量的无用功，且被电力部门加收额外大量电力罚款。同时由于电极的人工控制以及堆料的工艺，导致三相间的电力不平衡加大，最高不平衡度可以达到20以上，这导致冶炼效率的低下，电费增高，因此提高短网的功率因数，降低电网不平衡就成了降低能耗，提高冶炼效率的有效手段。如果采取适当的措施，提高短网功率因数，可以达到以下的效果：（1）降低电耗520
28、（2）提高产量5%10以上。这能够给企业带来良好的经济效益，投入的改造费用可以在节约的电费中短期内收回。为了解决矿热炉功率因数低下的问题，我国目前一般采用电容补偿的方式来解决，通常是在高压端进行无功补偿。在高压端进行补偿根据以上特点，我公司设计的补偿装置有两种情况：一、高压端电容补偿：该装置接于炉变压器的高压端或高压母线侧，在补偿无功的同时还具有滤除谐波的功能，不但能够满足无功补偿的需要，经过滤波，注入电网的谐波也能达到标准。该装置安装无需长时间停产，适用已安装生产中的矿热炉的无功补偿，可杜绝因为功率因素低而被加收的电费力率调整费。二、短网补偿：TSC型矿热电炉低压自动无功补偿装置是领步（中国
29、）电能质量设备有限公司研制的应用于工矿企业的低压大容量无触点动态无功补偿装置，有别于传统矿热炉高压补偿方式，其补偿点直接接入矿热电炉低压短网电极端，并根据实际工况动态无触点投入及切除补偿电容器组，在矿冶电炉各种工况情况下，向其提供适量的无功支持，从而提高系统功率因数，降低短网总电流，进而降低损耗，增加变压器有效出力。装置采用晶闸管器件实现过零投切，同时为保证在恶劣环境下工作寿命，在电流稳定后，投入接触器组替代可控硅工作，在保证长期稳定可靠工作的情况下实现了投切电容器无冲击、无涌流。此补偿装置性价比好，可适用于各种容量新安装的硅铁炉、锰铁炉、铬铁炉、电石炉等矿热电弧炉的低压自动无功补偿，不但可消
30、除被加收的电费力率调整费，而且能降低短耗，提高产量。变频器专用滤波和补偿装置变频技术在大量的感性负载节能方面有着无可替代的地位，节约的电能有时能达到30%以上，效益十分可观。随着变频器日益广泛的普及和应用，其占电网总负荷的比例已经越来越大。其中大部分额定电压为三相380V的交直交型变频器（以下简称变频器）。然而，随之带来的网侧谐波问题也越来越受到各变频器用户和供电部门的关注。由于变频器的整流部分一般为三相全波不可控整流，直流回路采用大电容作为滤波器。这样，虽然变频器的网侧输入电压波形基本上是正弦波，但输入电流是脉冲式的充电电流，含有丰富的谐波，表现在网侧的有5、7、11、13、15、17、19
31、次谐波电流，一般最大以5、7次为主。其波形如图1所示。感型负载在运行中要消耗大量的无功电流，但是谐波会使无功补偿装置不能正常运行，并且导致一些现代化的精密控制机床无法运行，因此对使用变频器的系统采取谐波治理措施是必须的。我公司针对变频器谐波的特点，设计了专用的高、低压滤波装置，可有效滤除变频装置产生的谐波，同时对系统进行有效的无功补偿，满足广大使用变频器的用户需求。【整流变频类滤波补偿】-整流类专用系列全国免费咨询热线：400-706-1826有色金属及化工电解槽专用滤波补偿装置有色金属提炼和化工行业都要使用电解这一工艺，因而离不开大功率的整流装置。我们知道，整流装置会产生大量谐波，对电网的电
32、能质量影响极大。对大功率三相全控桥6脉整流装置来说，由整流装置产生的谐波占所有谐波的近25-33%，对电网的危害较大，产生的特征谐波为6N1次，即在阀侧的特征次数为5次、7次、11次、13次、17次、19次、23次、25次等，以5次、7次谐波分量最大，依次递减。网侧PCC点产生的特征谐波同阀侧，其中以5次最大，7次次之，依次递减。整流变压器组带移相绕组并联运行可组成12脉波，网侧特征次数为11次、13次、23次、25次等，以11次、13次最大。若网侧或阀侧不安装滤波装置，注入电网的总谐波电压会超过国标，注入主变的特征谐波电流也会超过国标允许值。谐波会造成配电线缆、变压器发热，无功补偿装置无法投
33、运，降低通讯质量，空气开关误动作，发电机喘振等不良后果。一般来说，在系统较大的电网，采用无源滤波（FC）装置即可滤除其特征谐波，满足治理的目标。如果电网系统小，谐波治理的目标要求高，除安装大容量无源滤波装置外，可以混合使用小容量的有源滤波器（APF），以达到电能质量治理的较高要求。对于不同接线方式的整流装置系统，我们的专业滤波补偿装置有不同的针对性设计，经过现场的测试，可为用户“量身定做”，采取最符合现场实际的治理方案。谐波对电力系统的危害及预防措施摘要：随着工业生产自动化的不断提高，半导体器件的问世发展，特别是大型可控硅及逆变器等非线性负载的逐步增多，而这些非线性负载能把高次谐波电流注入电网
34、。从而引起电网系统电压和电流波形发生畸变，使电网受到严重污染。关键词：谐波趋肤效应随着工业生产自动化的不断提高，半导体器件的问世发展，特别是大型可控硅及逆变器等非线性负载的逐步增多，而这些非线性负载能把高次谐波电流注入电网。从而引起电网系统电压和电流波形发生畸变，使电网受到严重污染。高次谐波就是频率为基数倍的一系列波的“总汇”。工频系统的二次谐波频率为100HZ，三次谐波的频率为150HZ，依次类推。电力系统中高次谐波与基波合成的结果是造成电网电压波形畸变的主要因素，高次谐波的畸变次数及振幅值的大小，将决定对电网污染，破坏的程度，及对用电设备的危害大小。高次谐波最主要来源于：个人计算机，各种硅
35、整流设备、含有二极管（电容式）电源设备、电弧炉设备、中频电源设备、各种变频逆变器、斩波器等装置。其中对电网污染最重、对用电设备危害最大的当属可控硅中频电源和炼钢用的电弧炉设备。下面主要讨论高次谐波的危害及预防措施。一高次谐波对各种电气设备的危害：非线性负载产生的谐波电流，能够在电力系统的某些设备上明显的反映出来，常见的有变压器和中性线。在电动机、发电机和移相电容器中也有些表现。由于电压畸变，所含的高频成份将造成发电、输电、变电、配电和用设备过热、损耗增大、系统过电压、失控等。工频电流在输电导线截面内是均匀分布的，而高频电流则产生严惩的趋肤效应，使导线有效电阻增大。如300mm2导线，通过工频电
36、流时，靠近中心一半工半面积上的电流密度为平均值的90%，表面一半面积上为100%，这时，电流密度为平均值的90%，表面一半面积上为110%，这时，电流在导体上的总的损耗为内外两部分之和。Ii2Ri+I02R0=(0.9/2)I)2.2R+(1.1/2)I)2.2R=1.01I2R随着频率的升高，趋肤效应也越来越加显著，有效电阻也越大。300HZ时为1.21倍，420HZ时为1.35I2R。由于电流波形畸变，流过导体的电流除基波外，又增加了高次谐波电流分量。接有大量非线性负载的电网损耗将增大，导体发热更加严重，系统用电设备也将工作不稳定等。中性线：在三相四线制系统中，中性线将受到接在相电压上的非
37、线性负载的影响。在正常情况下，三相线性负载平衡时，中性线的电流为零。当存在非线性负载时，某些高次谐波即奇次谐波会在中性线里叠加起来。如由三次谐波序列构成的负载电流越来越多时，更多的未被抵消的电流将会在中性线中流动。在这种情况下，中性线的过电流还会在中性线和接地线间产生高于正常的电压迭落。旭果中性线电流特别大，甚至超过其导线额定电流的80%，则必须要切除部分次要负载，否则就必须增加中性线的截面积。电力线路，当谐波电流通过架空线时，可能产生串联谐振，甚至造成危险的过电压。电力电缆在谐波电压作用下，其绝缘材料会因所含的少量气体电离并经一毓电气、机械、物理和化学变化而加速老化。绝缘强度降低，泄漏电流增
38、大，使寿命缩短。如正常工频电流电压下，寿命为25年，而在含有五次、七次谐波电流电压作用下，寿命仅为9年。谐波的危害可见一般。高频大幅度谐波还可能引起局部放电，产生内部击穿情况。实例1，我厂总降至钢炉变压器6KV油浸纸绝缘电缆，是80年前后铺设的。该电缆于93年5月起，多次发生短路故障，最近的一次时间间隔为1个月。测试中发现该电缆绝缘降低，泄漏增大，现在该电缆已报废。电弧炉即上述提到产生高次谐波的设备之一，是造成该电缆提早退出运行的原因。谐波对变压器的危害：当较高频率的电流注入变压器时，将产生趋肤效应和邻近效应，在绕组中引起附加损耗与变压器铁芯有关的铁损亦有增加。于是变压器将产生相当大的热量。如
39、果变压器一次侧接线为三角形，二次侧接线为星形，那么非线性负载将使该变压器承受额外过热之害。由于非线性负载使支路电流含有较多高次谐波电流，而诸奇数谐波电流不但不能抵消，反而会叠加，以谐波电流在中性线中流动。当该电流返回星形结线的二次绕组时，它被感应到角结线的一次绕组，并形成环流。这个环流成为产生额外热量的原因，且对谐波电流本身产生的热量起助长作用。谐波电压还会使变压器激磁电流增大，效率降低，功率因数变坏。当谐波电压长期存在且较为严重时，将会危及变压器主绝缘。对电容器的危害：由于电力系统线电压的畸变，电力电容器损耗增加、过热。电容器是频率的敏感元件。电力电容器在电力系统中如同一个谐波吸收器，将使电
40、容器严惩过电流。电容器和电力系统中的感性元件也能形成谐振电路，如果这个揩振回路的频率等于或接近系统中某次谐波分量的频率，就会产生谐振，造成过电压、过热。谐波对感应电动机的危害主要是电压谐波畸变会使三相感应电动机过热，如长期有谐波存在，将对电动机的运行寿命构成严重危胁。谐波对配电盘的危害的基本征兆是发热，或是由过热造成损坏。在配电盘里，可能出现的过热点是中性母线及其连接点，它们往往载有过量的中性线电流。谐波还会使各种表计误差加大，使电讯线路产生干扰。高次谐波其它危害还有：使半导体器件本身有误触发、丢脉冲等，使电力系统无功功率增加，功率因数下降。同时对一些电子设备，仪器也将产生程度不同的影响，以至
41、于不能正常使用。实例二：笔者于97年，对我厂北方管件公司6KV电缆进行预防性试验时，发现试验用仪器根本无法使用，升压到1KV时，仪器内部保护即动作。空机试验也无法升压。当时怀疑仪器本身有故障，可是该仪器在其它区域测试时，一切正常。后来，又到北方管件测试时，一切正常。通过对该公司电源质量的测量，发现该电源中工频电流有严重的高次谐波，高次谐波是造成电子设备无法正常工作的主要原因。后期对高次谐波的产生，做出了相应的预防措施。二高次谐波的防止对策：综上所述，大量非线性负载的授入，交流工频电流将成为含有高次谐波的畸变电流，它们流经电源和系统中的阻抗时，使供电电压波形发生畸变，这给电网及系统中运行的设备、
42、仪器带来很大的危害，因此，研究抑制消除电力系统中的高次谐波，确保电力系统免遭污染侵害是十分必要的。消除或抑制谐波的对策可以两方面考虑。一是从非线性负载本身入手，使它们尽可能减少谐波电流的注入量。二是设法改变系统中谐波电流的流向，以消除和防止谐波的影响。通常的做法有：1在非线性负载回路增设谐波滤波器。主要适用于可控硅整流装置，中频电源装置及各种电子逆变器等。滤波器可以对某些谐波产生强烈的吸收作用，以减少谐波电流有含量。采用单调谐滤波器可以对513次谐波进行滤波，对17次以上的谐波则应采用高通滤波器结线。2对非线性负载的供、配电回路要分开独立设置，供电电变压器必须使用Y/接线方式，即一次侧为Y接，
43、二次侧为角接。其它用电设备不宜与非线性负载共用一台供电变压器，如从经济角度考虑，需用一台变压器供电时须对非线性负载产生的谐波电流成份予以防治，以确保其它用电设备的可靠、安全使用。3对变压器的保护方法保护变压器的一个途径是把变压器上的负载量限制在其额定值的某个百分数范围内。这被称为降低变压器额定容量法。这是美国计算机和商业设备同业协会提供的方法。采用这种方法降低额定容量，必须测量变压器二次侧各相的有效值和瞬时尖峰值。这种方法比繁琐，也不特别试用。在负载处安装谐波滤波器，不但能消除该变压器的谐波电流，而且可以防止高次谐波串至连接在这个电力系统上的其它易受影响的用电设备。也可以采用更强的冷却方式，以
44、降低变压器因高次谐波引起的额外的热量。4保护感应电动机的方法：感应电动机对供电线路电压谐波畸变率特别敏感。一般经验证明，电动机供电电压的总谐波的畸变率不应超过5%。为此，感应电动机应接在一条独立馈线上，其端电压的畸变就会减少。此外，应该采取减少给非线性负载供电的线路的阻抗的措施，即增大导线截面积。或在非线性负载处增加谐波滤波器。谐波问题在没有得到很好的解决之前，只能会越来越严重。随着我国工业自动化水平不断提高，对电网的供电质量的要求也会越来越高。在不久的将来，谐波污染，侵害电力系统情况会逐步得到根治。电力系统谐波及滤波技术0前言我们知道，在电力系统中采用电力电子装置可灵活方便地变换电路形态，为
45、用户提供高效使用电能的手段。但是，电力电子装置的广泛应用也使电网的谐波污染问题日趋严重，影响了供电质量。目前谐波与电磁干扰、功率因数降低已并列为电力系统的三大公害。因而了解谐波产生的机理，研究消除供配电系统中的高次谐波问题对改善供电质量和确保电力系统安全经济运行有着非常积极的意义。1谐波及其起源所谓谐波是指一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。周期为T2的非正弦电压u（t），在满足狄里赫利条件下，可分解为如下形式的傅里叶级数：式中频率为n（n2，3）的项即为谐波项，通常也称之为高次谐波。应该注意，电力系统所指的谐波是稳态的工频整数倍数的波形，电网暂态变化诸如涌流、各种干扰或故障
46、引起的过压、欠压均不属谐波范畴；谐波与不是工频整倍数的次谐波（频率低于工频基波频率的分量）和分数谐波（频率非基波频率整倍数的分数）有定义上的区别。谐波主要由谐波电流源产生：当正弦基波电压施加于非线性设备时，设备吸收的电流与施加的电压波形不同，电流因而发生了畸变，由于负荷与电网相连，故谐波电流注入到电网中，这些设备就成了电力系统的谐波源。系统中的主要谐波源可分为两类：含半导体的非线性元件，如各种整流设备、变流器、交直流换流设备、PWM变频器等节能和控制用的电力电子设备；含电弧和铁磁非线性设备的谐波源，如日光灯、交流电弧炉、变压器及铁磁谐振设备等。国际上对电力谐波问题的研究大约起源于五六十年代，当时的研究主要是针对高压直流输电技术中变流器引起的电力系统谐波问题。进入70年代后，随着电力电子技术的发展及其在工业、交通及家庭中的广泛应用，谐波问题日趋严重，从而引起世界各国的高度重视。各种国际学术组织如电气与电子工程师协会（IEEE）、国际电工委员会（IEC）和国际大电网会议（CIGRE）相继各自制定了包括供电系统、各项电力和用电设备以及家用电器在内的谐波标准。我国国家技术监督局于1993年颁布了国家标准GBT1454993电能质量公用电网谐波，标准给出了公用电网谐波电压、谐波电流的限制值。如国内某轧钢厂的4000kW交流变频同步电机的调速系统，在某种工况下5次谐波含量