劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著電子設(shè)備大量的使用，非線性負(fù)荷越來越多，企業(yè)電力網(wǎng)的諧波污染問題也越來越不容忽視，由于諧波的不良作用惡化電能質(zhì)量，增加附加損耗，降低電網(wǎng)可靠性，影響企業(yè)供用電設(shè)備的正常工作，甚至損害設(shè)備，造成電氣故障。討論了諧波的產(chǎn)生，接著分析了諧波的危害，然后研究了諧波抑制和檢測。

關(guān)鍵詞：諧波；檢測；危害；治理

1引言

隨著制藥企業(yè)的發(fā)展各種電力電子裝置在企業(yè)大量應(yīng)用，其中整流裝置所占的比例大，逆變器、直流斬波器等所需的直流電源主要來自整流電路，常用的晶閘管相控整流電路或二極管整流電路都是嚴(yán)重的諧波源，電氣設(shè)備的單臺容量雖然很小，但數(shù)量卻極為龐大，其內(nèi)部大都含有開關(guān)電源，各類開關(guān)電源、變頻器的用量越來越多，加上熒光燈產(chǎn)生的諧波，使電源的諧波污染日益突出，諧波電壓和諧波電流引起電源波形的嚴(yán)重畸變，影響到對電力用戶的供電質(zhì)量。電力系統(tǒng)中的諧波問題也日趨嚴(yán)重。電網(wǎng)諧波使得電壓、電流的波形發(fā)生了畸變，使公司電力系統(tǒng)、用電設(shè)備出現(xiàn)許多異常現(xiàn)象和故障，產(chǎn)生了嚴(yán)重的危害和影響。對其進(jìn)行有效的抑制已成為企業(yè)電力系統(tǒng)安全運行工作的重要內(nèi)容之一。

2諧波產(chǎn)生的原因

理想的干凈供電系統(tǒng)向用戶提供的是一個恒定工頻的正弦波形電壓，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，由于具有非線性阻抗特性的用電設(shè)備(即非線性負(fù)荷)的存在，當(dāng)流過的電流與施加的電壓不呈線性關(guān)系時，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基頻整數(shù)倍的一系列分量，該分量統(tǒng)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)。例如：基頻為50Hz，二次諧波為100Hz，三次諧波則為150Hz。應(yīng)該注意，電力系統(tǒng)所指的諧波是穩(wěn)態(tài)的工頻整數(shù)倍數(shù)的波形，電網(wǎng)暫態(tài)變化諸如涌流、各種干擾或故障引起的過壓、欠壓均不屬諧波范疇。

3諧波對企業(yè)電力系統(tǒng)設(shè)備的影響

電網(wǎng)諧波對系統(tǒng)和設(shè)備的影響主要表現(xiàn)在幾方面。

（1）對變壓器和電動機，諧波電壓使鐵芯渦流損耗增加，諧波電流使銅損增加，溫度上升，絕緣加速老化，降低了效率和利用率，縮短使用壽命。

（2）在諧波電壓作用下，電容器會產(chǎn)生額外的功率損耗，加快絕緣介質(zhì)的老化。更為嚴(yán)重的是，大量諧波電流很可能引發(fā)電容器和系統(tǒng)其他元件之間的并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，造成對某次諧波電流的放大和諧波電壓的增高。這種危險的諧波過電壓和過電流，不僅會使電容器超載而損壞，也會使與電容器聯(lián)接的配電回路中所有線路、設(shè)備因電壓閃變超壓過負(fù)荷而損壞。據(jù)統(tǒng)計，70％以上的諧波故障發(fā)生在電容器裝置上。

（3）對電力電纜和配電線路，諧波電流頻率增高引起明顯的集膚效應(yīng)，導(dǎo)線電阻增大，線損加大，發(fā)熱增加，絕緣過早老化，容易發(fā)生接地短路故障，形成潛在的火災(zāi)隱患。同時，3次諧波使三相平衡負(fù)荷的N線電流顯著增加。

（4）配電回路的諧波電流含量高會使斷路器遮斷能力降低。這是因為畸變電流過零點時，電弧電流隨時間的變化率要比工頻正弦電流大，電弧電壓的恢復(fù)要迅速得多，使電弧容易重燃。事實表明，空氣電磁斷路器不能遮斷其分?jǐn)嗄芰Ψ秶鷥?nèi)波形畸變率超過50％的故障電流，還會導(dǎo)致斷路器損壞。

（5）諧波對電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)、計量儀表信號產(chǎn)生干擾和損害。

4　某司供電系統(tǒng)分析

某司用電系統(tǒng)中分6kVⅠ段、6kVⅡ段，在每段母線下主要負(fù)載為異步電機和動力變壓器，也有同步電機，據(jù)了解同步電機與異步電機不同時使用，同步電機主要是備用（異步電機不用時），電機的參數(shù)、數(shù)量及所帶負(fù)載見系統(tǒng)圖所示：

5某司諧波實際測試

測試工具為FULKE43B型電能質(zhì)量分析儀。

測試對象為6KVI母線側(cè)。現(xiàn)場實測技術(shù)數(shù)據(jù)如下：

測試對象為6KVII母線側(cè)?，F(xiàn)場實測技術(shù)數(shù)據(jù)如下：

表1、表2中的數(shù)據(jù)表明，諧波電流超過國家標(biāo)準(zhǔn)3倍以上。

6某司的治理方案

補償用并聯(lián)電容器對諧波電壓*為敏感，諧波電壓加速電容器老化，縮短使用壽命。諧波電流將使電容器過負(fù)荷、出現(xiàn)不允許的溫升，特別嚴(yán)重的是當(dāng)電容器組與系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振時電流急速增加，開關(guān)跳閘、熔斷器熔斷、電容器無法運行。為避免并聯(lián)諧振的發(fā)生，電容器串聯(lián)電抗器。它的電抗率按背景諧波次數(shù)選取。電網(wǎng)的背景諧波為5次及以上時，宜選取4.5%~6%；電網(wǎng)的背景諧波為3次及以上時，宜選取12%

6.1　電抗率K值的確定

（1）系統(tǒng)中諧波很少，只是限制合閘涌流時則選

K=0.5~1%即可滿足要求。它對5次諧波電流放大嚴(yán)重，對3次諧波放大輕微。

（2）系統(tǒng)中諧波不可忽視時，應(yīng)查明供電系統(tǒng)的背景諧波含量，合理確定K值。電抗率的配置應(yīng)使電容器接入處諧波阻抗呈感性。電網(wǎng)背景諧波為5次及以上時，應(yīng)配置K=4.5~6%。通常5次諧波*大，7次諧波次之，3次較小。國內(nèi)外通常采用K=4.5~6%。配置K=6%的電抗器抑制5次諧波效果好，但明顯的放大3次諧波及諧振點為204Hz，與5次諧波的頻率250Hz，裕量大。配置4.5%的電抗器對3次諧波輕微放大，因此，在抑制5次及以上諧波，同時又要兼顧減小對3次諧波的放大是適宜的。它的諧振點235Hz與5次諧波間距較小。電網(wǎng)背景諧波為3次及以上時應(yīng)串聯(lián)K=12%的電抗器。在電抗器電容器串聯(lián)回路中，電抗器的感抗XLN與諧波次數(shù)成正比；電容器容抗XCN與諧波次數(shù)成反比。為了抑制5次及以上諧波。則要使5次及以上諧波器串聯(lián)回路的諧振次數(shù)小于5次。這樣，對于5次及以上諧波，電抗器電容器串聯(lián)回路呈感性，消除了并聯(lián)諧振的產(chǎn)生條件；對于基波，電抗器電容器串聯(lián)回路呈容性，保持無功補償作用。

6.2　電抗器的安裝位置

串聯(lián)電抗器無論裝在電源側(cè)或中性點側(cè)，從限制合閘涌流和抑制諧波來說都是一樣的。電抗器裝在電源側(cè)時運行條件苛刻，因它承受短路電流的沖擊，對地電壓也高（相對于中性點），因而對動、熱穩(wěn)定要就高，鐵心電抗器有鐵心飽和之慮。電抗器裝在中性點側(cè)時，對電抗器要求相對低，一般不受短路電流的沖擊，動、熱穩(wěn)定沒有特殊要求，承受的對地電壓低?？梢娝劝惭b在電源側(cè)缺少了電抗器的抗短路電流沖擊的能力。

7　效益分析

（1）　改善電能質(zhì)量。某司電網(wǎng)凈化裝置能改善電能的質(zhì)量，能濾除電網(wǎng)諧波，補償無功，防止電網(wǎng)串并聯(lián)諧振，防止電壓波動和閃變，提高設(shè)備運行的可靠性，減少事故率，減少電氣設(shè)備維修費用和維修時間。

（2）降低電能損耗。由于補償了諧波電流和無功電流，使變壓器和輸電線路的電流減少，變壓器和輸電線路的損耗減少，節(jié)約了能耗。

（3）　提高了供電能力。進(jìn)行諧波補償后，功率因數(shù)由0.8提高到0.94，諧波電流大大下降，幾乎為零，提高了變壓器供電能力。等多種氧化物質(zhì)。廢水在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生直接電化學(xué)過程和間接電化學(xué)過程，實現(xiàn)有機污染物的氧化分解。電催化反應(yīng)器的底部曝入少量臭氧，可有效提高反應(yīng)效率。

臭氧催化氧化反應(yīng)塔內(nèi)裝填γ-Al2O3粒子，粒子作為載體，其表面附載有Mn、Cu、V等多種過渡金屬氧化物催化劑，臭氧從反應(yīng)器底部和廢水一同進(jìn)入反應(yīng)塔，構(gòu)成多相催化氧化反應(yīng)系統(tǒng)。系統(tǒng)中催化劑是不流失的，臭氧在催化劑作用下可轉(zhuǎn)化為•OH，通過•OH的氧化和O3的直接氧化高效分解有機物。

該工藝組合氧化能力強，協(xié)同作用效果好，為制藥廢水的預(yù)處理提供了有效手段。臭氧是通過高壓放電產(chǎn)生的，因此，二段工藝設(shè)備僅消耗電能，處理過程無需外加化學(xué)藥劑，無二次污染。設(shè)備可控性好，操作簡單，特別適用于間隙排放、高鹽度、低pH、難降解、高濃度制藥廢水的預(yù)處理，是一項環(huán)境友好技術(shù)。

8安科瑞APF有源濾波器產(chǎn)品選型

8.1產(chǎn)品特點

（1）DSP+FPGA控制方式，響應(yīng)時間短，全數(shù)字控制算法，運行穩(wěn)定；

（2）一機多能，既可補諧波，又可兼補無功，可對2～51次諧波進(jìn)行全補償或特定次諧波進(jìn)行補償；

（3）具有完善的橋臂過流保護(hù)、直流過壓保護(hù)、裝置過溫保護(hù)功能；

（4）模塊化設(shè)計，體積小，安裝便利，方便擴容；

（5）采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和控制，使用方便，易于操作和維護(hù)；

（6）輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力系統(tǒng)的影響；

（7）多機并聯(lián)，達(dá)到較高的電流輸出等級；

（8）擁有自主技術(shù)。

8.2型號說明

8.3尺寸說明

8.4產(chǎn)品實物展示

ANAPF有源濾波器

9安科瑞智能電容器產(chǎn)品選型

9.1產(chǎn)品概述

AZC/AZCL系列智能電容器是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補償設(shè)備。它由智能測控單元，晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，線路保護(hù)單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構(gòu)成?？商娲Ｒ?guī)由熔絲、復(fù)合開關(guān)或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的自動無功補償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護(hù)方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補償?shù)母咭蟆?/p>

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，自動尋找*佳投入（切除）點，實現(xiàn)過零投切，具有過壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過諧保護(hù)、過溫保護(hù)等保護(hù)功能。

9.2型號說明

AZC系列智能電容器選型：

AZCL系列智能電容器選型：

9.3產(chǎn)品實物展示

AZC系列智能電容模塊AZCL系列智能電容模塊

安科瑞無功補償裝置智能電容方案

參考文獻(xiàn)：

[1]翁朝晨.諧波在制藥企業(yè)電網(wǎng)中檢測與治理[J].醫(yī)藥工程設(shè)計,2011,32(02):58-60.

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版

作者簡介

劉細(xì)鳳，女,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。