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電能質(zhì)量
專家診治

把電能質(zhì)量問題交給領(lǐng)步400-056-5258

論：電能質(zhì)量諧波治理的重要性

返回列表來源：領(lǐng)步電能質(zhì)量發(fā)布時間：2017-06-28分享加入收藏關(guān)注：-

專家講堂1

諧波：諧波(harmonic wavelength)，是一個數(shù)學(xué)或物理學(xué)概念，是指周期函數(shù)或周期性的波形中能用常數(shù)、與原函數(shù)的Z小正周期相同的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的線性組合表達(dá)的部分。諧波是指電流中所含有的頻率為基波的整數(shù)倍的電量，一般是指對周期性的非正弦電量進(jìn)行傅里葉級數(shù)分解，其余大于基波頻率的電流產(chǎn)生的電量。

諧波W

一、諧波的產(chǎn)生
在電力系統(tǒng)中，諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，即電路中有諧波產(chǎn)生。由于半導(dǎo)體晶閘管的開關(guān)操作和二極管、半導(dǎo)體晶閘管的非線性特性，電力系統(tǒng)的某些設(shè)備如功率轉(zhuǎn)換器比較大的背離正弦曲線波形。
1、電網(wǎng)與電源設(shè)備
  在電力系統(tǒng)中，諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，即電路中有諧波產(chǎn)生。在電力系統(tǒng)中，諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，即電路中有諧波產(chǎn)生。發(fā)電機(jī)由于三相繞組在制作上很難做到全面對稱，鐵心也很難做到全面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。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)額定電流的0.5%。
2、用電設(shè)備
  （1）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。
  （2）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)速的使用的增多，對電網(wǎng)造成的諧波也越來越多。
  （3）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%，Z大可達(dá)45%。
  （4）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。

（5）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。

二、諧波的危害
1、加大企業(yè)的電力運(yùn)行成本
  由于諧波不經(jīng)治理是無法自然消除的，因此大量諧波電壓電流在電網(wǎng)中游蕩并積累疊加導(dǎo)致線路損耗增加、電力設(shè)備過熱，從而加大了電力運(yùn)行成本，增加了電費的支出。
2、降低了供電的可靠性
  諧波電壓在許多情況下能使正弦波變得更尖，不僅導(dǎo)致變壓器、電容器等電氣設(shè)備的磁滯及渦流損耗增加，而且使絕緣材料承受的電應(yīng)力增大。諧波電流能使變壓器的銅耗增加，所以變壓器在嚴(yán)重的諧波負(fù)荷下將產(chǎn)生局部過熱，噪聲增大，從而加速絕緣老化，大大縮短了變壓器、電動機(jī)的使用壽命，降低供電可靠性，極有可能在生產(chǎn)過程中造成斷電的嚴(yán)重后果。
3、引發(fā)供電事故的發(fā)生
  電網(wǎng)中含有大量的諧波源（變頻或整流設(shè)備）以及電力電容器、變壓器、電纜、電動機(jī)等負(fù)荷，這些電氣設(shè)備處于經(jīng)常的變動之中，極易構(gòu)成串聯(lián)或并聯(lián)的諧振條件。當(dāng)電網(wǎng)參數(shù)配合不利時，在一定的頻率下，形成諧波振蕩，產(chǎn)生過電壓或過電流，危及電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，如不加以治理極易引發(fā)輸配電事故的發(fā)生。
4、導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作
  對旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)、電動機(jī)，由于諧波電流或諧波電壓在定子繞組、轉(zhuǎn)子回路及鐵芯中產(chǎn)生附加損耗，從而降低發(fā)輸電及用電設(shè)備的效率，更為嚴(yán)重的是諧波振蕩容易使汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生震蕩力矩，可能引起機(jī)械共振，造成汽輪機(jī)葉片扭曲及產(chǎn)生疲勞循環(huán)，導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作。
5、影響通訊系統(tǒng)的正常工作
  當(dāng)輸電線路與通訊線路平行或相距較近時，由于兩者之間存在靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，形成電場耦合和磁場耦合，諧波分量將在通訊系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生聲頻干擾，從而降低信號的傳輸質(zhì)量，破壞信號的正常傳輸，不僅影響通話的清晰度，嚴(yán)重時將威脅通訊設(shè)備及人身安全。
7、降低產(chǎn)品質(zhì)量

由于諧振波的長期存在,電機(jī)等設(shè)備運(yùn)行增大了振動，使生產(chǎn)誤差加大,降低產(chǎn)品的加工精度，降低產(chǎn)品質(zhì)量。

8、對電網(wǎng)的危害

三、諧波治理的方式方法
1、諧波治理的方式
（1）集中治理：將濾波器安裝在低壓母線上或者是諧波負(fù)載分回路處進(jìn)行統(tǒng)一治理。
（2）分項治理：在諧波負(fù)載電源線處直接治理，是針對帶有負(fù)載的設(shè)備進(jìn)行諧波治理，具有針對性，哪里產(chǎn)生諧波，就治哪里。
2、諧波治理方法
（1）無源濾波器

由電感與電容串聯(lián)構(gòu)成的LC串聯(lián)濾波器，具有一個阻抗很低的串聯(lián)諧振點，如果我們構(gòu)造一個串聯(lián)諧振點為工頻頻率的串聯(lián)濾波器，并將其串聯(lián)在線路中，就可以濾掉所有的諧波。串聯(lián)濾波器由電感和電容串聯(lián)而成，并且串聯(lián)連接在電源與負(fù)荷之間，因此串聯(lián)濾波器的“串聯(lián)”二字具有雙重意思：一個意思表示電感與電容串聯(lián)，另一個意思表示串聯(lián)在電路中使用。

（2）有源濾波器

源濾波器（Active Power Filter，簡稱APF）是一種用于動態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置，它能夠?qū)Υ笮『皖l率都變化的諧波以及變化的無功進(jìn)行補(bǔ)償。通過使用有源濾波器可以提高通信系統(tǒng)及配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，延長通信設(shè)備及電力設(shè)備的使用壽命，并且使配電系統(tǒng)更符合諧波環(huán)境的設(shè)計規(guī)范。

技術(shù)特點：
可實時動態(tài)濾除2~50次諧波，或者有選擇的濾除電網(wǎng)相線和零線中存在的各次典型性特征諧波（可以不受限制的任意選擇需要補(bǔ)償?shù)牟煌螖?shù)諧波），并可以根據(jù)需要設(shè)定需要濾除的諧波次和設(shè)定濾除諧波的目標(biāo)值。
三相四線制APF在零線上的諧波濾波能力是相線濾波能力的三倍，針對照明等單相負(fù)載多造成零線諧波過載（零線上的三次諧波電流因為相位相同而疊加將會達(dá)到相線上的三次諧波電流的三倍）和相不平衡的情況。

完整有效的各類保護(hù)措施，確保正常工作和異常工況下，都不會對供配電系統(tǒng)及系統(tǒng)內(nèi)其他設(shè)備造成任何影響。包括各類保護(hù)功能（過載、過/欠壓、過流）、內(nèi)置高頻濾波回路確保APF自身高頻載波不會回饋電網(wǎng)、內(nèi)置緩啟動控制回路避免啟動瞬間過大突入電流。可根據(jù)負(fù)荷變化，自動合理限制補(bǔ)償電流，裝置永不過流，在濾波的同時，能完全避免過補(bǔ)償。APF自身高頻載波不會回饋到電網(wǎng)，對供電系統(tǒng)及系統(tǒng)內(nèi)其他設(shè)備不造成干擾。

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