高频谐波的危害和治理措施

随着国内外电力电子技术的开展 , 大量由电力电子开关构成的、具有非线性 特性的用电设备广泛应用于冶金、钢铁、交通、化工等工业领域 , 如电解装置、 电气机车、轧制机械、高频炉等 , 故国内外电网中的谐波污染状况日益严重 .美国 电力科学研究院 EPRI 最近的报告指出 , 全美因谐波等电能质量损失达几百亿美 元.电网中的高次谐波会造成旋转电机和变压器过热 , 使电力电容器组工作不正 常,甚至造成热击穿损坏 ; 对电力系统中的发电机、调相机、继电保护自动装置和 电能计量等也有很大危害 ,严重时会引发设备误动作 ,造成重大事故 ; 谐波污染对 通信、计算机系统、高精度加工机械 ,检测仪表等用电设备也有严重的干扰 . 因此, 必须采取有效的措施来消除电网中的高次谐波 .

在低压配电网中这些谐波污染问题显得尤为突出 , 严重影响到各种类大型厂 矿的正常生产 ,如钢铁、煤矿、化工、纺织等企业 , 以及 IT 和大规模微电子集成 电路企业 ,造成产品报废 , 生产线停产 ,生产设备的寿命骤减甚至损坏 .

谐波使电网中串、 并联设备产生谐波损耗 , 降低发电、输电及用电设备的效率 , 大量的三次谐波电流流过中线时会使线路过热甚至发生火灾 . 谐波对计算机和数 控设备具有很大危害 ,可以影响程序运行 ,破坏数据,使信息丧失 ,导致控制系统误 动作 .谐波能够影响各种电气设备的正常运行 ,对电机、变压器、电容器、电缆等 设备造成振动、过热、绝缘老化 ,严重影响设备的使用寿命甚至直接造成设备损 坏. 例如群众汽车在生产中所产生的谐波直接影响上海安亭电网 , 且谐波的干扰 使得群众的 DeviceNet 现场总线自动化生产系统无法正常工作 . 这些谐波污染 问题带来的严重经济损失以及随着电力市场的开展趋势 , 、企业和个人用户 对电能质量越来越重视 ,产生谐波污染的用户需要相应的设备减轻或消除其对周 边电力系统的影响 ,电力运行管理部门也会加强对相关企业的监督管理 .

目前用户通常采用并联型无源滤波器来抑制谐波 , 但存在不少缺陷 .现在的趋 势是采用电力电子装置进行谐波补偿 , 即电力有源滤波器 (APF). 与前者相比 ,有 源滤波器能对变化的谐波进行迅速的动态跟踪补偿 , 而且补偿特性不受电网阻抗 的影响. 有源滤波器的应用范围很广 , 从最常用的钢铁企业及其他有色金属冶炼加工 企业,到煤矿,造纸,化工 ,玻璃 ,纺织以及电子和大规模集成电路芯片制造企业 ,以 及 IT 业所需的大量计算机效劳器等 , 都需要有源滤波器保证其生产线的可靠稳 定运行 .有源滤波器的设计制造在国内外均处于一个较初步阶段 .国内外生产和 研发该产品的公司很少 . 目前在国内提供有源滤波器销售效劳的只有外资企业 , 即 ABB 中国投资有限公司 (上海 )的低压产品部 , 芬兰 NOKIANCAPACITOR 公 司,以及法国梅兰日兰电气有限公司在中国所设机构 . 这几家公司只提供产品的 售前咨询、销售安装和售后技术效劳 ,而其技术核心的研发 , 以及设备元件的生 产、装配和测试均在国外完成 . 并且设备的价位很高 ,给各用户平安高效的生产运 行 ,以及

技术革新 , 新生产线的引进等设置了较大的资金障碍 .

目前国内依然停留在理论仿真、 样机试验的阶段 , 还没有可生产工业用有源滤 波器的企业 ,离工业化、产品化还有较大距离 .这样就造成了少数的外资公司在有 源滤波器系列上处于价格和技术的垄断地位 .并且由于国内外电网的不同 〔 结构、 电压等级、谐波源、谐波次数等 〕, 国外的产品并不能完全适合我国电网的应用实 际. 但是根据国内经济开展的现状 ,我国在有源滤波器方面的需求在近些年将有 较大的增长 .我国首都北京将在 2021 年举办奥运会 , 届时,谐波问题是电能质量 的主要问题 , 现阶段北京奥组委已经建立专门的谐波测量站 ,每周定期向国际奥 组委上交谐波状况报告 ,以保证电能质量 . 我国最大的国际城市上海将在 2021 年 全年举办世界博览会 , 场馆对电能质量也提出了更高的要求 , 上海市也建立了专 门的谐波测量站 ,以保证电能质量 .由此可见 ,谐波问题已成为当前电力系统面临 的主要问题 .

抑制电网谐波的措施 消除电网中的谐波对延长电力设备的使用寿命和保证负

载的平安经济运行有着 非常重要的意义 !

1. 加换流装置的相数或脉动数 交直流换流器产生的特征谐波电流次数与其整流电路局部的脉动数有关， 当脉动数增多时，产生的谐波次数增高而谐波电流近似地与谐波的次数成反比， 因此一系列次数较低成分较大的谐波能够得以消除从而减少谐波源产生的谐波 电流!通过改造换流装置或利用相互间有一定移相角的换流变压器可有效减小谐 波量 ! 这种装置的缺点是设备复杂造价提高！ 2. 加装交流滤波装置

装设谐波补偿装置的传统方法是采用调谐滤波器 -\".! 目前所采用的调谐滤波装 置一般由电力电容器电抗器和电子器适当组合而成， 滤波原理是对某谐波频率形 成低阻抗通路，相应的谐波电流经无源滤波器短路，从而防止其进入供电系统！ 调谐滤波器既可补偿谐波，可补偿无功功率，提电压水平，且结构简单，谐 波补偿容量大，因此应用比拟广泛 ! 该方法的主要缺点是其补偿特性受到电网 阻抗和运行状态的影响，容易和系统发生并联谐振，导致谐波被放大，致使滤 波器过载甚至烧毁 ! 此外，它只能补偿固定频率的谐波， 补偿效果不甚理想 ! 工 程中实际应用的调谐滤波器， 一般由一组或数组单调谐滤波器组成，每组单 调谐滤波器调谐于需要滤除的谐波频率或者谐波频率附近， 当需要滤除更高频 率的谐波电流而其幅值又较小时，可以再加装一组高通滤波器 !

3. 增加系统承受谐波能 在规划和设计阶段，考虑将谐波源由较大容量的供电点或由高一级电压的电 网供电，可以减小谐波的影响 !

4. 采用有源滤波器等新型抑制谐波的措施 谐波抑制的方法还有加装有源电力滤波器有源电力滤波器是一种用于动态抑 制谐波 〕 补偿无功的新型电力电子装置 \"它能对大小和频率都变化的谐波以及变

化的无功进行补偿，有源电力滤波器通过监测补偿对象的电压和电流， 经指令电 流运算电路计算出补偿电流，该信号经补偿电流发生电路放大得出补偿电流， 补 偿电流因与负载电流中要补偿的谐波电流大小相等 〕方向相反而抵消，从而使电 网的电流〕电压恢复为正弦波形，有源电力滤波器能对频率和幅值都变化的谐波 进行跟踪补偿\"且补偿特性不受电网阻抗的影响，另外\"有源滤波器还可以发出基 波无功电流，进一步减少负载的无功功率，提高功率因数。 高中频熔炼炉专用谐波滤除装置 KF-DYLB

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1适用范围

应用范围中频炉、高频炉、低压大功率电解、电镀、电弧炉、冷轧、热轧、整 流器、精密控制系统、变频器和自动焊接等产生大量谐波的设备。 谐波滤除效果 好、平均滤除率75%，节电效果明显10%左右，电网质量明显改善

2主要技术参数

1. 额定电压： 220V、400V、690V、770V、1140V 2. 基波频率：50Hz. 3. 动态响应时间：＜ 20ms.

4. 基波无功补偿：功率因数可到达 0.92-0.95 以上。 5. 滤波效果到达国家标准GB/T149-1993 要求。

6. 滤除谐波次数：3次、5次、7次、11次、13次、17次、19次、23次、 25 次等。

?电能质量公用电网谐波?的

7. 电压稳定范围：满足国家标准 GB12326-1990 的要求。

8. 谐波电流吸收率：对于 5 次谐波平均 75% ，对于 7 次谐波平均 75% 。 9. 防护等级： IP2X

3 效果与特点

以吸收谐波为第一功能，经过谐波治理，注入 PCC点电流、电压满足GB/T 149-1993 标准允许值。 降低系统损耗，提高生产效率。 平稳投切，改善三相不平衡。

滤波效果明显， 5、 7、 11次谐波电流吸收率达 75%以上。 提高变压器利用率，改善变压器温升和噪音。

4 工作原理及特点

采用LC滤波电路由滤波电容器、滤波电抗器、无触点开关、控制器 和保护系统等主要部件组成。与谐波源并联运行，根据谐波电流特征、含 量、含有率及系统的无功量进行设计。滤波支路为谐波波电流提供一个极低阻抗 的通道，使大局部谐波电流被滤波器吸收，以大幅度降低系统谐波 电流注入值和降低电压畸变率。与此同时，该装置还向系统提供容性无功 功率，提高系统功率因数。