第一篇：低壓系統諧波治理實例

低壓系統諧波治理實例

摘要：該文針對某電纜廠400V低壓無功補償柜的情況，通過對負荷分析、現場測量和理論推算，確定故障的諧波原因，然后采用了造價相對較低和易于實現的無源濾波器LC串聯濾波的方法，取得了一定的諧波治理效果。

關鍵詞：低壓；諧波；無源濾波器；LC串聯濾波

中圖分類號：TM712 文獻標志碼：B 文章編號： 1003-0867(2005)01-0006-02

隨著工業經濟的迅猛發展，大量的直流設備、變頻調速設備及其它非線性負荷的廣泛應用，愈來愈多的諧波電流被注入了電網。高次諧波的產生，增加了電能諧波損耗，降低了系統功率因數；對電力網有很大的危害，它不僅影響電網的質量，而且還對電網的可靠性有很大的影響，嚴重時造成繼電保護誤動，燒毀微機保護線路板、數字電能表及其它微機裝置。本文主要就某電纜廠400V供電系統諧波治理實例，對LC交流濾波器合理的選擇進行理論計算和討論。故障現象

該電纜廠400V供電系統由兩臺歐式箱式變電站組成，每臺箱變的接線方案一致，但每臺箱變出線所帶負荷不一樣。

兩臺歐式箱式變電站投運不久，1號箱變就發生了無功補償柜中元器件損壞的情況。損壞的元器件主要是電容接觸器和熔斷器，燒毀最嚴重的是電容接觸器。當時分析認為一種可能是電容接觸器的樁頭接線松動，接觸電阻增加，樁頭接線發熱起火燒壞電容接觸器，進而引起接觸器上側的熔斷器燒毀；另一種可能性是熔斷器對電容器投切瞬間產生的涌流未起到保護作用，致使接觸器燒毀，產生的火苗接著損壞了熔斷器。隨后對燒壞的元器件進行了更換，對所有的接線樁頭進行了檢查，無功補償柜整改后繼續投入運行。

整改后的無功補償柜使用不到一個月，再次出現了元器件損壞的情況。元器件損壞的位置、現象基本上和上次的情況一樣。這是樁頭接線松動無法解釋的。原因分析 兩次無功補償柜的故障全部發生在1號箱變，而2號箱變安然無恙。對比分析1、2號箱式變電站的負荷可以發現，2號箱變的負載基本上為異步電動機和辦公照明負載；而1號箱變所帶負載中除了異步電動機還有三臺直流電動機，其功率分別為185kW、55kW、30kW。此外，還有大量通過可控硅控溫的加熱設備。

在兩次無功補償柜發生故障時，該廠的交聯電纜生產線都在運轉，也就是直流電機和相當一部分的加熱設備都掛在1號箱變的低壓母線上。該廠的加熱回路采用了三相半控橋式整流電路，同時用交流電源對直流電機供電少不了要用整流裝置。由于整流裝置輸出波形的非正弦性，不同相數的整流電路會產生不同特征的諧波電流。如三相橋式的6相脈動整流電路產生的諧波電流主要為6k±1次(5、7、11、13次，等等)見表1。

表1 6相脈動整流裝置電流諧波理論數據

諧波次數n 1 5 7 13 17 19 23 25 諧波電流/% 100 20 14.3 9.1 7.7 5.9 5.3 4.3 4.0 因此，交聯電纜生產線在生產時可能對1號箱變400V系統產生了諧波。

根據對負荷性質分析和理論公式的推算，可以確定1號箱變400V系統中存在6k±1次為主的諧波電流。為了證實和明確1號箱變400V系統的諧波情況和參數，對1號、2號箱變進行了多次的對比測量。2號箱變總線電流波形和頻譜圖分析見圖1，1 號箱變總線電流波形和頻譜圖分析見圖2。

對比分析圖1和圖2，2號箱變總線電流波形為規則正弦波，頻譜圖分析也表明其電流基本只含基波50Hz電流；1號箱變總線電流波形為非正弦波，頻譜圖分析可以看出含有3、5、7、11次等諧波。電流總畸變率THDi為52.32%，功率因數0.8，系統阻抗R = 0.1W L = 0.1mH，系統短路容量10MVA。

1號箱變的無功補償柜之所以數次出現電容接觸器和熔斷器損壞的情況，其原因就是交聯電纜生產線產生的諧波電流被無功補償柜的電容器放大產生了過電流，致使接觸器和熔斷器過熱損壞。諧波治理

諧波電流不僅影響無功補償柜的正常使用，致使無功功率電費支出增加，而且對同一箱變內的其它設備如電動機也產生了危害。根據GB/T 14549《電能質量—公用電網諧波》的要求，必須對各種非線性負荷注入電網的諧波電壓和諧波電流加以限制。

在電力系統抑制和治理諧波的主要措施有：加大系統短路容量；提高供電電壓等級；增加變流裝置的脈動數；改善系統的運行方式，設置交流濾波器等都能減小系統中的諧波成分。對于該電纜廠，由于供電系統的方案已定型，唯一可行和有效的方法是設置交流濾波器進行諧波治理，同時濾波器還能向系統提供所需的部分或全部無功。

交流濾波器又分為無源濾波器和有源濾波器兩種。有源濾波器是一種向系統注入補償諧波電流，以抵消非線性負荷所產生的諧波電流的能動式濾波裝置。它能對變化的諧波進行迅速的動態跟蹤補償，且補償特性不受系統阻抗影響。其結構相對復雜，運行損耗較大，設備造價高；在補償諧波的同時，也會注入新的諧波。無源濾波器(又稱LC濾波器)是利用LC諧振原理，人為地造成一條串聯諧振支路，為欲濾除的主要諧波提供阻抗極低的通道，使之不注入電網。LC濾波器結構簡單，吸收諧波效果明顯；但僅對固有頻率的諧波有較好的補償效果；且補償特性受電網阻抗的影響很大，在特定頻率下，電網阻抗和LC濾波器之間可能會發生并聯諧振或者串聯諧振。系統構成

LC濾波器根據其電容器與電抗器的聯接方式不同，主要常用的有單調諧濾波器和高通濾波器。它們的結構和阻抗特性如圖3、4所示。

該電纜廠的交聯電纜生產線為以銷定產的生產方式，即有確定的訂單才進行生產。根據已有的生產統計，由于生產的電纜為35kV以上電壓等級，每月開工兩次左右，每次2~5天。從數次現場測量的結果分析，交聯電纜生產線產生的諧波的次數固定，且每次諧波電流的畸變率(THDi)上下波動不大。

根據上述測量和分析的情況，決定對該電纜廠的諧波治理采用與母線并聯的固定串聯LC調諧濾波器，即當交聯電纜生產線啟動時，LC濾波器投入，當交聯電纜生產線停工時，LC濾波器退出；濾波器的電容器容量用來補償交聯電纜生產線諧波源所需的無功功率，原無功補償柜的電容器由300mF降至180mF以滿足其它設備的無功補償要求，同時控制器更換為帶諧波閉鎖功能的補償控制器，以便諧波畸變率超限時切除電容器。對于3、5、7次諧波采用單調諧濾波器，對于9、11次以上的諧波采用以11次為主的高通濾波器。

串聯調諧濾波器是用來濾除某一諧波的電容器，通過增加一個在調諧頻率fn處XL = XC的電抗器來實現。對于調諧n次諧波的串聯調諧濾波器的設計步驟為：

(1)確定電容器容量QC，電容器無功功率要與諧波源無功功率及系統已有無功補償設備的無功功率進行平衡，無功補償設備和濾波器總的無功功率略低于負載總無功功率。

(2)電容器的電抗為XC = kU2/QC。5 治理效果

計算結果選擇元件構成的電纜廠諧波治理方案對1號箱變的諧波進行了治理。在隨后的現場測量表明，1號箱變總電流的波形基本接近正弦波，電壓畸變率THDu為2.8%,電流畸變率THDi為6.6%，功率因數保持在0.95左右。

在電纜廠的諧波治理方案中選用了造價相對較低和宜于實現的無源濾波器LC串聯濾波的方法，對以直流電機和三相橋式的6相脈動整流裝置產生的諧波電流取得了很好的抑制效果，特別是消除了諧波含量較高的5、7次諧波電流。

參考文獻：

[1]呂潤馀.電力系統高次諧波[M].北京:中國電力出版社,1998.[2]George M.Wakileh[奧地利].電力系統諧波—基本原理、分析方法和濾波器設計.北京:機械工業出版社,2003.[3]陳志業.尹華麗.電能質量及其治理新技術[J].電網技術,2002(7)． [4]張浩.戴瑞珍.諧波抑制的工程設計方法探討.電網技術,2002(6).[5]GB/T 14549-1993.電能質量—公用電網諧波[S].請教：無功功率對電動機是無用的。正因為它無用，所以才補償。是否符合邏輯？

尊敬的外行13：

首先感謝您對我提出的問題，進行詳細的答復。我提出的觀點有可能是幼稚可笑的，但是通過交流總可以提高認識的，反面教材的作用，有時比正面教材作用還要大。如果都與書中觀點一樣，就失去了論壇的意義。

您說：“ 無功功率對電動機是無用的。正因為它無用，所以才補償。補償就是消除無功功率，是消除不是轉化，無功功率不能轉化為有功功率。無功功率對作功沒有作用，卻占用變壓器容量，而且無功電流通過電源內阻會增加損耗，所以有必要消除它。補償原理：電感放電給電容充電，電容放電再給電感充電，如此反復，無功電流只在電感與電容之間出現，不會經過電網。..................................-----------------------對于您提出的觀點，我有點不理解，請您再回答一次。

1、“正因為它無用，所以才補償”。我可能是中國語法沒有學好，我認為，有用才能補償，無用的東西，補多少還是無用的，就像數字中的“零”，在小數點以后，增加多少個零也沒有用。沒有用還要補，是不符合中國邏輯的。

2、您說“補償就是消除無功功率”.......。從字面看消除，就應當是減少，消除無功功率的有效方法是：增大純電阻，減少線圈的長度（圈數），不利用鐵磁材料做磁心。把電感性負載變成純電阻性負載，這種方法誰都知道是不行的，您也不會同意。

補償對負載來說是越補越多，而不是減少。對總電路來說，輸入的無功功率減少，就是您所講的不經過電網，這種現象是正確的。但不能反映出事物的本質，“內電動勢”的作用反映不出來。如果計算總電網的無功功率多少時，“內電動勢”是不能省略的，從總體來說，利用電容器補償無功功率后，發電機輸出的無功功率（比以前減少），但補償的無功功率大于減少的，所以補償后從總體上看，也不是減少，而是增加。

3、您說：“負載做功大小與有功功率并不是嚴格的正比關系......還有損耗”。

我要求的不是百分之百的效率，而是做一下，無功功率的變化，對負載做功有沒有影響？

在同一個異步電動機中，當負載和電源電壓不變時，并聯適當的電容器后與沒有并聯電容器時，負載做功的大小對比，如果無功功率不能做功或增加一部分損耗，在負載做功大小不變時，消耗的有功功率應當不變或增大；起動需要的時間應當與原來一樣。

從無數實踐中看，并聯電容器后，負載大小不變，消耗的有功功率減少，起動的時間縮短一半。這個事實如果您不相信，可到安裝電容器的單位看一看。

在電動機中，其它情況都沒有變化，只是改變了無功功率的來源，增加一個“內電動勢”。電力部門就是根據此現象，推廣利用電容器節電的。

4、您說：“有人銷售所謂“節電器”，實際就是一個電容器，那是騙人的。他們測量的是視在功率，并聯電容后由于消除了部分無功功率，所以視在功率明顯減小，其實有功沒變”。

我為了研究利用電容器節電問題，去過安裝電容單位，他們領導親自講：由超電被罰變為節電受獎，他們當埸給我做試驗：把電容器開關拉開（斷路），電流表指針轉動增大1/3左右，然后合上開關，電流表指針又回到原來的位置。如果利用電容器不能節約電能，難道他們和我說假話？電力部門也說假話？請您到基層安裝電容器的單位看一看，把利用電容器節電的現象說清楚。利用電容器在低壓電網中（感性負載）節約的視在功率占1/4左右，節約的有功功率占1/10左右，根據各單位負載性質不同而不同。

5、您說：“線圈的自感電動勢（即感抗）：感抗所消耗的是無功功率。線圈消耗電網的電能轉化為磁能，然后磁能又轉化為電能轉化為電能反送回電網，如此反復。我們測量的無功功率就是線圈充電功率與放電功率的和，充電功率（耗電）與放電功率（發電）相互抵消，所以實際不耗電”。

電感線圈本身不消耗電能是正確的，正因為這個原因，它才與宏觀保守力（重力）一樣，才能補償。如果本身消耗能量（純電阻），就無法補償。

從以上情況看，您只看到負載這一方面，沒有從整潔個電路方面分析，當電感負載輸出電能時，電源電壓卻變成了負載。從整個電路中看，任何瞬間，負載沒有減少，電源電壓也沒有增加，只是負載與電源在一半的時間中互相轉變，因為負載是做功的，所以就把電源電壓中消耗的能量，當成是負載消耗的能量。電感消耗能量的根據是產生電壓降。

另外電流與電壓相位差90度，是時間角度，不是空間角度。純電感電路中瞬時的平均功率，有的書中認為是：瞬時功率代數和的平均值，它等于零；現在是否已經改變過來，本人不知。

從實踐中看，瞬時平均功率應當是瞬時功率絕對值和的平均值，它不等于零。新的計算方法與有無功功率的量綱相一致，與消耗能相符合。

6、您說：“反電動勢：它所消耗的功率才是有用功功率（不過還要除去摩擦）。電動機同時也是發電機，電動機的旋轉會產生反電動勢。反電動勢方向始終與電源電動勢方向相反..........”。

您講的轉子的“反電動勢”，所消耗的才是有用功功率。這個“反電動勢”是由電動機轉子旋轉產生的，它的電流與電壓的相位是由誰決定的呢？反電動勢輸出的全是有功功率嗎？

它好比是變壓器的二次繞組，輸出什么電功率是由負載性質決定的，定子中輸入的功率是由轉子反電動勢決定的。反電動勢是轉子中的電源，銅損和線圈的感抗是負載，因此反電動勢輸出的不都是有功功率，其中還有無功功率。

在異步電動機中，兩個電動勢方向相反，兩個電流方向也相反，兩個的磁埸方向也相反，在定子中產生的是旋轉磁埸（對定子而言），在轉子中產生的磁埸是不動的（對轉子而言），因異性相吸，定子的旋轉磁埸就會帶動轉子旋轉。

又因為定子中的有功功率中的電流，與轉子中的有功功率電流方向相反，能產生轉矩；同理，定子中的無功功率中的電流，與轉子中的無功功率電流也相反。有功功率能做功，無功功率同樣能做功，因為它們的相對位置是一樣的。

說的太多了，下次再談。

第二篇：供電系統諧波治理技術講座供電系統諧波治理技術講座

供電系統諧波治理技術講座

無源電力濾波器的設計與調試

華北電力大學電氣工程學院

一、無源LC濾波器根本原理和結構

LC濾波器仍是應用最多、最廣的濾波器。

1、常用的兩種濾波器：調諧濾波器和高通濾波器。

2、濾波器設計要求

1〕使注入系統的諧波減小到國標允許的水平；

2〕進行基波無功補償，供應負荷所需的無功功率。

3、單調諧濾波器

由圖主電路可求：

調諧頻率：

調諧次數：

在諧振點：∣z∣＝R

特征阻抗：

品質因數：

q為設計濾波器的重要參數，典型值q=30～60。

4、高通濾波器

用于吸收某一次數及其以上的各次諧波。如下圖。

復數阻抗：

截止頻率：

結構參數：，一般取m=0.5~2；

q=0.7

~

1.4

依據以上三式可設計高通濾波器的參數。

二、濾波器設計內容和計算公式

1、濾波器參數選擇原那么

原那么：最小投資；母線

THDU

和進入系統的諧波電流最小；滿足無功補償的要求；保證平安、可靠運行。

參數設計、選擇前必須掌握的資料：

1〕系統主接線和系統設備〔變壓器、電纜等〕資料；

2〕系統和負荷的性質、大小、阻抗特性等；

3〕諧波源特性〔諧波次數、含量、波動性能等〕；

4〕無功補償要求；要到達的濾波指標；

5〕濾波器主設備參數誤差、過載能力、溫度等要求。

以上資料是濾波器參數選擇、設計必要條件。

案例設計問題：沒有系統最終規模的諧波資料……

2、濾波器結構及接線方式選擇

由一組或數組單調諧濾波器組成，有時再加一組高通濾波器。工程接線可靈活多樣，但推薦采用電抗器接電容低壓側的星形接線，主要優點是：

1〕任一電容擊穿短路電流小；

2〕設備承受的僅為相電壓；

3〕便于分相調諧。

高通濾波器多采用二階減幅型結構〔基波損耗小，頻率特性好，結構簡單〕。經濟原因高通濾波器多用于高壓。

1、濾波器參數選擇原那么

原那么：最小投資；母線

THDU

和進入系統的諧波電流最小；滿足無功補償的要求；保證平安、可靠運行。

參數設計、選擇前必須掌握的資料：

1〕系統主接線和系統設備〔變壓器、電纜等〕資料；

2〕系統和負荷的性質、大小、阻抗特性等；

3〕諧波源特性〔諧波次數、含量、波動性能等〕；

4〕無功補償要求；要到達的濾波指標；

5〕濾波器主設備參數誤差、過載能力、溫度等要求

以上資料是濾波器參數選擇、設計必要條件。

本案例1段母線濾波器接線〔圖紙拷貝〕……。

3、濾波器設計參數的分析處理

參數設計必須應依據實測值或絕對可靠的諧波計算值，但根據具體情況可作一些近似處理：

1〕母線短路容量較小或換算得到的系統電抗〔包括變壓器〕XS較大時，可忽略系統等值電阻RS；

2〕系統原有諧波水平應通過實測得到，在濾波器參數設計時，新老諧波電流源應一起考慮；

3〕L、C制造、測量存在誤差，以及f、T變化可能造成濾波器失諧，誤差分析是參數設計必須考慮的問題；

4〕參數設計涉及技術指標、平安指標和經濟指標，往往需經多個方案比擬后才能確定。

4、濾波器方案與參數的分析計算

1〕確定濾波器方案

確定用幾組單調諧濾波器，選高通濾波器截止頻率，以及用什么方式滿足無功補償的要求。

例如：三相全波整流型諧波源，可設5、7、11次單調諧濾波器，高通濾波器截止頻率選12次。無功補償要求沉著量需求平衡角度，通過計算綜合確定。

2〕濾波器根本參數的分析

電容器根本參數：額定電壓UCN、額定容量QCN、基波容抗XC，而XC=3

U2CN/

QCN〔這里QCN

是三相值〕。

為保證電容器平安運行，電壓應限制在一定范圍內。

3〕濾波器參數的初步計算〔按正常條件〕

設h次諧波電壓含有率為HRUh，通過推導可得到：

其中，q

為濾波器的最正確品質因數。以上是從保證電容器電壓要求初步選擇的參數。但為保證電容器的平安運行還應滿足過電流和容量平衡的要求，公式如下：

4〕濾波器參數的初步計算

串聯電抗器參數

以上為單調諧濾波器參數的初步選擇。

5〕濾波器參數的最后確定

濾波器最終參數需通過大量、屢次頻率特性仿真計算結果確定；并根據要求指標進行校驗。

為保證平安運行，還要選斷路器、避雷器、保護等。

自動調諧濾波器〔改變電感

L〕能提高濾波效果。但由于技術經濟的原因，目前應用不普遍。

5、濾波器參數指標的校驗

1〕電壓平衡

：校驗支路濾波電容器的額定電壓

2〕電流平衡：校驗濾波電容器的過電流水平，IEC為1.45倍。

3〕容量平衡：QCN=

QC1〔基波容量〕+ΣQ

h

(諧波容量)；

對濾波支路僅考慮I1

和Ih

通過時，近似有：

6、其它分析、計算工作

1〕濾波支路等值頻偏〔總失諧度〕的計算

2〕濾波支路品質因數q值的計算

其中，δs為濾波器接點看進去的系統等值阻抗角。

3〕濾波器性能和二次保護等分析計算

濾波器設計的技術性很強，需有專門的程序。除參數計算外，要能對濾波器的諧波阻抗、綜合阻抗、諧波放大、局部諧振〔串、并聯〕等濾波性能進行分析。

三、案例濾波器設計方法介紹

1、案例簡介

2、諧波數據合成中頻爐屬交－直－交供電，換流脈動數為6，特征諧波值為6K±1次諧波。非對稱觸發等原因，存在非特征諧波。

福建中試測試：線2、線4和中頻爐饋線；各諧波電壓畸變率全部超標，5、11、13及以上諧波電流超標。

非在電網最小方式、鋼廠非滿負荷下的測試，測試結果偏小；及今后8臺爐投運超標肯定更大。

設計問題：沒有單臺電爐諧波測試數據，沒有新供電方案下負荷同時運行測試數據，需根據經驗及現有供電方案諧波測試數據進行分析獲取設計數據。

按電爐變80％負荷率合成各母線諧波電流……。

3、基波無功容量計算

按母線電爐全部運行功率因數大于0.9，單爐運行功率因數應小于1，治理前平均功率因數取0.85條件，通過程序計算各段母線的三相基波補償容量：

10KV

I段：Q=3.8MVAR

10KV

II段：Q=2.65MVAR

605頻爐線：

Q=1.9MVAR4、考核標準計算和濾波器配置選擇

根據各母線的短路容量，計算各段母線電爐運行過程中的諧波考核標準；以及比照合成的諧波電流水平，選擇、配置各段母線的濾波器。

總電壓畸變率國標規定的限值

各級電網諧波電壓限值〔%〕

電壓〔KV〕

THD

奇次

偶次

0.38

5..4.0

2.0

6.10.4

3.2

1.6

35.66

2.4

1.2

1.6

0.0

允許注入電網的各次諧波電流國標規定限值〔局部〕

短路容量不同時的換算公式：

根據短路容量換算案例的各母線諧波電流允許值。

標稱電壓〔KV〕

基準短路容量〔MVA〕

010.0

100.0

0.260

020.0

013.0

020.0

008.5

015.0

006.4

006.8

005.1

009.3

〔I〕010.0

116.0

025.0

016.5

012.5

016.9

008.2

013.3

006.1

006.5

004.9

008.7

(II)010.0

116.0

019.1

010.1

009.5

010.8

006.2

009.0

004.7

005.0

003.7

006.5

(605)010.0

080.0

011.1

005.1

005.6

005.6

003.6

004.9

002.7

002.9

002.2

003.7

標稱電壓〔KV〕

基準短路容量〔MVA〕

010.0

100.0

004.3

007.9

003.7

004.1

003.2

006.0

002.8

005.4

002.6

002.9

〔I〕010.0

116.0

004.1

007.5

003.6

003.9

003.1

005.8

002.7

005.2

002.5

002.8

(II)010.0

116.0

003.2

005.7

002.7

003.0

002.3

004.4

002.1

004.0

001.9

002.1

(605)010.0

080.0

001.8

003.3

001.6

001.8

001.4

002.6

001.2

002.3

001.1

001.2

標稱電壓〔KV〕

基準短路容量〔MVA〕

010.0

100.0

002.3

.004.5

.004.5

002.1

004.1

〔I〕010.0

116.0

002.2

004.3

004.3

002.0

003.9

(II)010.0

116.0

001.7

003.3

003.3

001.5

003.0

(605)010.0

080.0

001.0

001.9

001.9

000.9

001.8

與合成的案例諧波比擬：各母線諧波電流均超標，由于裝置的非同時觸發，存在非特征諧波超標的現象。因此只能對主要的頻譜進行設置濾波器；由于電爐運行方式大幅度變化，特別是10KV

I段負荷變化較大，受基波無功補償容量限制，參數設計存在難度及影響其濾波效果。

綜合考慮：各母線配置5、7、11、13次濾波器。

5、濾波器參數設計〔以10KV

I段為例〕

由于中頻爐諧波為連續頻譜諧波，以及基波補償電容器的限制，濾波器參數設計很難滿足要求，經幾十次分析、比擬，確定的案例最終單相參數如下：

H5

H7

H11

H13

合計

電容器〔μF〕

27.51592

20.77733

22.98421

三相電容器安裝容量〔kvar〕

1830

1350

1860

1269

6309

三相基波輸出容量〔kvar〕

900

666

1108

726

3400

電抗器〔毫亨〕

14.74522

9.96178

2.39522

2.61115

考慮的問題：濾波效果，電壓、電流、容量是否能夠平衡，是否存在諧波放大，無功是否過補等，通過對參數進行屢次仿真，調整、比擬和評估設計效果，……。

1段母線補償電容器和濾波器同時運行仿真例如：

僅濾波器投入運行的仿真例如。……。

四、設備定貨、施工和現場調試

1、擬合標準指標與產品定貨

按設計參數選配、擬合標準規格電容器，考慮電抗器調節范圍，提出溫升、耐壓、損耗等指標。

電容器要求+誤差，電抗器±5%可調，電容器質量…。

注意濾波電容器，干式、油侵電容器等問題……。

2、工程施工需要注意的問題

LC濾波器屬工程，結合用戶現場條件、情況，設計單位應提供完善的工程資料，安裝、施工要求；由于濾波器現場安裝，要求工程單位按設計施工、保證質量；做詳細安裝檢查，保證連接正確，防止相序、設備接線錯誤

案例施工中的問題：連接、保護……

3、現場調試主要要求和方法

1〕要求：保證系統可靠運行，防止系統與濾波器諧振造成的諧波放大；投切過電壓限制在有效范圍內；保證濾波本身平安運行，不會導致電容、電感、電阻等不發生穩態過負荷，以及投、切時的過電壓、過電流不損壞本體設備。

其中，多數與設計有關……。

2〕步驟：測量各種工況諧波；計算系統和濾波器頻率特性，研究是否可能出現諧波放大，決定濾波器是正調偏還是負調偏；計算調整后的過電壓、過電流；分析、考慮配置的保護，避雷器對投切、斷路器重燃過電壓有重要作用；編寫濾波器投入方案，測量考核濾波效果。

案例調試中發生的問題：……。

3〕方法：

幅頻特性法：諧振時Z=R，濾波器電流最大；電阻上的電壓最大，濾波器總電壓最小；因此，通過觀測兩個電壓與預估的電壓比擬，可確定調諧回路的諧振。

缺點：誤差大，有計算誤差、試驗誤差和觀測誤差。

相頻特性法：把電阻電壓和濾波器總電壓分別送示波器兩個通道進行相角比擬，可確定濾波器是否諧振。可采用同軸或不同軸兩種方法。同軸法看到的是點重合或相反，因此誤差大；不同軸法通過橢圓變成直線確定諧振，因此觀察比擬容易，準確，工作量小。

放電振蕩法：過程如圖

放電時測量R上電壓，記錄波形；

測量周波時間，可計算諧振頻率。

缺點：每測一次都需充、放

電一次，過程復雜，也不夠準確。

因此，三種方法中，相頻特性法比擬實用，而且可用頻率計實際測量諧振頻率；改變信號發生器頻率，還可以測量濾波器的阻抗頻率特性。

實際工程一般采用-5%〔負偏〕調諧濾波器。

4、案例工程運行測試結果〔1段母線〕

投運前：

電壓〔V〕

電流〔A〕

功率因數

電壓總畸變率%

電流總畸變率%

9800

540

0.88

10.1

5.1

投運后：

電壓〔V〕

電流〔A〕

功率因數

電壓總畸變率%

電流總畸變率%

10200

560

0.99

1.5

4.2

投運后各次諧波電流的95%最大值

五、關于電弧爐諧波治理的簡介

1、電弧爐負荷特點和治理要求

1〕三相負荷電流嚴重不對稱，嚴重時負序可達正序的50%～60%，熔化期也占20%。需解決不平衡問題；

2〕含有2、3、4、5、7等次諧波，產生的諧波電流頻譜廣，含有偶次諧波，諧波治理要求高；

3〕電弧爐隨機運行在開路--短路--過載狀態，很大的功率沖擊，引起PCC母線電壓變動，存在電壓閃變問題。

4〕電爐變壓器和短網消耗大量無功，因此運行功率因數非常低，增大電網損耗、降低電壓水平。

小容量電弧爐可用

LC

無源濾波器，但對設計的要求比擬高，一般采用C型電力濾波器。

2、常用SVC形式和TCR補償原理

常用的SVC有晶閘管控制電抗器〔TCR〕、自飽和電抗器〔SR〕和晶閘管投切電容器〔TSC〕三種。

TCR原理、結構，以及相關工程、技術問題如下：

3、TCR補償與LC濾波的原理區別

1〕電弧爐負荷三相不平衡、無功沖擊是根本原因，要求進行動態、分相補償，TCR是解決問題的必須手段。同時解決電弧爐負荷產生、存在的問題。

TCR為動態補償裝置，響應時間在20ms內。

2〕LC濾波器以治理諧波為主，兼顧補償系統無功。目前一般應用場合，不具備動態補償功能。

電力機車諧波治理可采用投切方式〔非動態〕。

3〕采用那種類型的裝置，涉及到負荷性質、濾波〔

或補償〕效果、可行性和工程投資等。

解決問題是類型選擇的原那么。TCR設計方法略。

第三篇：諧波治理方法

諧波治理方法

1、諧波治理原則。

通過分析，對通信、信號設備造成干擾的諧波主要來自牽引負荷，而鐵路10kv電力供電設計多采用27.5/10kv供電方式，選擇諧波干擾小的電源作為主供電源會降低安全風險。但當地方電力系統檢修時，或地方電源因居民用電導致諧波上升時，仍會干擾信號、通信供電電源的質量，所以改變設計方法，并不能解決此問題。從供電的電源集中整治，然后供給相應的負荷，也不經濟，固需要解決的容量太大，且即便是集中解決，從供電的角度講，電源也并非單獨供給通信、信號，目前的生產、生活設備大量采用了變頻設備，如地熱井水泵恒轉矩變頻供電裝置，變頻空調，電磁爐，炊事機械等等，也會產生大量的諧波，進而干擾通信、信號電源的質量，所以，大的方案就是通信信號根據設備的重要程度和對諧波要求的高低，來選擇小容量的諧波治理設備，才能達到既經濟又安全的效果。各車站的通信、信號設備，其總功率一般不超過40kvA，治理相對容易。

2、諧波治理方法。

采用交—直—交系統進行隔離，此方法在國外早有使用，我也曾在朔黃線三汲、段莊兩個分區所進行試驗。采用進口交—直—交，通過改變蓄電池的容量，還可滿足因利用下雨導致10kv電源線供電中斷而引起的行車干擾。如2013年8月4日，朔黃線肅北至太師莊間大面積樹木倒伏，導致貫通、自閉全部中斷，影響行車近2小時，如果采用交—直—交逆變電源，在電池容量允許的情況下，就不會影響通信、信號的供電，不僅解決了諧波問題，還解決了供電中斷對行車的影響，是一個一舉雙得的好事。

3、諧波治理措施。

3.1采用無源濾波器濾波。日常采用的濾波治理方法，其中一種方法就是采用無源濾波裝置，即所謂LC濾波器，主要由濾波電容器、電抗器和電阻器組成。其與諧波源關聯，除了起濾波作用外，還兼顧無功補償的需要。這種濾波器最早出現，具有結構簡單，投資少的特點，運行可靠性高，所以運行費用較低，應用較為廣泛。但也存在一些問題，如當系統結構或參數發生變化或濾波器本身參數變化時，濾波器可能產生諧波放大，而且這種濾波器對電壓波動負序等不能綜合治理。如電氣化鐵路在使用直流車作為牽引動力源時，其特征諧波主要為3、5、7次諧波。而采用交流機車后，諧波含量以17、19、21次為主，導致許多設備發生故障，如果交流車上線后，原SS4G型車的高通濾波器經常損壞，原先的通信、信號對諧波感覺不明顯，而交流車上線后，通信、信號設備感覺明顯，這與特征濾波的變化有關，所以通信、信號設備電源加裝特征諧波濾波器也能收到良好的效果。

3.2 采用有源濾波器濾波。

隨著大功率電力電子器件技術的突破與發展，ABB公司推出了采用脈沖寬度調制（PWM）技術構成的有源諧波濾波器。其基本原理是從補償對象中檢測出諧波電流，由補償裝置產生一個與該諧波電流大小相等極性相反的補償電流，從而使電網電流只含基波分量。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進行很好的補償，且補償特性不會改變，阻抗特性不會受到影響，因而受到了廣泛的重視，并且已獲得應用。

3.3 采用交—直—交逆變電源。

4、結束語。

諧波在今后的社會發展中，諧波含量只會越來越多。為了節能的要求，家用電氣設備，如節能燈、電磁爐、變頻洗衣機、空調、電視及微波爐等，都采用工業的大型換流設備。集中治理已不太可能，除非將來傳統的發電、輸電、用電設備，全部改為直流電輸電方式，在用戶處變為可用的不同步驟的交流電，否則諧波將不可避免。諧波的治理要本著區別對待，減少用戶的投入，使用戶獲得最大收益為原則。對于諧波的治理不能遵循一成不變的原則，而一定要濾波。如何把諧波的污染降到最低程度，又不要太花錢，是值得同行們一起探討和研究的問題。

第四篇：諧波的產生原因和治理方式

諧波的產生原因和治理方式 供電系統中的諧波

在供電系統中諧波電流的出現已經有許多年了。過去，諧波電流是由電氣化鐵路和工業的直流調速傳動裝置所用的，由交流變換為直流電的水銀整流器所產生的。近年來，產生諧波的設備類型及數量均已劇增，并將繼續增長。所以，我們必須很慎重地考慮諧波和它的不良影響，以及如何將不良影響減少到最小。1 諧波的產生

在理想的干凈供電系統中，電流和電壓都是正弦波的。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。

在實際的供電系統中，由于有非線性負荷的存在，當電流流過與所加電壓不呈線性關系的負荷時，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許多諧波頻率的正弦波。諧波頻率是基頻的整倍數，例如基頻為50Hz，二次諧波為100Hz，三次諧波則為150Hz。因此畸變的電流波形可能有二次諧波、三次諧波??可能直到第三十次諧波組成。2 產生諧波的設備類型

所有的非線性負荷都能產生諧波電流，產生諧波的設備類型有：開關模式電源(SMPS)、電子熒火燈鎮流器、調速傳動裝置、不間斷電源(UPS)、磁性鐵芯設備及某些家用電器如電視機等。(1)開關模式電源(SMPS)：

大多數的現代電子設備都使用開關模式電源(SMPS)。它們和老式的設備不同，它們已將傳統的降壓器和整流器替換成由電源直接經可控制的整流器件去給存貯電容器充電，然后用一種和所需的輸出電壓及電流相適合的方法輸出所需的直流電流。這對于設備制造廠的好處是使用器件的尺寸、價格及重量均可大幅度地降低，它的缺點是不管它是哪一種型號，它都不能從電源汲取連續的電流，而只能汲取脈沖電流。此脈沖電流含有大量的三次及高次諧波的分量。(2)電子熒光燈鎮流器：

電子熒光燈鎮流器近年被大量采用。它的優點是在工作于高頻時可顯著提高燈管的效率，而其缺點是其逆變器在電源電流中產生諧波和電氣噪聲。使用帶有功率因數校正的型號產品可減少諧波，但成本昂貴。(3)直流調速傳動裝置：

直流電動機的調速控制器通常采用三相橋式整流電路，它也稱作六脈沖橋式整流電路，因為在直流輸出側每周波內有六個脈沖(在每相的半波上有一個)。直流電動機的電感是有限的，故在直流電流中有300Hz的脈動波(即為供電頻率的6倍)，這就改變了供電電流的波形。(4)不間斷電源(UPS)：

根據電能變換方式和由外部供電到內部供電所用轉換方式的不同，UPS有許多不同的類型。主要的類型有：在線的UPS、離線的UPS和線路交互作用的UPS。由UPS供電的負荷總是電子信息設備，它們是非線性的并且含有大量的低次諧波。

(5)磁芯器件：

在有鐵芯的電抗器上的勵磁電流和磁通密度之間的關系總是非線性的。如果電流波形是正弦波(亦即電路中串聯的電阻很大)那么磁場中會有高次諧波，這被認為是強迫磁化過程。如果施加在線圈上的電壓是正弦波形(亦即串聯的電阻很

小)則磁通密度也將是正弦波形，而電流波形則含有高次諧波，這被認為是自由磁化過程。諧波引發的問題及解決措施

諧波電流在電源系統內以及裝置內均會造成問題。但其影響和解決措施非常不一樣，需要分別處理；適用于消除諧波在裝置內不良影響的辦法并不能減少諧波在電源系統內造成的畸變，反之亦然。

(1)裝置內的諧波問題及解決措施：

有幾個常見多發的問題是由諧波引起的：電壓畸變、過零噪聲、中性線過熱、變壓器過熱、斷路器的誤動作等。

①電壓畸變：因為電源系統有內阻抗，所以諧波負荷電流將造成電壓波形的諧波電壓畸變(這是產生“平頂”波的根源)。此阻抗有兩個組成部分：電源接口(PCC)以后的電氣裝置內部電纜線路的阻抗和PCC以前電源系統內的阻抗，用戶處的供電變壓器即是PCC的一例。

由非線性負荷引起的畸變負荷電流在電纜的阻抗上產生一個畸變的電壓降。合成的畸變電壓波形加到與此同一電路上所接的全部其他負荷上，引起諧波電流的流過，即使這些負荷是線性的負荷也是如此。

解決的辦法是把產生諧波的負荷的供電線路和對諧波敏感的負荷的供電線路分開，線性負荷和非線性負荷從同一電源接口點開始由不同的電路饋電，使非線性負荷產生的畸變電壓不會傳導到線性負荷上去。

②過零噪聲：許多電子控制器要檢測電壓的過零點，以確定負荷的接通時刻。這樣做是為了在電壓過零時接通感性負荷不致產生瞬態過電壓，從而可減少電磁干擾(EMI)和半導體開關器件上的電壓沖擊。當在電源上有高次諧波或瞬態過電壓時，在過零處電壓的變化率就很高且難于判定從而導致誤動作。實際上在每個半波里可有多個過零點。

③中性線過熱：在中性點直接接地的三相四線式供電系統中，當負荷產生3N次諧波電流時，中性線上將流過各相3N次諧波電流的和。如當時三相負荷不平衡時，中性線上流經的電流會更大。最近研究實驗發現中性線電流會可能大于任何一相的相電流。造成中性線導線發熱過高，增加了線路損耗，甚至會燒斷導線。

現行的解決措施是增大三相四線式供電系統中中性線的導線截面積，最低要求要使用與相線等截面的導線。國際電工委員會(IEC)曾提議中性線導線的截面應為相線導線截面的200%。

④變壓器溫升過高：接線為Yyn的變壓器，其二次側負荷產生3N次諧波電流時，其中性線上除有三相負荷不平衡電流總和外，還將流過3N次諧波電流的代數和，并將諧波電流通過變壓器一次側流入電網。解決上述問題最簡單的辦法是采用Dyn接線的變壓器，使負荷產生的諧波電流在變壓器△形繞組中循環，而不致流入電網。

無論諧波電流流入電網與否，所有的諧波電流都會增加變壓器的電能損耗，并增加了變壓器的溫升。

⑤引起剩余電流斷路器的誤動作：剩余電流斷路器(RCCB)是根據通過零序互感器的電流之和來動作的，如果電流之和大于額定的限值它就將脫扣切斷電源。出現諧波時RCCB誤動作有兩個原因：第一，因為RCCB是一種機電器件，有時不能準確檢測出高頻分量的和，所以就會誤跳閘。第二，由于有諧波電流的緣故，流過電路的電流會比計算所得或簡單測得的值要大。大多數的便攜式測量儀表并

不能測出真實的電流均方根值而只是平均值，然后假設波形是純正弦的，再乘一個校正系數而得出讀數。在有諧波時，這樣讀出的結果可能比真實數值要低得多，而這就意味著脫扣器是被整定在一個十分低的數值上。

現在可以買到能檢測電流均方根值的斷路器，再加上真實的均方根值測量技術，校正脫扣器的整定值，便可保證供電的可靠性。(2)影響供電電源的諧波問題及解決措施：

《中華人民共和國電力法》指出：“用戶用電不得危害供電、用電安全和擾亂供電、用電秩序”，《供電營業規則》中規定：“用戶的非線性阻抗特性的用電設備接入電網運行所注入電網的諧波電流和引起公共連接點至正弦波畸變超過標準時，用戶必須采取措施予以消除。”

由畸變電流造成的電壓畸變取決于電源阻抗。阻抗愈大則由同一電流畸變所造成的電壓畸變就愈大。對于10次以下的諧波而言，供電網絡通常是感性的，所以電源阻抗就和頻率成正比，諧波次數越高，所造成的畸變就越大。通常不可能減小供電系統的阻抗，所以需要采用別的步驟來保證電壓畸變不超過限度。可能的解決方法有：裝用諧波濾波器、裝用隔離變壓器和裝用有源的諧波調節器。

①裝用諧波濾波器：對于電動機控制器產生的諧波，諧波的形狀很分明，可以用濾波器來降低諧波電流。對于六脈沖的控制器，濾波器可去掉20%的五次諧波以及全部的高次諧波，對基波影響甚微。為了避免增益頂峰靠近諧波，必須用解諧的濾波器，而且可能需裝多個濾波器。在12脈沖橋路中最低次的諧波是11次的，此時情況比較簡單。

②裝用隔離變壓器：均衡的三次諧波電流傳回到電源去的問題可以用一臺Dyn接法的隔離變壓器來削弱。使用這種變壓器時，通常裝設一個旁路的電路以避免在進行變壓器的維護工作時長時期地對負荷停止供電。在這種情況下，應采用中性線有足夠大的通用四芯饋線。在重要的配電系統中，有時把隔離變壓器就地裝在每一配電盤上，使3N次諧波電流與配電系統相隔離。隔離變壓器要適當提高額定值，否則也會產生電壓畸變和過熱。

③裝用有源的諧波調節器：由變流器/逆變器產生的邊頻帶和諧波不能很好地用普通的濾波器來濾除，這是因為邊頻帶上的頻率是隨傳動裝置的速度而變化的，并且時常很接近于基波頻率。目前有源濾波器日益推廣應用，它在工作時主動地注入一個電流來精確地補償由負荷產生的諧波電流，就會獲得一個純粹的正弦波。這種濾波設備的工作靠數字信號處理(DSP)技術來控制快速絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。因為設備是與供電系統并聯工作的，它只控制諧波電流，基波電流并不流過該濾波器。如果所需過濾的諧波電流比濾波器的容量大的話，它只是簡單地起限制作用而使波形得到部分的糾正。

諧波"一詞起源于聲學。有關諧波的數學分析在18世紀和19世紀已經奠定了良好的基礎。傅里葉等人提出的諧波分析方法至今仍被廣泛應用。電力系統的諧波問題早在20世紀20年代和30年代就引起了人們的注意。當時在德國，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C.Read發表的有關變流器諧波的論文是早期有關諧波研究的經典論文。到了50年代和60年代，由于高壓直流輸電技術的發展，發表了有關變流器引起電力系統諧波問題的大量論文。70年代以來，由于電力電子技術的飛速發展，各種電力電子裝置在電力系統、工業、交通及家庭中的應用日益廣泛，諧波所造成的危害也日趨嚴重。世界各國都對諧波問題予以充分和關注。國際上召開了多次有關諧波問題的學術會

議，不少國家和國際學術組織都制定了限制電力系統諧波和用電設備諧波的標準和規定。

供電系統諧波的定義是對周期性非正弦電量進行傅立葉級數分解，除了得到與電網基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值（n=fn/f1）稱為諧波次數。電網中有時也存在非整數倍諧波，稱為非諧波（Non-harmonics）或分數諧波。諧波實際上是一種 干擾量，使電網受到“污染”。電工技術領域主要研究諧波的發生、傳輸、測量、危害及抑制，其頻率范圍一般 為2≤n≤40。

諧波是怎么產生的？

電網諧波來自于3個方面：

一是發電源質量不高產生諧波：

發電機由于三相繞組在制作上很難做到絕對對稱，鐵心也很難做到絕對均勻一致和其他一些原因，發電源多少也會產生一些諧波，但一般來說很少。

二是輸配電系統產生諧波：

輸配電系統中主要是電力變壓器產生諧波，由于變壓器鐵心的飽和，磁化曲線的非線性，加上設計變壓器時考慮經濟性，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構形式、鐵心的飽和程度有關。鐵心的飽和程度越高，變壓器工作點偏離線性越遠，諧波電流也就越大，其中3次諧波電流可達額定電流0.5%。

三是用電設備產生的諧波：

晶閘管整流設備。由于晶閘管整流在電力機車、鋁電解槽、充電裝置、開關電源等許多方面得到了越來越廣泛的應用，給電網造成了大量的諧波。我們知道，晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網吸收的是缺角的正弦波，從而給電網留下的也是另一部分缺角的正弦波，從而給電網留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然在留下部分中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路，在接感性負載時則含有奇次諧波電流，其中3次諧波的含量可達基波的30%；接容性負載時則含有奇次諧波電壓，其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋6脈整流器，變壓器原邊及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流；如果是12脈沖整流器，也還有11次及以上奇次諧波電流。經統計表明：由整流裝置產生的諧波占所有諧波的近40%，這是最大的諧波源。

變頻裝置。變頻裝置常用于風機、水泵、電梯等設備中，由于采用了相位控制，諧波成份很復雜，除含有整數次諧波外，還含有分數次諧波，這類裝置的功率一般較大，隨著變頻調速的發展，對電網造成的諧波也越來越多。

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，使得燃燒不穩定，引起三相負荷不平衡，產生諧波電流，經變壓器的三角形連接線圈而注入電網。其中主要是2 7次的諧波，平均可達基波的8% 20%，最大可達45%。

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重，有的還含有負的伏安特性，它們會給電網造成奇次諧波電流。

家用電器。電視機、錄像機、計算機、調光燈具、調溫炊具等，因具有調壓整流裝置，會產生較深的奇次諧波。在洗衣機、電風扇、空調器等有繞組的設備中，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，但數量巨大，也是諧波的主要來源之一。

第五篇：高次諧波的產生及其治理

高次諧波的產生及其治理

一、概述

目前，許多變電所的負荷中含有大量非線性負荷，如整流裝置、交-交變頻裝置、煉鋼電弧爐、中頻爐、電力機車、交流電焊機、高頻電焊機、中頻淬火爐、高頻淬火爐、計算機的開關電源、帶電子鎮流器的熒光燈等。供電給這些非線性負荷的系統電壓即使為理想正弦波，它們工作時的電流也是非正弦電流。這些非正弦電流波形按傅氏級數可以分解為基波及一系列不同頻率和振幅的諧波。諧波頻率為基波頻率的整數倍時，稱為高次諧波；其頻率為基波頻率的非整數倍時，稱為分數諧波或旁頻波；其頻率低于基波頻率時，稱為次諧波。諧波電流流經系統中包括發電機、輸電線、變壓器等各種阻抗元件時，必然產生非正弦的電壓降，使交流系統內各點的電壓波形也發生不同程度的畸變。電壓畸變的程度取決于非線性負荷容量與電網容量的相對比值以及供電系統對諧波頻率的阻抗，畸變的電壓反過來對整流裝置從系統中取用的電流波形又有影響。因而諧波電流和諧波電壓是相伴而生、相互影響的。

二、諧波危害 2.1通訊干擾

非線性負荷供電系統產生的諧波對與其鄰近的通訊線路產生靜電感應及電磁感應，在通訊系統內產生不良影響。2.2同步發電機的影響

電力系統中的同步發電機，特別是以非線性負荷為主或以發電電壓直接供給非線性負荷的同步發電機，高次諧波對其有較大不良影響。諧波電流引起定子特別是轉子部分的附加損耗和附加溫升，降低了發電機的額定出力。2.3對異步電動機的影響

諧波引起電機角速度脈動，嚴重時會發生機械共振。對電動機的功率因數和最大轉矩都有影響。2.4對電力電容器的影響

由于電容器的容抗和頻率成反比，電力電容器對諧波電壓最為敏感。諧波電壓加速電容器介質老化，介質損失系數tgδ增大，容易發生故障和縮短壽命，諧波電流常易使電容器過負荷而出現不允許的溫升。電容器與電力系統還可能發生危險的諧振。此時，電容器成倍地過負荷，響聲異常，熔斷器熔斷，使電容器無法運行。伴隨著諧振，在諧振環節常出現過電壓，造成電氣元件及設備故障或損壞，嚴重時影響系統的安全運行。

2.5對電纜線路絕緣的影響

對電纜線路，非正弦電壓使絕緣老化加速，漏泄電流增大；當出現并聯諧振過電壓時，可能引起放炮并擊穿電纜。2.6對變壓器的影響 諧波電壓使變壓器激磁電流增大，效率變低，并惡化其功率因數。諧波放大會造成主變聲音異常。2.7對測量儀的影響

高次諧波會引起電度表誤差，諧波頻率愈高，誤差愈大，且均為負誤差。

2.8對繼電保護自動裝置等的影響

當諧波電壓水平較高時，對供電系統的電壓自動調節的誤差有所增加。負序系統的高次諧波電流對具有負序電流諧波濾波裝置的繼電保護裝置有不良影響。諧波電流惡化甚至破壞利用電力線路作為聯系通道的遠動裝置的工作。2.9對整流裝置的影響

高次諧波對脈沖—相位控制的可控硅（晶閘管）整流裝置有較大影響，可能造成脈沖丟失而燒壞可控硅管。

由于諧波的這些危害，所以在設計和建設非線性負荷的配電時，必須滿足國家制訂的諧波標準《電能質量公用電網諧波》GB/T14549-93要求，采取抑制和消除諧波的措施。抑制和消除諧波，主要歸結為抑制和消除諧波電流，使電壓畸變率和系統注入公共連接點的 諧波電流符合國家標準。

三、公用電網諧波國家標準

國家標準GBT/14549-93中諧波電壓限值和諧波電流允許值如下： 3.1公用電網諧波電壓（相電壓）限值見表1： 表1電網標稱電壓(kv)

電壓總畸變率(％)

各次諧波電壓含有率(％)

奇次

偶次

0.38 5.0 4.0 2.0 6 4.0 3.2 1.6

3.0 2.4 1.2

2.0 1.6 0.8

3.2諧波電流允許值

3.2.1公共連接點的全部用戶向該點注入的諧波電流分量（方均根值）不應超過表2中規定的允許值。當公共連接點的最小短路容量不同于基準短路容量時，表2中的諧波電流允許值的換算為：

Ih=（Sk1/Sk2）×Ihp

式中：Sk1——公共連接點的最小短路容量，MVA； Sk2——基準短路容量，MVA；

Ihp——表2中的第h次諧波電流允許值，A； Ih——短路容量為Sk1時的第h次諧波電流允許值。表2注入公共連接的諧波電流允許值標準 電壓 kv 基準短 路容量 MVA

諧波次數及諧波電流允許值，3 4 5 6 7 8

A 9 10 11 12 13

0.38 10 78 62 39 62 26 44 19 21 16 28 13 24 100 43 34 21 34 14 24 11 11 8.5 16 7.1 13 100 26 20 13 20 8.5 15 6.4 6.8 5.1 9.3 4.3 7.9

250 15 12 7.7 12 5.1 8.8 3.8 4.1 3.1 5.6 2.6 4.7

500 16 13 8.1 13 5.4 9.3 4.1 4.3 3.3 5.9 2.7 5.0

75.12 9.6 6 9.6 4.0 6.8 3.0 3.2 2.4 4.3 2.0 3.7

續表2注入公共連接的諧波電流允許值標準 電壓 kv 基準短 路容量 MVA

諧波次數及諧波電流允許值，A 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 0.38 10 11 12 9.7 18 8.6 16 7.8 8.9 7.1 14 6.5 12 100 6.1 6.8 5.3 10 4.7 9.0 4.3 4.9 3.9 7.4 3.6 6.8 100 3.7 4.1 3.2 6.0 2.8 5.4 2.6 2.9 2.3 4.5 2.1 4.1 35 250 2.2 2.5 1.9 3.6 1.7 3.2 1.5 1.8 1.4 2.7 1.3 2.5

500 2.3 2.6 2.0 3.8 1.8 3.4 1.6 1.9 1.5 2.8 1.4 2.6

750 1.7 1.9 1.5 2.8 1.3 2.5 1.2 1.4 1.1 2.1 1.0 1.9 3.2.2同一公共接點的每個用戶向電網注入的諧波電流允許值按此用戶在該點的協議容量與其公共接點的供電設備容量之比進行分配。分配的計算方式見下式： Im=Ih(Si/St)1/α

式中：Im——公共接點處第i個用戶的第h次諧波電流允許值，A；

Ih——按式(1)換算的第h次諧波電流允許值，A； Si——第i個用戶的用電協議容量，MVA；

St——公共接點的供電設備容量，MVA； α——相位迭加系數，按表3取值。表3h 3 5 7 11 13

9(>13)偶次

α

1.1 1.2 1.4 1.8 1.9 2

四、諧波電流發生量 4.1整流裝置諧波電流理論值

整流裝置諧波有特征諧波和非特征諧波之分，特征諧波是指整流裝置運行于正常條件下所產生的諧波。正常條件下的電源為三相對稱系統，供電回路為三相對稱回路。對于可控硅整流裝置而言，各相控制角及特性沒有差異。若整流裝置運行于非正常條件下除產生特征諧波外，還產生非特征諧波。

特征諧波具有間斷性幅值頻譜，其諧波次數由整流相數決定。可以用一個簡單的通式來表達。如以p代表相數（脈波數），k為正整數，則特征諧波次數為n=kp±1。

特征諧波幅值大小與重迭角γ和控制角α及容量有關，工程應用可由曲線查得。

非特征諧波可能具有連續的幅值頻譜，其諧波次數不可能用一個簡單的通式來表達。非特征諧波幅值大小雖可從理論上加以推導，但很困難且不準確。通常數值不大，工程上可取In=（0.15～0.2）I1/n。但個別工程由于整流裝置的控制角誤差而引起的非特征諧波值很大，甚至比特征諧波值還大。這時應調整整流裝置的觸發系統，使非正常諧波值減小。否則，諧波濾波裝置的組數需增加，投資需增大。4.2交流電弧爐諧波電流發生量

煉鋼電弧爐在熔化期間內，由于電弧特性是非線性的，將產生大量的諧波電流，而且三相電流不平衡，具有較多的3次諧波。從電流波形看出，正負兩部分也是不對稱的，說明還存在偶次諧波。主要是2次諧波。

電弧爐諧波電流的頻率是一組連續頻譜，其中整數諧波2、3、4、5、6、7次的幅值較大，而非整數次幅值較小。

在熔化期內，諧波電流隨電弧電流變化，其峰值與均方根值相差很大。諧波濾波裝置設計不宜采用瞬時峰值，應按最嚴重一段時間內的諧波電流平均值考慮。對一運行的電弧爐，最好通過測試取得。對新建或無條件測試的可參考表三選取。表4n 1 2 3 4 5 6 7

In/I1 100 7~11 8~13 4~6 5~7 2~3 2~3

五、諧波治理方法

5.1增大供電系統對諧波的承受能力；提高系統的短路容量；采用較高電壓供電。

5.2減小諧波發生量：增加整流裝置的脈動數、增大換向電抗、改善觸發對稱度；同類型非線性負荷盡量集中供電，利用諧波源之間的相位不同相互抵消部分諧波。

5.3避免諧波放大和諧振，選擇合適的電容器組參數或采用合適參數串聯電抗器。5.4安裝電力諧波濾波裝置 加大系統的短路容量難以實現，增加整流器的等效相數也受到限制，當等效相數超過12相時，需增加移相設備，同時會帶來維修運行上的不便，安裝諧波濾波裝置就成了首選。諧波濾波裝置既能消除諧波，又能補償無功功率，提高功率因數，具有顯著的經濟效益。5.5抑制快速變化諧波的措施

快速變化的諧波源(如電弧爐、電力機車、晶閘管供電的軋機、卷揚機等)除產生諧波外，往往還引起供電電壓的波動和閃變，抑制快速變化諧波的技術措施就是在諧波源處并聯裝設靜補裝置，又稱動態無功補償裝置。靜補裝置的基本結構是由快速可變的電抗器或電容器組合而成。

目前技術上較成熟，工程上應用較多的有下述四種基本形式：

1.自飽和電抗器；2.晶閘管控制電抗器；3.晶閘管控制高漏抗變壓器；4.晶閘管投切電容器。

我公司開發的“晶閘管過零觸發裝置”專利技術，應用于晶閘管投切電容器動態諧波濾波裝置，其動態響應速度達到了晶閘管控制電抗器動態諧波濾波裝置性能，其對諧波的吸收效果優于晶閘管控制電抗器動態諧波濾波裝置。5.6有源電力濾波器

有源電力濾波器是運用電力電子技術，向電網注入與原有諧波電流幅值相等、相位相同、方向相反的電流，使流入電源的總諧波電流為零。

目前國內有源電力濾波器產品功率較小，價格較高，尚未大量使用。

有源電力濾波器技術是諧波治理技術的發展方向。

六、電力高次諧波濾波裝置 6.1諧波濾波裝置諧波器支路種類 諧波濾波器大致分為以下幾種：（圖一)a：單調諧諧波濾波器：頻帶窄，濾波效果好，損耗小，調諧容易，是使用最多的一種類型。

b：雙調諧諧波濾波器：可代替兩個單調諧諧波濾波器，只有一個電抗器（L1）承受全部沖擊電壓，但接線復雜，調諧困難，僅在超高壓系統中使用。

c：一階高通諧波濾波器：因基波損耗大，一般不采用。d：二階高通諧波濾波器：通頻帶很寬，濾波效果好，但損耗比單調諧大，通常用于較高次諧波。

e：三階高通諧波濾波器：電容器利用率較高，基波損耗小，但濾波效果不如二階高通諧波濾波器，一般用于電弧爐濾波。

f：“C”式高通諧波濾波器：性能處于二階和三階高通諧波濾波裝置之間，R的基波損耗最小，適用于電弧爐諧波濾波裝置。

最常用的諧波濾波器為單調諧諧波濾波器和二階高通諧波濾波器。

6.2 諧波濾波器的原理

我們以單調諧諧波濾波器為例來介紹一下諧波濾波裝置的原理：（圖二）

流入系統的諧波電流為：Isn=In×Xfn/（Xfn+Xsn）其中：

In——諧波電流發生量； Isn——流入系統的諧波電流； Xsn——系統的諧波阻抗； Xfn——諧波濾波器的總諧波阻抗。

諧波濾波器的總諧波阻抗為：Xfn=Rfn+j（2πfL－1/（2πfC））其中：

Xfn——諧波濾波器的總阻抗； Rfn——諧波濾波器的總電阻 f——流過諧波濾波器的電流的頻率 L——電抗器的電感量 C——電容器的電容量

當在某次諧波下2πfL—1/（2πfC）=0時，Isn=InRfn/（Rfn+Xsn）。

一般地，Rfn＜＜Xsn，此時Isn＜＜In。

諧波電流絕大部分流入諧波濾波器，極小部分流入系統。這就是諧波濾波裝置吸收諧波的原理。6.3諧波濾波裝置的設置原則 諧波濾波裝置的設置原則如下：

a、諧波濾波裝置投運后，系統電壓總畸變率和流入系統電流必須滿足國家頒布的諧波管理規定。

b、諧波濾波裝置可安裝在總降變電所或車間。安裝于總降變電所可實現集中濾波和無功補償。安裝于車間可實現無功就地補償。兩者各有利弊。

c、諧波濾波裝置設計應考慮背景諧波和近期發展的非線性負荷。留有一定裕量。6.4諧波濾波裝置設計步驟

6.4.1設計諧波濾波裝置時用戶應提供以下資料：

a、公共連接點（P.C.C.點）的最小短路容量(Sk1，MVA)。b、變壓器銘牌參數。c、每臺用電設備容量。

d、諧波源設備工作方式(整流方式、工作原理)e、最好能提供實測電能質量參數。6.4.2諧波濾波裝置容量的確定 諧波濾波裝置總容量確定的基本原則：

a、滿足濾波效果的要求，即保證流入系統的各次諧波電流和母線上的綜合電壓畸變率在國標（GB/T14549-93）規定的范圍之內。b、諧波濾波裝置的基波無功輸出要滿足無功功率補償的需要量。在滿足上述技術要求前提下，裝置容量不宜過大。一則會使投資增加，二則會使母線或系統電壓升高。6.4.3諧波濾波裝置的支路設置

諧波濾波裝置一般分為幾個支路，根據諧波發生量的次數和大小設置各支路的參數，在滿足負載無功補償需要量、滿足公共連接點（P.C.C.點）的電壓畸變率和流入系統各次諧波電流要求的前提下，要避免在某次諧波頻率下產生并聯電流諧振，以保證諧波濾波裝置的長期安全運行。

諧波發生量的次數和大小由現場測試或理論計算確定。現場測試能準確測量出系統中存在的諧波量的次數和大小，為諧波濾波裝置的設計提供準確的參數。6.4.4諧波濾波裝置的結構和性能

諧波濾波裝置由濾波電容器、調諧電抗器、微電感電阻器、柜架、開關柜等主要設備組合而成。一般裝有2—4個單調諧諧波濾波裝置，有時包括一個高通諧波濾波裝置或“C”式諧波濾波裝置，依不同場合具體參數優化設計而定。6.5諧波濾波裝置的運行操作與維護保養

a、濾波裝置必須嚴格按照設計要求進行運行操作，投入諧波濾波裝置從低次往高次，切除諧波濾波裝置從高次往低次。b、高壓諧波濾波裝置運行時，任何人不得進入安全網門內。諧波濾波裝置切除后，經10分鐘放電，并進行可靠接地后，安全網門內方可進入。

c、當諧波濾波裝置室溫度超過規定值時，應啟動降溫設備。d、濾波電容器和調諧電抗器應定期測量C（uf）、tgδ、L（mh）、絕緣電阻等。

e、諧波濾波裝置室應定期清掃，遇有風雪或風沙天氣，應關閉門窗。

我公司擁有多套諧波濾波裝置的設計、制造、安裝、調試、運行經驗。我們愿為您提供以下服務： a、諧波在線測量

包括各種非線性負荷的諧波電流發生量、引起供電線母線電壓正弦波形畸變率、電力系統背景諧波等。b、諧波評估

實測或理論計算諧波發生量及其危害的預測，并提出治理的初步方案。

c、濾波裝置的優化設計

包括設備參數選擇、最佳系統設計和主要組件的設備設計以及工廠設計。

d、提供濾波裝置成套設備，并進行設備安裝或安裝指導。e、濾波裝置現場調諧試驗。f、現場裝置的指標考核。