谐波干扰问题分析与谐波治理方法建议

谐波干扰问题分析与谐波治理方法建议

一、存在的谐波干扰问题介绍

某科技发展有限公司主要从事先进陶瓷材料相关技术、产品和系统的研发，涉及生物医学材料、新能源材料、电子信息材料、化工陶瓷材料、以及多功能结构陶瓷材料等领域。

该公司目前新安装的300KW中频烧结炉，可控硅控制功率加热，出现功率因数低0.3-0.5，谐波大，造成共用的容量1250Kvar供电变压器配置的容量为600Kvar无功补偿电容装置产生过热保护无法正常投切运行等问题。

二、谐波干扰状况分析

随着我国制造业的蓬勃发展和人民生活水平的不断提高，电力电子技术在电网设备中得到广泛应用，大量的非线性负荷广泛应用在工业、商业和民用电网中，给电网造成的污染问题越来越得到重视。如在一般工业领域使用的中频炉、变频器、软启动器、电弧炉、轧机、电解槽、电镀槽等负荷，商业和民用领域如节能灯、气体灯具、变频空调、电脑、冰箱等，都产生大量的谐波，尤其是近几年在我国节能技术产业的发展过程中出现了各种类型的专用节电装置，这些节电装置采用的均是电力电子控制技术如变频控制和可控硅调压原理，属典型的谐波源，大量使用导致谐波的产生，轻者影响供电质量使制造工艺较为精细的产品质量受到影响，或者由于在节电过程中使用的节电器具产生的谐波导致谐振，而使无功得不到满意补偿甚至不补偿影响节电效果，重者导致电气设备长期发热，降低使用寿命甚至损坏、火灾，危害电网安全。

为了便于对北京某科技发展有限公司新安装使用的中频烧结炉产生谐波危害进行分析，特地借鉴下列两组关联数据

用以推断可能产生谐波的含量。

借鉴测试数据一：2014年5月9日浙江某公司新安装使用的中频烧结炉的现场测试数据显示，该中频烧结炉运行时电源进线上基波电流在17-391A有功功率在7.8-118.5KW,谐波电压总畸变率5.7-6.3%，谐波电流总畸变率42-72.9%,功率因数在0.33-0.64范围内波动。

借鉴测试数据二：2014年6月22日领步公司应邀对某新型材料（江苏）有限公司生产线300KW中频烧结炉的谐波测试数据如下：运行电流在250A时谐波参数，谐波电压总畸变率4.4%，谐波电流总畸变率29.9%；运行电流在365A时谐波参数，谐波电压总畸变率6.7%，谐波电流总畸变率30.1%

运行电流

在250A时

谐波参数

运行电流

在365A时

谐波参数

从上述两组借鉴测式数据推断，中频烧结炉运行时产生的总谐波电流应该在110-190A之间，这么高的谐波电流也是造成变压器母线电容补偿过热不能正常投切的主要原因，如此高谐波污染状态长期运行下去还将同一变压器系统内的其他相关负载设备产生更多的危害，非常需要对该台中频烧结炉进行针对性谐波治理，以期消除谐波引发的生产运行设备故障。

三、谐波治理方法对比

1、谐波治理方式比较分析：

目前对用户配电系统中的谐波治理主要有无源滤波和有源滤波两类方式，由于无源滤波装置，主要是基于谐波源容量较大，产生的谐波较集中的场合，如重工业、冶金、化工、矿山、电气化铁路等行业，通过安装无源滤波装置就地治理提

高电网电能质量、补偿无功功率。无源滤波装置因其工作原理简单，运行可靠，操作方便而得到广泛应用，尤其具备谐波治理兼无功补偿的特点而被各类需要滤波和补偿的企业广泛使用，但其滤波效果达不到特别高的标准而使其受到一定的限制。

而随着目前电网中谐波源的多样化、分散化、复杂化，如节能灯、气体灯具、变频空调，在一般工业领域使用的变频器、软启动以及各类节电装置的应用，虽然单个容量相比较小，但由于存在同时使用概率大而产生的谐波叠加效应，使电网中的谐波呈现特征谐波复杂、谐波含量变化大等特点，采用传统的无源滤波装置不能动态跟踪治理，因此近几年中出现了有源滤波装置APF，有源滤波装置本身作为一个谐波源，通过检测电网中的谐波，迅速产生与检测的谐波相反的谐波，以抵消电网中的谐波。有源滤波装置动态跟踪电网中不断变化的谐波，实时发出相反的谐波，由于其只针对谐波，因此解决了无源滤波装置易与电网发生谐振的问题，同时不需要经过复杂的电网阻抗计算，只需估算谐波量，大大减少了设计工作量，因有源滤波装置为标准设备，可保证设计方案统一性。

2、有源滤波装置在设计和使用上的优势

谐波治理随着谐波源的复杂化和电力电子技术的突飞猛进发展，不管是从谐波治理装置的设计还是实际应用，有源电力滤波装置必将取代无源滤波装置，成为未来谐波治理的主要滤波装置：

1）从设计角度分析：有源滤波装置与无源滤波装置相比较，有源滤波装置只需估算谐波电流最大值，而无需考虑电网阻抗、特征谐波以及仿真验证等因素，绝不会产生类似无源滤波装置设计不当而发生谐振事故的可能。设计简单，可实现标

准化设计，使方案统一。

2）从安装角度分析：无源滤波装置只适用于在谐波源处就地治理安装，集中补偿将不能避免谐振发生，采用有源滤波装置既可以在谐波源处安装，也可以在变电所集中治理，以减少治理成本。

3）从治理效果分析：有源滤波装置专门检测谐波，治理谐波，而且可以同时针对多次谐波同时滤波，理论滤波率大于90%，而无源滤波装置由于必须考虑电网谐振，LC回路一般必须偏离谐振点，导致理论滤波率小于70%。

4）从经济角度分析：同一谐波含量的电网采用有源滤波装置比采用无源滤波装置更经济，主要体现在装置容量较小，滤波率高，如采用集中治理取代分散治理则装置容量与分散治理的无源滤波装置更小。从经济角度来讲，有源滤波装置具有更高的性价比。

5）从治理方式分析：有源滤波装置可实现动态全自动实时治理，而无源滤波装置只能进行静态治理，而且必须要人工操作，根据谐波源工作状态决定投切。

6）从节能角度分析：有源滤波装置由于容量要远远小于无源滤波装置，因此损耗小于无源滤波装置，采用有源滤波装置更加节能。

3、本项目中谐波治理方式的选择确定

本项目中谐波产生的危害主要是引起电容补偿柜过热保护而不能投切，发生这种故障的原因主要是系统内中频烧结炉运行时产生的大量谐波引起的，产生的谐波电流是沿着阻抗高低在在整个配电系统内“流窜”，而补偿柜内的电容器又是