谐波的危害与对策

谐波的危害与对策

随着用电负荷快速增加及电力电子设备的大量应用,非线性负荷已经成为电力系统的重要组成部分。非线性负荷是产生谐波的重要原因。电网的谐波含量是电能质量的重要指标之一,全面保障电能质量是电力企业和用户共同的责任和义务。所以研究谐波产生的原因和谐波造成的危害,在电气设计中采取各种相应技术措施进行谐波抑制,是当前电气设计的一项重要容。

在我院过去的设计项目中,或者因为生产工艺的调整而增加大量的变频设备,或者因为在购置电容器补偿柜时,擅自取消电抗器,而造成补偿电容器损坏的事故都曾发生过。分析事故造成的原因,都是因为低压系统中谐波电压过大而造成的。这两起事故引起了我们电气工程设计人员的高度重视。

一、谐波的产生

1、产生谐波的主要负荷

大型民用建筑绝大多数用电设备为非线性负荷，一类是含开关电源的非线性负荷（电压型谐波源，电容性负载），如计算机、打印机、电信设备、含电子镇流器的照明灯具、电视机、智能化设施等。另一类是呈感性的非线性负荷，如含电感性的照明灯具。变频空调、影剧院可控硅调光装置、微波炉、彩电、单相变频空调、个人电脑的谐波含有率分别高达130％、17％、100％，是谐波重要来源。日本调查显示，来自民用建筑的谐波污染占总谐波量的40％。

相控整流器、同波变流器、不间断电源（UPS）等电力电子非线性负荷产生谐波。

三相变频空调、变频调速风机和水泵、调速电梯、软启动设备，也都是产生谐波的用电负荷。

2、主要异常现象

某商城先后出现避雷器爆裂、主干母线槽温升高、绝缘损坏跳闸、照明光源更换频繁、变压器运行温升及噪音异常等；某医院低压补偿电容器爆裂；某银行发现中性线与保护线间电压过高、中性线电流严重过载等异常现象。

3、谐波电流危害比较严重的主要场所

综合办公楼、商业建筑、金融建筑及大型医技综合楼等大型民用建筑，由于大量使用日光灯、电梯、计算机、变频风机、水泵或软启动设备、EPS或UPS电源、X光机、CT等医疗设备等，这些用电设备都为非线性负荷，是产生谐波电流的主要根源。

工业建筑中，集中安装的电焊机、电弧焊接设备、整流设备、直流设备和充电设备、变频调速设备、软启动设备的场所都是谐波危害的主要场所。

二、谐波的危害

低压配电系统中的谐波电压和谐波电流，对低压配电系统是一种污染，不但能使配电系统中电气设备、电子设备、智能化系统用电环境恶化，并对周围的通讯系统产生干扰。民用建筑电能质量问题中最严重的是谐波干扰问题。

配电系统中谐波对用电设备的主要危害大致有如下几方面：

1、使电动机产生附加损耗和发热、产生脉动转矩和噪音。使电力变压器线圈发热，加速绝缘老化，寿命缩短、引起附加损耗和噪音。

2、对断路器、漏电保护器、继电器等保护、自控装置产生干扰，造成误动作。

3、使照明设施寿命缩短。

4、造成电流表、电压表、功率表、电能表测量误差。

5、对临近的通讯线路产生静电干扰和电磁干扰。

6、引起配电系统静电补偿电容器发生串/并联谐振。

7、使配电线路损耗增大、发热、缩短绝缘寿命，甚至引起短路、火灾。

8、由于谐波,使电压突变造成电子设备损坏、出现误动作，影响计算机程序正常运行。造成数据丢失，甚至损坏硬件，引起楼宇自动化、消防报警系统、安全防系统误动作，甚至无法工作。

三、对策

由畸变电流造成的电压畸变取决于电源阻抗。阻抗愈大则由同一畸变电流造成的电压畸变就愈大。对于9次以下的谐波而言，供电网络通常是感性的，所以电源阻抗就和频率成正比、谐波次数越高，所造成的畸变就越大。通常不可能减少供电系统阻抗，所以应采用其它方法以保证电压畸变不超过允许围。可能采取的方法有：

1、采用D,Y－11接线的变压器。

－11变压器，使负荷产生的谐波电流在△绕组中形成环流，不致注入采用D,Y

`

公共电网。它有利于抑制谐波对公共电网的污染,但不能降低温升与电能损耗。

2、对安装的补偿电容器采取补救措施。

由于电容器对高次谐波的阻抗很小，含有高次谐波的电压加在电容器两端时，很易产生涌入电流，发生过负荷导致损坏，甚至产生串联谐振，使谐波含量放大，引起过流、产生噪声及损坏。

其补救措施是在其出线端串接一个小容量的电抗器。约为补偿电容器容抗3％～6％，这样既可消除谐振点，又可吸收其它设备产生的高次谐波,也可消除启动、

投切不同组数电容器时的涌入电流。

采用自愈式低压并联电容器，应并联氧化锌避雷器。

3、尽量做到三相负荷平衡；单相负荷多的回路，N线截面不能小于相线截面。

4、变频器的供电电源应与其他设备的供电电源互相独立。在敏感设备输入侧加一隔离变压器，切断谐波电流。

尽量缩短变频器与电机的距离。屏蔽线超过10m，非屏蔽线超过40m时会产生谐波干扰。

变频器使用专用接地线。

变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器。

5、重视强电、弱电布线的间距问题。

6、选用高品质、符合电磁兼容标准的电子、信息、通讯设备，并做良好接地。

7、设置电源滤波器。

对于容量大的谐波源应就近安装滤波器，而对容量不大的谐波源可在系统母线上集中滤波；对于谐波限制不严格的用户，使用无源滤波器治理谐波。对于严格用户，应将无源和有源滤波器结合起来使用。

9、采用开关电容配以针对3、5、7、次谐波专门设计的滤波器组成滤波型补偿装置,能较好地解决民用建筑3、5、7谐波危害。

四、介绍一种有源滤波器

RESINE有源滤波器采用先进的A·I·M技术，通过检测系统波形，采用数字信号分析处理和智能IGBT控制技术，将反馈谐波电流注入配电系统中实现

对2－51次谐波的完全消除。

原理上采用自适应数字控制技术和智能电力电子技术，工作时并不依靠进行阻抗调整的谐振效应。因此无须进行事先的测量分析，也完全不用担心以后系统中电容参数的变化和谐振。

采用标准模块结构，根据功能要求，它包括了信号检测、分析、控制电路模块和主回路电气功能部件模块。根据消除谐波电流容量的

大小，小型的可采用挂墙式箱体结构，大型的采用标准落地柜式结构。当一个模块容量不足时，可采用多个等容量的模块并联方式。其系统配置方式见附图。