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低压谐波治理及无功补偿

发布时间：2017-06-28

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一. 谐波概述：

(一)谐波定义：

供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅里叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到很多大于电网基波频率的分量，这部分电量称之为谐波。谐波频率和正常的基波频率比值(n=fn/fl)称为谐波次数。谐波实际上是一种干扰量，使电网受到污染。现在技术领域主要研究谐波的发生、传输、测量、危害、抑制及滤除，其频率范围一般为2≤n≤50(我国电源频率为50hz-60hz)

(二)谐波产生的原因：

工矿企业供配电系统中的高次谐波除来自外部电网(称为背景谐波，以电压的形式存在)，谐波产生的主要原因是由于非线性负载所致，如市政给排水工程中拖动风机、水泵以及搅拌器的交流变频装置和直流传动装置，这些装置都是利用电力半导体技术将工频正弦波通过整流、斩波和逆变等措施，变成直流或频率可调的交流电。当电流经负载时与所加的电压不呈线性关系就形成非正弦电流，既有谐波电流产生。

(三)谐波源：

向公用电网注入谐波电流或在公用电网上产生谐波电压的电气设备称为谐波源。具有非线性特性的电气设备是主要的谐波源，例如：

1.电弧炼钢炉2. 整流器及整流设备

3.焊机设备4. 电子控制照明装置(如调光电子荧光镇流器)

5.UPS电源系统6.风机或水泵的变频调速装置

7.高层电梯8.TV影视设备、TV影视监视设备

9.磁饱和稳压装置10. 计算机、打印机、复印机、变频冰箱等。我们企业越来越多的使用产生谐波的电气设备，如：交流变频装置、轧钢机直流传动设备，晶闸管串接调速的风机水泵等，这些设备受用的电流是非正弦形的，其谐波分量使系统正弦电压产生畸变。谐波电流的量取决于谐波源设备本身的特性及工作状态况，而与电网参数无关，所以可视为恒流源。各种晶闸管电路产生的谐波次数和其电路形式有关，称为该电路的特性谐波。对称三相变流电路的网侧特征谐波次数为：PN±1(正整数)。式中P为一个电网周期内脉冲触发次数，除特征谐波外，在三相电压不平衡，触发脉冲不对称或非稳定工作状态下，上述电路还会产生非特征谐波。进行谐波分析和计算最有意义的是特征谐波，当电网接有多个谐波源时，由于各谐波源的同次谐波电流分量的相位不同，其和将小于各分量的算术和。变压器激磁电流中含有3、5、7、9等各次谐波分量，由于变压器的原副边绕组中总有一组为角形接法，为3次谐波提供了通路，所以3次谐波电流一般情况下不会流入电网。

(四)谐波的含量及危害：

由于谐波的产生将改变电源原由50Hz-60Hz的电压性质，从而产生附加的谐波损耗，使变配电和用电设备效率降低，加速电缆绝缘老化而使其容易被击穿，影响自动化装置动作的准确性，对通讯线路和控制信号造成电磁及射频干扰等。

按有关规定，谐波的含量大于15%为严重污染电力网，在这种情况下一般电器都无法正常工作，这就必须采取谐波治理措施;电力网谐波含量在8%-10%为中度污染，这时一般用电设备还可以工作，但对于特殊用电设备就不能正常工作了，如无功补偿装置就是此种情况，我们向电力网投切的一般电力电容器没有抗谐波功能，如果此时电力网谐波含量在8%-10%以上投入电力电容，那么电力电容将在谐波的作用下发生谐振，并在电容内部产生数倍于额定电流的谐振电流，于是就会发生无功补偿装置在运行很短的时间内电力电容器就被击穿而失去电容容量，谐波的干扰也将使无功补偿装置中的小型断路器(熔断器)、接触器(复合开关)、热继电器等电器保护元件过热、失灵、熔焊、误动作、接地保护装置功能失常，由于谐波源的存在而且需要无功补偿时，普通补偿装置将难以正常工作，这时就必须采取先治理后补偿的新方案。

二、谐波治理：

为了能把谐波对电力系统的干扰限制在系统可以接受的范围内，我国颁布了电力系统谐波管理暂时规定(SD123-84、GB/T14549-93)和IEC标准，明确了各种谐波源产生谐波的极限值。

电力系统治理谐波的主要措施有：

(一)装设由电感、电容及电阻组成的单调谐滤波器和高通滤波器。单调谐滤波器是针对某个特定次数的谐波而设计的滤波器，高通滤波器是为了吸收若干较高次谐波的滤波器。

(二)增加整流相数。高次谐波电流与整流相数密切相关，相数增多，高次谐波的最低次数变高，谐波电流幅值变小。一般可控硅整流装置多为6相，为了降低高次谐波电流，可以改为12相、24相或48相。当采用12相整流时，高次谐波电流只约占全电流的10%左右，危害性大大降低了。

(三)在补偿电容器回路中串联一组电抗器，如果对应某次谐波有Xln-Xcn=0即产生谐波，其谐波电流、电压都趋于无穷大。为了摆脱这一谐振点，通常在电容器(选电压等级有要求)支路串接电抗器，其感抗值的选择应使在可能产生的任何谐波下，均使电容器回路的总电抗为感抗而不是容抗，从根本上消除了产生谐波的可能性。

(四)当两台以上整流变压器由同一段母线供电时，可将整流变压器一次侧绕组分别交替接成△形和Y形，这就可使5次、7次谐波相互抵消，而只需要考虑11次、13次谐波的影响，由于频率高，波幅值小，所以危害性将大大减小。

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