谐波的来源与治理方法.doc

1、谐波治理概 述电 能 质 量 的 好 坏 ， 直 接 影 响 到 工 业 产 品 的 质 量 ， 评 价 电 能 质 量 有 三 方 面标 准 。 首 先 是 电 压 方 面 ， 它 包 含 电 压 的 波 动 、 电 压 的 偏 移 、 电 压 的 闪 变 等 ；其 次 是 频 率 波 动 ； 最 后 是 电 压 的 波 形 质 量 ， 即 三 相 电 压 波 形 的 对 称 性 和 正 弦波 的 畸 变 率 ， 也 就 是 谐 波 所 占 的 比 重 。 我 国 对 电 能 质 量 的 三 方 面 都 有 明 确 的标 准 和 规 范 。随 着 科 学 技 术 的 发 展 ， 随 着 工

2、业 生 产 水 平 和 人 民 生 活 水 平 的 提 高 ， 非 线性 用 电 设 备 在 电 网 中 大 量 投 运 ， 造 成 了 电 网 的 谐 波 分 量 占 的 比 重 越 来 越 大 。它 不 仅 增 加 了 电 网 的 供 电 损 耗 ， 而 且 干 扰 电 网 的 保 护 装 置 与 自 动 化 装 置 的 正常 运 行 ， 造 成 了 这 些 装 置 的 误 动 与 拒 动 ， 直 接 威 胁 电 网 的 安 全 运 行 。 举 个 常见 的 例 子 来 说 ， 电 子 节 能 灯 在 使 用 量 所 占 比 重 较 小 的 电 网 中 运 行 ， 的 确 比 常用 的 白

3、 炽 灯 好 ， 不 仅 亮 度 高 又 省 电 ， 而 且 使 用 寿 命 也 长 。 但 是 相 反 ， 在 大 量投 运 节 能 灯 后 ， 就 会 发 现 节 能 灯 的 损 坏 率 大 大 提 高 。 这 是 由 于 节 能 灯 是 非 线性 负 荷 ， 它 产 生 较 大 的 谐 波 污 染 了 这 一 片 电 网 ， 造 成 三 相 负 荷 基 本 平 衡 情 况下 ， 中 心 线 电 流 居 高 不 下 ， 线 电 压 与 相 电 压 之 比 比 1 要 小 得 多 ， 造 成 了 该片 电 网 供 电 质 量 下 降 ， 用 电 设 备 发 热 增 加 ， 电 网 线 损 增

4、 加 ， 使 得 该 区 的 配 变发 热 严 重 ， 严 重 影 响 其 使 用 寿 命 。 因 此 我 们 对 非 线 性 用 电 设 备 产 生 的 谐 波 必须 进 行 治 理 ， 使 谐 波 分 量 不 超 过 国 家 标 准 。电 力 系 统 中 谐 波 的 来 源电 力 系 统 中 的 谐 波 来 自 电 气 设 备 ， 也 就 是 说 来 自 发 电 设 备 和 用 电 设 备 。由 于 发 电 机 的 转 子 产 生 的 磁 场 不 可 能 是 完 善 的 正 弦 波 ， 因 此 发 电 机 发 出 的电 压 波 形 不 可 能 是 一 点 不 失 真 的 正 弦 波 。 目

5、 前 我 国 应 用 的 发 电 机 有 两 大 类 ：隐 极 机 和 凸 极 机 。 隐 极 机 多 用 于 汽 轮 发 电 机 ， 凸 极 机 多 用 于 水 轮 发 电 机 。对 于 谐 波 分 量 而 言 ， 隐 极 机 优 于 凸 极 机 ， 但 随 着 科 技 进 步 ， 可 控 硅 、IGBT 等 电 子 励 磁 装 置 的 投 入 ， 使 发 电 机 的 谐 波 分 量 有 所 上 升 。 当 发 电 机 的端 电 压 高 于 额 定 电 压 的 10%以 上 时 ， 由 于 电 机 的 磁 饱 和 ， 会 使 电 压 的 三 次谐 波 明 显 增 加 。 同 样 在 变 压

6、器 的 电 源 侧 电 压 超 过 额 定 电 压 10%以 上 时 ， 也会 使 二 次 侧 电 压 的 三 次 谐 波 明 显 增 加 。 由 于 电 网 电 压 偏 移 在 7%以 下 ， 所以 发 电 、 变 电 设 备 产 生 的 谐 波 分 量 都 比 较 小 ， 比 国 家 的 考 核 标 准 低 的 多 ， 因此 发 电 、 变 电 设 备 不 是 影 响 电 网 电 压 波 形 方 面 质 量 的 主 要 矛 盾 。为 此 ， 影 响 电 网 电 压 波 形 质 量 的 主 要 矛 盾 是 非 线 性 用 电 设 备 ， 也 就 是 说非 线 性 用 电 设 备 是 主 要

7、的 谐 波 源 ， 非 线 性 用 电 设 备 主 要 有 以 下 四 大 类 ：电 弧 加 热 设 备 ： 如 电 弧 炉 、 电 焊 机 等 。交 流 整 流 的 直 流 用 电 设 备 ： 如 电 力 机 车 、 电 解 、 电 镀 等 。交 流 整 流 再 逆 变 用 电 设 备 ： 如 变 频 调 速 、 变 频 空 调 等 。开 关 电 源 设 备 ： 如 中 频 炉 、 彩 色 电 视 机 、 电 脑 、 电 子 整 流 器 等 。这 些 用 电 设 备 都 是 非 线 性 用 电 设 备 ， 但 它 们 产 生 的 谐 波 各 不 相 同 ， 具 体举 例 分 析 如 下 ：电

8、 弧 加 热 设 备 是 由 于 电 弧 在 70 伏 以 上 才 会 起 弧 ， 才 会 有 弧 电 流 ， 并 且灭 弧 电 压 略 低 于 起 弧 电 压 ， 造 成 弧 电 流 与 弧 电 压 的 非 线 性 。此 外 ， 弧 电 流 的 波 形 还 有 一 定 的 非 对 称 性 。 正 是 由 于 弧 电 流 是 非 正 弦 波 ，造 成 电 弧 加 热 设 备 对 电 网 的 谐 波 污 染 比 较 大 ， 而 且 多 为 18 次 以 下 的 低 次 谐波 污 染 。 其 实 电 焊 机 在 上 世 纪 四 、 五 十 年 代 已 广 泛 应 用 。 由 于 当 时 电 弧 加

9、 热设 备 量 少 ， 电 焊 机 应 用 的 同 时 率 就 更 小 了 ， 对 整 个 电 网 的 影 响 比 较 小 ， 但 在当 时 已 发 现 在 烧 电 焊 时 ， 局 部 低 压 电 网 的 电 压 和 电 流 变 化 很 大 ， 有 较 大 的 谐波 影 响 。交 流 整 流 直 流 用 电 设 备 的 谐 波 产 生 的 原 因 是 由 于 整 流 设 备 有 一 个 阀 电 压 ，在 小 于 阀 电 压 时 ， 电 流 为 零 。 这 类 用 电 设 备 为 了 提 供 平 稳 的 直 流 电 源 ， 在 整流 设 备 中 加 入 了 储 能 元 件 （ 滤 波 电 容 和

10、 滤 波 电 感 ） ， 从 而 使 阀 电 压 提 高 ， 加激 了 谐 波 的 产 生 量 。 为 了 控 制 直 流 用 电 设 备 的 电 压 和 电 流 ， 在 整 流 设 备 中 应用 了 可 控 硅 ， 这 使 得 该 类 设 备 的 谐 波 污 染 更 严 重 ， 而 且 谐 波 的 次 数 比 较 低 。交 流 整 流 再 逆 变 用 电 设 备 ， 在 交 流 变 直 流 过 程 中 产 生 的 谐 波 与 上 述 的 交流 整 流 直 流 用 电 设 备 一 样 ， 它 在 直 流 逆 变 成 交 流 时 又 有 逆 变 波 形 反 射 到 交 流电 流 ， 这 类 设

11、备 产 生 的 谐 波 分 量 不 仅 有 低 次 谐 波 ， 也 有 高 次 谐 波 。虽 然 这 类 设 备 单 台 容 量 比 上 述 两 类 设 备 容 量 要 小 ， 但 它 的 分 布 面 广 ， 数量 多 ， 是 目 前 推 广 使 用 的 技 术 手 段 ， 因 此 它 的 谐 波 污 染 应 引 起 足 够 关 注 。开 关 电 源 设 备 目 前 应 用 很 广 ， 它 的 工 作 原 理 是 先 把 交 流 整 流 成 直 流 ， 通过 开 关 管 控 制 变 压 器 初 级 电 流 的 开 通 和 关 闭 ， 从 而 在 变 压 器 二 次 侧 感 应 出 电流 ， 供

12、 给 用 电 设 备 。 此 外 ， 开 关 电 源 的 频 率 比 较 高 一 般 在 40kHz 左 右 ， 不仅 在 整 流 时 产 生 谐 波 ， 而 且 在 开 关 管 开 闭 时 ， 反 射 40kHz 左 右 的 波 至 电 源 。这 类 用 电 设 备 同 样 是 单 台 容 量 不 大 ， 但 它 是 应 用 面 最 广 、 量 最 大 的 非 线 性 用电 设 备 ， 它 还 有 一 定 量 的 三 次 谐 波 ， 造 成 配 变 的 中 心 线 电 流 居 高 不 下 ， 而 且三 次 谐 波 还 会 通 过 配 变 污 染 到 10kV 电 网 。谐 波 现 状 浅 析

13、通 过 对 市 场 的 常 用 用 电 器 的 谐 波 状 况 的 测 试 ， 我 们 了 解 到 目 前 我 国 内 工业 企 业 的 谐 波 污 染 十 分 严 重 ， 尤 其 是 早 些 年 为 了 节 能 ， 引 入 的 变 频 电 源 和 直流 用 电 器 的 投 入 ， 其 5 次 、 7 次 、 11 次 谐 波 电 流 的 含 量 分 别 占 基 波 的20%、 11%、 6%， 这 对 于 小 功 率 的 用 户 而 言 ， 还 不 怎 样 ， 但 对 于 大 功 率 的用 户 来 说 ， 危 害 就 很 大 了 ， 对 于 中 频 炉 用 户 ， 它 用 常 规 的 无 功

14、 补 偿 就 无 法 进行 ， 有 的 用 户 用 常 规 的 电 容 器 无 功 补 偿 ， 无 法 投 入 电 容 器 ， 有 的 即 便 投 入 了 ，也 对 5 次 谐 波 电 流 放 大 了 1.83.8 倍 以 上 ， 使 得 电 动 机 、 变 压 器 等 用 电 器的 铜 损 、 铁 损 大 大 地 增 加 ， 缩 短 了 设 备 的 使 用 寿 命 ， 多 交 了 电 费 。目 前 国 内 对 谐 波 污 染 的 治 理谐 波 的 治 理 主 要 采 用 无 源 滤 波 装 置 和 有 源 滤 波 器 。1、 无 源 滤 波 装 置 主 要 采 用 LC 回 路 ， 并 联

15、于 系 统 中 ， LC 回 路 的 设 定 ，只 能 针 对 于 某 一 次 谐 波 ， 即 针 对 于 某 一 个 频 率 为 低 阻 抗 ， 使 得 该 频 率 流 经 为其 设 定 的 LC 回 路 ， 达 到 消 除 （ 滤 除 ） 某 一 频 率 的 谐 波 的 目 的 。 LC 回 路 在滤 除 谐 波 的 同 时 ， 在 基 波 对 系 统 进 行 无 功 补 偿 。 这 种 滤 波 装 置 简 单 ， 成 本 低 ，但 不 能 滤 除 干 净 。 其 主 要 元 件 为 投 切 开 关 、 电 容 器 、 电 抗 器 以 及 保 护 和 控 制回 路 。2、 有 源 电 力

16、滤 波 器 。 这 种 滤 波 器 是 用 电 力 电 子 元 件 产 生 一 个 大 小 相 等 ，但 方 向 相 反 的 谐 波 电 流 ， 用 以 抵 销 网 络 中 的 谐 波 电 流 ， 这 种 装 置 的 主 要 元 件是 大 功 率 电 力 电 子 器 件 ， 成 本 高 ， 在 其 额 定 功 率 范 围 内 ， 原 则 上 能 全 部 滤 除干 净 。谐 波 治 理 的 方 法目 前 常 用 的 谐 波 治 理 的 方 法 无 外 乎 有 二 种 ， 无 源 滤 波 和 有 源 滤 波 。 下 面就 谈 谈 这 二 种 方 法 的 优 缺 点 以 及 市 场 前 景 及 其

17、经 济 效 益 的 分 析 。1、 无 源 谐 波 滤 除 装 置无 源 滤 波 的 主 要 结 构 是 用 电 抗 器 与 电 容 器 串 联 起 来 ， 组 成 LC 串 联 回 路 ，并 联 于 系 统 中 ， LC 回 路 的 谐 振 频 率 设 定 在 需 要 滤 除 的 谐 波 频 率 上 ， 例 如5 次 、 7 次 、 11 次 谐 振 点 上 ， 达 到 滤 除 这 3 次 谐 波 的 目 的 。 其 成 本 低 ， 但滤 波 效 果 不 太 好 ， 如 果 谐 振 频 率 设 定 得 不 好 ， 会 与 系 统 产 生 谐 振 。 现 在 ， 市场 上 流 通 较 多 的

18、采 取 的 滤 波 方 法 就 是 这 一 种 ， 主 要 是 因 为 低 成 本 ， 用 户 容 易接 受 。 虽 滤 波 的 效 果 较 差 ， 只 要 满 足 国 家 对 谐 波 的 限 制 标 准 和 电 力 部 门 对 无功 的 要 求 就 行 了 。 由 于 其 低 成 本 ， 市 场 的 需 求 也 就 大 ， 一 般 而 言 ， 低 压0.4KV 系 统 大 多 数 采 用 无 源 滤 波 方 式 ， 高 压 10KV 几 乎 都 是 采 用 这 种 方 式对 谐 波 进 行 治 理 。 由 于 我 国 的 中 小 企 业 大 多 数 是 私 有 的 ， 业 主 对 谐 波 的

19、 危 害认 识 不 足 ， 一 般 不 愿 意 拿 出 大 量 的 经 费 来 治 理 谐 波 ， 而 有 的 企 业 由 于 谐 波 的含 量 太 大 ， 常 规 的 无 功 补 偿 不 能 凑 效 ， 供 电 部 门 对 无 功 的 要 求 又 是 十 分 严 格的 ， 达 不 到 就 要 罚 款 。 因 此 ， 业 主 不 得 不 要 求 滤 波 。 因 而 ， 其 市 场 的 前 景 可观 ， 经 济 效 益 也 就 可 观 了 。国 内 低 压 侧 高 水 平 的 谐 波 滤 除 装 置 是 采 用 光 纤 触 发 系 统 ， 大 幅 度 降 低 因谐 波 干 扰 致 使 电 缆 触

20、 发 所 产 生 的 误 动 。2、 有 源 谐 波 滤 除 装 置有 源 谐 波 滤 除 装 置 是 在 无 源 滤 波 的 基 础 上 发 展 起 来 的 ， 它 的 滤 波 效 果 好 ，在 其 额 定 的 无 功 功 率 范 围 内 ， 滤 波 效 果 是 百 分 之 百 的 。 它 主 要 是 由 电 力 电 子元 件 组 成 电 路 ， 使 之 产 生 一 个 和 系 统 的 谐 波 同 频 率 、 同 幅 度 ， 但 相 位 相 反 的谐 波 电 流 与 系 统 中 的 谐 波 电 流 抵 消 。 但 由 于 受 到 电 力 电 子 元 件 耐 压 ， 额 定 电流 的 发 展

21、限 制 ， 成 本 极 高 ， 其 制 作 也 较 之 无 源 滤 波 装 置 复 杂 得 多 ， 成 本 也 就高 得 多 了 。 其 主 要 的 应 用 范 围 是 计 算 机 控 制 系 统 的 供 电 系 统 ， 尤 其 是 写 字楼 的 供 电 系 统 ， 工 厂 的 计 算 机 控 制 供 电 系 统 。 对 单 台 的 装 置 而 言 ， 其 利 润 是可 观 的 ， 但 用 户 一 般 不 愿 意 用 有 源 滤 波 ， 对 于 谐 波 的 含 量 ， 不 必 滤 得 太 干 净 ，只 要 不 危 害 其 他 用 电 器 也 就 可 以 了 。电 源 质 量 及 谐 波 治 理

22、 的 对 比近 年 来 ,电 力 网 中 非 线 性 负 载 的 逐 渐 增 加 是 全 世 界 共 同 的 趋 势 ， 如 变 频 驱动 或 晶 闸 管 整 流 直 流 驱 动 设 备 、 计 算 机 、 谐 波 治 理 重 要 负 载 所 用 的 不 间 断 电源 (UPS)、 节 能 荧 光 灯 系 统 等 ， 这 些 非 线 性 负 载 将 导 致 电 网 污 染 ， 电 力 品 质下 降 ， 引 起 供 用 电 设 备 故 障 ,甚 至 引 发 严 重 火 灾 事 故 等 。 世 界 上 包 括 我 国 的一 些 建 筑 物 突 发 火 灾 被 证 明 与 电 力 污 染 有 关 。

23、电 力 污 染 与 电 力 系 统电 力 设 备 运 行 中 的 问 题 和 故 障 ， 谐 波 治 理 通 常 都 是 由 于 电 网 电 气 参 数 波动 或 瞬 间 干 扰 所 引 起 ， 如 ： 电 压 波 动 、 浪 涌 冲 击 、 谐 波 、 三 相 不 平 衡 、 功 率因 数 过 低 、 缺 相 运 行 等 。长 期 以 来 ， 这 些 导 致 设 备 运 行 故 障 、 维 修 工 作 量 增 加 及 增 耗 电 费 的 情 况受 到 用 户 和 供 电 部 门 的 广 泛 关 注 。电 力 污 染 及 电 力 品 质 恶 化 主 要 表 现 在 以 下 方 面 ： 电 压

24、波 动 、 浪 涌 冲 击 、谐 波 、 三 相 不 平 衡 等 。电 源 污 染 的 危 害电 源 污 染 会 对 用 电 设 备 造 成 严 重 危 害 ， 主 要 有 ：*干 扰 通 讯 设 备 、 计 算 机 系 统 等 电 子 设 备 的 正 常 工 作 ， 造 成 数 据 丢 失 或 死机 。*影 响 无 线 电 发 射 系 统 、 雷 达 系 统 、 核 磁 共 振 等 设 备 的 工 作 性 能 ,造 成噪 声 干 扰 和 图 像 紊 乱 。*引 起 电 气 自 动 装 置 误 动 作 ， 甚 至 发 生 严 重 事 故 。*使 电 气 设 备 过 热 ， 振 动 和 噪 声

25、加 大 ， 加 速 绝 缘 老 化 ， 使 用 寿 命 缩 短 ， 甚至 发 生 故 障 或 烧 毁 。*造 成 灯 光 亮 度 的 波 动 (闪 变 )， 影 响 工 作 效 益 。*导 致 供 电 系 统 功 率 损 耗 增 加 。工 程 案 例温 州 某 10KV 电 解 锌 工 厂 在 未 滤 波 之 前 ， 其 功 率 因 数 为 0.8， 而 采 取 普通 的 无 功 补 偿 ， 又 无 法 投 入 ， 1030KVA（ 630KVA+400KVA） 的 变 压 器 ，直 接 由 10KV 变 到 126V， 低 压 侧 的 电 流 达 到 14000A， 5 次 谐 波 电 流

26、含 量在 高 压 侧 达 到 21%。 在 滤 除 5 次 谐 波 后 ， 5 次 谐 波 仅 剩 5%时 ， 功 率 因 数可 以 达 到 0.98。 用 户 由 滤 波 前 的 每 月 罚 款 800010000 元 ， 到 每 月 奖 励1000 元 左 右 。 这 样 算 下 来 ， 半 年 左 右 就 可 以 收 回 成 本 ， 不 仅 为 企 业 实 现 了节 能 降 耗 ， 也 为 国 家 创 建 绿 色 电 网 出 了 一 份 力 ！矿 用 提 升 机 ：提 升 机 作 为 大 功 率 、 频 繁 启 动 、 周 期 性 冲 击 负 荷 以 及 采 用 硅 整 流 装 置 对电

27、 网 造 成 的 无 功 冲 击 和 高 次 谐 波 污 染 等 危 害 不 仅 危 及 电 网 安 全 ， 同 时 也 造 成提 升 机 过 电 流 、 欠 电 压 等 紧 停 故 障 的 发 生 ， 影 响 了 矿 井 生 产 。 因 此 对 提 升 机供 电 系 统 进 行 无 功 动 态 补 偿 和 高 次 谐 波 治 理 ， 对 于 提 高 矿 井 提 升 机 和 电 网 的安 全 运 行 可 靠 性 、 提 高 企 业 的 经 济 效 益 意 义 巨 大提 升 机 单 机 装 机 功 率 大 ， 在 矿 井 总 供 电 负 荷 中 占 的 比 重 较 大 。 伴 随 煤 矿生 产

28、规 模 的 扩 大 、 井 筒 的 加 深 ， 要 求 配 套 的 提 升 机 装 置 容 量 也 越 来 越 大 ， 单机 容 量 已 达 到 2000 3000kW， 有 的 甚 至 达 到 5400kW， 单 斗 提 升 装 载 量达 34t。 这 么 大 的 负 载 启 动 将 对 电 网 造 成 很 大 的 冲 击 电 流 ， 无 功 电 流 成 分 较大 ， 功 率 因 数 较 低 。 所 以 大 功 率 提 升 机 对 供 电 电 网 的 容 量 和 稳 定 性 要 求 更 高 。其 中 大 功 率 提 升 机 主 要 的 问 题 是 ：引 起 电 网 电 压 降 低 及 电 压

29、 波 动 ；高 次 谐 波 含 量 丰 富 ， 其 中 普 遍 存 在 如 2、 4 次 偶 次 谐 波 与3、 5、 7、 11 等 奇 次 谐 波 共 存 的 状 况 ， 使 电 压 畸 变 更 趋 复 杂 化 ；功 率 因 数 低彻 底 解 决 上 述 问 题 的 方 法 是 用 户 必 须 安 装 具 有 快 速 响 应 速 度 的 BF-2B 动 态滤 波 及 无 功 补 偿 装 置 ， 该 装 置 使 用 大 功 率 可 控 硅 开 关 模 组 。 系 统 响 应 时 间 小于 2Oms， 完 全 可 以 满 足 严 格 的 技 术 要 求 。 保 定 巴 方 具 有 丰 富 的

30、煤 矿 现 场 成功 运 行 经 验 ， 如 山 西 玉 华 煤 矿 等 项 目 ， 滤 波 及 无 功 补 偿 装 置 头 晕 至 今 运 行 效果 良 好 ， 单 月 节 省 电 费 在 10 万 元 以 上 。 这样看起来，反而是朝生暮死的蝴蝶为可羡了。它们在短短的一春里尽情地酣足地在花间飞舞，一旦春尽花残，便爽爽快快地殉着春光化去，好像它们一生只是为了酣舞与享乐而来的，倒要痛快些。像人类呢，青春如流水一般的长逝之后，数十载风雨绵绵的灰色生活又将怎样度过？是 违 法 问 题 热 也 让 同 样 5 我 也 投 入 与 他 人 啊 读 后 感 124204531582114624452001156420153 地 方 发 的 供 货 商 啥 好 烦 的 人 个 人 太 炎 热和 谁 让 他 就 如 同 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000