諧波濾除裝置

1、諧波濾除裝置POWER 上海殷家集團(tuán)有限公司 SHANGHAI INGA GROUP CO。LTD 目錄概述主要技術(shù)指標(biāo)外型尺寸和參數(shù)整機及主要部件圖使用條件工作原理元器件特性裝置與負(fù)載連接檢測方法使用范圍案例分析 概述一、 諧波的概念在一些現(xiàn)在工業(yè)或商業(yè)的動力系統(tǒng)中，有時會出現(xiàn)一些原因莫明的故障或事故。例如，在額定負(fù)荷范圍內(nèi)，有些變壓器或電纜會出現(xiàn)異常溫升，有些出現(xiàn)補償電容器或熔斷器發(fā)熱燒毀、一些測控元件或控制保護(hù)設(shè)備產(chǎn)生異常誤差或誤動作、負(fù)荷開關(guān)失控、生產(chǎn)工藝或產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。而且，事件后的調(diào)查往往發(fā)現(xiàn)上述出問題的設(shè)備在事前性能和狀態(tài)都是好的，那么，引起這些故障或事故的原因是什么呢？

2、如果這些故障或事故只是偶然出現(xiàn)一次；那其起因有很多可能； 但如果在相同條件下多次或經(jīng)常出現(xiàn)同類問題，那我們因該有所警覺；最可能的起因只有一個電力諧波及其影響。在理想情況下，電源提供的電壓和電流具有標(biāo)準(zhǔn)50Hz頻率的正弦波形，但在實際中供電電壓和電流的波形由于某些原因產(chǎn)生畸變，即疊加了諧波成分，電力諧波是一些頻率為基波頻率整數(shù)倍的正弦波分量，又稱高次諧波。諧波成分的多少，反映了電壓和電流實際波形偏離理想波形的畸變程度，所以說，電力諧波是反映動力系統(tǒng)電能質(zhì)量好壞的一個重要指標(biāo)。二、 諧波的產(chǎn)生和傳播在用電系統(tǒng)中，產(chǎn)生諧波的根本原因是由于具有非線形阻抗特性的用電設(shè)備（又稱非線形負(fù)荷）用電的結(jié)果。這些

3、非線形負(fù)荷在工作時從電網(wǎng)取用非正弦電流，就是說，即使電流給這些負(fù)荷供給的是正弦波形的電壓，但由于它們具有電流不隨著電壓同步變化的非線形的電壓-電流特性，使得流過電網(wǎng)的電流是非正弦波形的，即這種電流是由基波與諧波成分組成，結(jié)果使其波形產(chǎn)生畸變。諧波電流流經(jīng)電網(wǎng)阻抗，形成諧波電壓，導(dǎo)致電源系統(tǒng)的電壓波形畸變，使電能質(zhì)量變壞，從而影響同一供電系統(tǒng)的其它負(fù)荷設(shè)備。三、 諧波的危害1）供用電系統(tǒng)中的諧波危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面：供電設(shè)備在高頻分量作用下，集膚效應(yīng)增大、渦流、磁滯等影響增加，引起異常過熱，損耗大為增加。由于諧波頻率的疊加影響導(dǎo)致頻率不穩(wěn)，使旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，附加損耗增加，使用電設(shè)備機械振

4、動加大，甚至發(fā)生機械諧振。諧波成分使電流和電壓波形發(fā)生畸變，波峰的畸變會使對峰值敏感的設(shè)備或元件受影響（如過電壓引起擊穿或過電流引起誤動），而波形過零點的畸變直接對測控元件或設(shè)備產(chǎn)生干擾和誤動。2）以下為易受諧波影響的主要設(shè)備：變壓器、旋轉(zhuǎn)電機：鐵芯磁感應(yīng)環(huán)流增加，大大加大電氣設(shè)備發(fā)熱損耗增加功耗；加速絕緣老化，影響設(shè)備壽命。電線電纜：集膚效應(yīng)增大，發(fā)熱損耗增加；加速絕緣老化，影響壽命。電力電容器組：諧波電壓會加速電容器的老化，使電容器的損耗系數(shù)增大，附加損耗增加，從而容易發(fā)生故障和縮短電容器的壽命。另一方面，電容器的電容與電網(wǎng)的感抗組成的諧振回路的諧振頻率等于或接近于某次諧波分量的頻率時，就

5、會產(chǎn)生諧波電流放大，使得電容器及熔斷器因過熱、過電壓等而不能正常運行甚至燒毀。供用電設(shè)備：旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，供用電設(shè)備機械振動加大，甚至發(fā)生機械諧振。測控元件或設(shè)備：受諧波干擾而出錯或誤動。如負(fù)荷開關(guān)誤跳、產(chǎn)生測控設(shè)備失控或不穩(wěn)定。四、諧波的消除我公司生產(chǎn)的LHC諧波濾除裝置是針對電網(wǎng)低壓側(cè)不同頻率點的高次諧波（3次、5次、7次、11次）進(jìn)行吸收的一種無源濾除裝置，它主要適用于中頻爐、直流電動機、馬達(dá)、靜態(tài)變流器、焊接設(shè)備、電弧爐等非線形負(fù)載的企業(yè)。該裝置主要采用了電抗器和電容器在不同頻率點處發(fā)生諧振，從而在該頻率點產(chǎn)生很低的阻抗，以至達(dá)到吸收該次諧波的目的，因此，避免將諧波電流返送到電力變壓

6、器，大大地降低了電網(wǎng)的諧波量，同時，又有利于用戶電力變壓器長期有效的運行，降低功耗及電力元器件額外發(fā)熱和損失，提高了設(shè)備和其他電器組件運行的可靠性和安全性。該裝置還可提供約15%的基波（50Hz）無功功率補償，且有一定的節(jié)電效果。因此，使用該裝置是最經(jīng)濟(jì)的投資，且投資費用一般于814個月左右即可收回。同時，國家為規(guī)范其電網(wǎng)電能質(zhì)量，已開始強制對一些諧波分量大的廠家進(jìn)行了不同程度的罰款和停產(chǎn)。LHC系列產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、加工業(yè)、煤礦、冶金工業(yè)中的感應(yīng)加熱、商業(yè)建筑中的電梯、風(fēng)機、商業(yè)和工業(yè)建筑樓宇中的計算機及其他重要負(fù)載所用的不間斷電源。 主要技術(shù)指標(biāo)1、 額定工作電壓：三相四線380

7、77;20%（可設(shè)定）2、 容量：（每個GGD柜容量為500KVA）允許5次諧波容量最大電流為140A，允許7次諧波容量最大電流為90A。3、 諧波電流吸收率對于5次諧波吸收率平均為75%對于7次諧波吸收率平均為70%4、 電壓諧波畸變率（在公共連接點）5% THDu（400V）5、 無功補償量：約60360kvar6、 自動保護(hù)功能：過流保護(hù)：5次諧波時動作點電流為130A，7次諧波時動作點電流為80A。過熱保護(hù)：電抗器溫度105時（最大溫升60），保護(hù)動作。保護(hù)形式：電阻限流方式。7、 裝置啟動及停止方式：自動。8、 連續(xù)工作溫升電抗器溫升不大于60。電容器溫升不大于30。9、 顯示方式：

8、電壓、電流、視在功率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、過壓值。10、 外型：標(biāo)準(zhǔn)GGD柜。 外型尺寸和參數(shù)系統(tǒng)電壓2001100V基波頻率50/60Hz每柜輸出容量約60360kvar柜體尺寸W×D×H（mm）600×800×2200800×800×22001000×800×2200防護(hù)等級IP20執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波GB/T14549-93電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率允許偏差GB/T15945-95電能質(zhì)量 供電電壓允許偏差GB12325-90電能質(zhì)量 電壓允許波動和閃變GB12326-2000電能質(zhì)量 三相電

9、壓允許不平衡度GB/T15543-95IEEE-519 Q/TSH12-2001諧波吸收3次、5次、7次、11次如有特殊規(guī)格要求，請洽洵本公司相關(guān)人員 整機及主要部件圖 使用條件LHC諧波濾除裝置正常使用條件：1、 環(huán)境濕度：-25 552、 海拔高度：1000m3、 相對濕度：90%（25）4、 安裝場所應(yīng)無嚴(yán)重影響本裝置的絕緣氣體、蒸汽、化學(xué)沉積、灰塵、污垢及其他爆炸性和侵蝕性介質(zhì)。5、 安裝場所應(yīng)無嚴(yán)重振動。6、 凡不符合上述規(guī)定的特殊使用條件，應(yīng)由使用單位和我廠協(xié)商確定。 工作原理 輸電及配電系統(tǒng)是根據(jù)頻率恒定，并在電壓及電流波形是正弦波的條件下運行而設(shè)計的。然而非線形負(fù)載如：晶閘管、

10、整流器、電弧爐中頻爐等連接至系統(tǒng)會產(chǎn)生大量的諧波電流而導(dǎo)致系統(tǒng)電壓及電流波形畸變。為了消除電力系統(tǒng)上的諧波，使用諧波濾波器是最佳的方法，同時在基波頻率亦可產(chǎn)生無功功率補償。諧波濾波器是由電容器、串聯(lián)電抗器所組成的。諧波濾波器中的電容器容量是依據(jù)在基波頻率時，系統(tǒng)所需補償?shù)臒o功功率和各次諧波電流而設(shè)計的。而電抗器的電感值的選擇是依據(jù)在該次諧波頻率時，能與電容器產(chǎn)生串聯(lián)諧振回路而設(shè)計的，結(jié)果使諧波濾波器在該次諧波頻率時形成非常低的阻抗，讓大部分的該次諧波電流流入諧波濾波器。 典型的諧波濾波器，大部分為5次、7次、11次、13次(如上圖所示)。諧波濾波器的柜體是由鋼板組合而成，其中包含電磁接觸器、熱

11、繼電器、電抗器、電容器，通常諧波濾波經(jīng)熔絲再接至匯流排。諧波濾波器和自動投切電容器柜的控制方式皆依據(jù)負(fù)載所需的無功功率，由功率因數(shù)調(diào)整器自動調(diào)整。諧波濾波器是針對客戶現(xiàn)場需求而設(shè)計，并保證達(dá)到最好的無功功率補償及吸收諧波的特性以達(dá)到有效的投資效益。其主回路工作過程，如下圖：對于LC主回路，其特征阻抗為Z0=（L/C）1/2回路Q值為Q= Z0/ R0，R0為等效電阻與限流電阻之值，Q值決定了LC回路的吸收率，PC為有源分路的調(diào)節(jié)器，受控于諧波電流檢測控制單元，控制器則提供系統(tǒng)的無功狀態(tài)，二者通過運算來解決PC的運行方式，此外，當(dāng)電抗器L的溫度過高時，將優(yōu)先斷開PC，而使R0投入了保護(hù)裝置在過大

12、的諧波電壓下電抗器的壽命，由此完成了一個完整的LC濾波吸收工作方式。 元器件特性一、 電容器1、 使用法國和德國材料的電介質(zhì)，干式并具有自復(fù)性。2、 內(nèi)部每一元件均含（a） 過電流保護(hù)（b） 溫度過高保護(hù)（c） 壓力過大保護(hù)3、 內(nèi)無釋放電阻，才用外接線圈釋放。4、 電容器內(nèi)部未用保險絲，采用壓力保護(hù)架。5、 沒一單元均有接線盒、接地端子，以確保用電安全。6、 額定頻率50Hz/60Hz均有。7、 絕緣基準(zhǔn)3KVrms/15Kvcrest。8、 電力損耗低（內(nèi)無釋放電阻）<0.4W/kvar重量輕。9、 可耐1.1倍的連續(xù)過電壓。10、 可耐1.3倍的連續(xù)過電流。11、 適用溫度范圍-4

13、0/D（+50）。12、 設(shè)計年、制造及實驗依據(jù)IEC、VDE、BS，并適合大部分國家及國際標(biāo)準(zhǔn)之要求。13、 經(jīng)UL及CSA審核通過。二、 電抗器1、 未用鐵芯，而是采用空芯銅排制成，原因：（a） 鐵芯噪音大。（b） 易飽和產(chǎn)生諧振。（c） 必須使Q值降低（Q值愈高，磁場愈強）。2、 線圈絕緣：使用多元酯薄膜或樹脂與玻璃纖維混合而成。3、 絕緣等級B級（130）或F級（155）。4、 周圍溫度-40/+40，最大亦可要求55。5、 制造標(biāo)準(zhǔn)：IEC289/VDE0532。三、 主接觸器1、 采用機電一體化開關(guān)（一個周波內(nèi)，沖擊電流可達(dá)額定電流的10倍）。2、 模塊采用進(jìn)口可控硅。四、 諧波控

14、制器1、 比流器：5A 0.7VA（Burden）。2、 輸出接點容量2.0A，400VAC。3、 所有經(jīng)設(shè)定之值不受電壓變動而影響其操作程序。4、 斷電后自動將有輸出接點跳脫，。復(fù)電后再依序投入。5、 頻率：50Hz或60Hz。6、 適用溫度范圍0.+50。7、 體積小，重量輕。 裝置與負(fù)載連接該裝置與負(fù)載上的連接為并聯(lián)方式，其公共連接點（PCC）外接入系統(tǒng)三相電源，裝置到PCC處的連接線應(yīng)考慮到諧波電流值，選擇導(dǎo)線截面應(yīng)考慮電流趨膚效應(yīng)的影響，其電流密度應(yīng)按2.5A/mm2選擇。本裝置采用70 mm2塑膠電線作為與PCC的連接導(dǎo)線。因國際上IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的諧波電壓及電流允許量是與公共連接點

15、（PCC）處短路容量有關(guān)的，如下圖表（國際標(biāo)準(zhǔn)）所示：表1.1公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值 國家標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)額定電壓KV電壓總諧波畸變率%各次諧波電壓含有率%奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.6104.03.21.6353.02.41.2663.02.41.21002.01.60.8表1.2 IEEE-519PCC諧波電流限值（Ih/I1）%Ih/I1奇次諧波hTHD（%）h<1111h<1717h<2323h<3535<h<204.02.01.50.60.35.020-507.03.52.51.00.58.050-10010.04.54.0

16、1.50.712.0100-100012.05.55.02.01.015.0>100015.07.06.02.51.420.0表1.3 PCC諧波電壓限值（Vh/V1）%2.3-69kV69-138kV>138kV單次諧波電壓限值3.01.51.0電壓諧波總畸變限值5.02.51.5對于0.4kV等級諧波限制的允許量，國際通用標(biāo)準(zhǔn)和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)為5%，這也作為本裝置的驗收標(biāo)準(zhǔn)。 檢測方法檢驗裝置的諧波效果應(yīng)在PCC出處進(jìn)行，選擇ANALYST2060鉗型電能分析儀（簡稱LEM表）或采用美國FLUKE43B型電能分析儀，測試數(shù)據(jù)包括諧波電流分量、線總電流波形圖、諧波電壓分量、以及（相）電

17、壓波形圖。LEM表最多可儲存8份數(shù)據(jù)，F(xiàn)LUKE43B表最多可儲存20份數(shù)據(jù)，二者可通過微機接口打印出測量結(jié)果，同時也可在線監(jiān)測。 適用范圍本裝置使用3、5、7、11次等高次諧波的吸收，主要針對非線形負(fù)載，對于如整流電鍍、變壓器、中頻爐、電弧爐、變頻器及其他諧波分量大的裝置應(yīng)針對其主諧波特征進(jìn)行測量再決定濾波裝置的諧波吸收次數(shù)和容量，其基本工作方式相同。LHC系列濾波裝置的優(yōu)點在于運行穩(wěn)定可靠，成本比有源濾波裝置低得很多，尤其適用于諧振點少于3個的特定負(fù)載。其缺點就是對于諧振點大于3個的負(fù)載，其占地面積大，成本上升，這時應(yīng)考慮有源濾波為主。案例分析癥狀一：一個汽車制造廠在組裝線輸送機上有很多電

18、子調(diào)速驅(qū)動裝置，并使用了無功補償電容來修正功率因數(shù)，不久他們就發(fā)現(xiàn)，電容器的損壞率很高；同時輸送線設(shè)備的控制精度經(jīng)常出錯，導(dǎo)致次品率上升。問題分析：無功補償電容器和配電網(wǎng)的感抗偶合，在高于基波的頻率上形成諧振，在沒有諧波分量存在時，通常不會有什么問題。但當(dāng)使用電子調(diào)速驅(qū)動裝置或整流換流設(shè)備，使回路中出現(xiàn)諧波時，就可能產(chǎn)生與補償電容相關(guān)的諧振放大，從而引起過電壓和大電流，在燒損補償電容的同時，也干擾了正常生產(chǎn)。癥狀二：一個大型印刷中心，在用新的高效電子驅(qū)動替代了機械式電機調(diào)速裝置后，生產(chǎn)線恢復(fù)不久，供電變壓器就發(fā)生了故障。問題分析：新的電子驅(qū)動產(chǎn)生的諧波電流引起變壓器過熱，并導(dǎo)致最終的故障，這種情況對母排、電纜、及電機等都有可能發(fā)生。癥狀三：一鋁材廠功率因數(shù)為0.85，廠內(nèi)工程師為免