劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著電子設備大量的使用，非線性負荷越來越多，企業電力網的諧波污染問題也越來越不容忽視，由于諧波的不良作用惡化電能質量，增加附加損耗，降低電網可靠性，影響企業供用電設備的正常工作，甚至損害設備，造成電氣故障。討論了諧波的產生，接著分析了諧波的危害，然后研究了諧波抑制和檢測。

關鍵詞：諧波；檢測；危害；治理

1引言

隨著制藥企業的發展各種電力電子裝置在企業大量應用，其中整流裝置所占的比例*大，逆變器、直流斬波器等所需的直流電源主要來自整流電路，常用的晶閘管相控整流電路或二極管整流電路都是嚴重的諧波源，電氣設備的單臺容量雖然很小，但數量卻極為龐大，其內部大都含有開關電源，各類開關電源、變頻器的用量越來越多，加上熒光燈產生的諧波，使電源的諧波污染日益突出，諧波電壓和諧波電流引起電源波形的嚴重畸變，影響到對電力用戶的供電質量。電力系統中的諧波問題也日趨嚴重。電網諧波使得電壓、電流的波形發生了畸變，使公司電力系統、用電設備出現許多異常現象和故障，產生了嚴重的危害和影響。對其進行有效的抑制已成為企業電力系統安全運行工作的重要內容之一。

2諧波產生的原因

理想的干凈供電系統向用戶提供的是一個恒定工頻的正弦波形電壓，在只含線性元件(電阻、電感及電容)的簡單電路里，流過的電流與施加的電壓成正比，流過的電流是正弦波。在實際的供電系統中，由于具有非線性阻抗特性的用電設備(即非線性負荷)的存在，當流過的電流與施加的電壓不呈線性關系時，就形成非正弦電流。任何周期性波形均可分解為一個基頻正弦波加上基頻整數倍的一系列分量，該分量統稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值(n=fn/f1)稱為諧波次數。例如：基頻為50Hz，二次諧波為100Hz，三次諧波則為150Hz。應該注意，電力系統所指的諧波是穩態的工頻整數倍數的波形，電網暫態變化諸如涌流、各種干擾或故障引起的過壓、欠壓均不屬諧波范疇。

3諧波對企業電力系統設備的影響

電網諧波對系統和設備的影響主要表現在幾方面。

（1）對變壓器和電動機，諧波電壓使鐵芯渦流損耗增加，諧波電流使銅損增加，溫度上升，絕緣加速老化，降低了效率和利用率，縮短使用壽命。

（2）在諧波電壓作用下，電容器會產生額外的功率損耗，加快絕緣介質的老化。更為嚴重的是，大量諧波電流很可能引發電容器和系統其他元件之間的并聯諧振或串聯諧振，造成對某次諧波電流的放大和諧波電壓的增高。這種危險的諧波過電壓和過電流，不僅會使電容器超載而損壞，也會使與電容器聯接的配電回路中所有線路、設備因電壓閃變超壓過負荷而損壞。據統計，70％以上的諧波故障發生在電容器裝置上。

（3）對電力電纜和配電線路，諧波電流頻率增高引起明顯的集膚效應，導線電阻增大，線損加大，發熱增加，絕緣過早老化，容易發生接地短路故障，形成潛在的火災隱患。同時，3次諧波使三相平衡負荷的N線電流顯著增加。

（4）配電回路的諧波電流含量高會使斷路器遮斷能力降低。這是因為畸變電流過零點時，電弧電流隨時間的變化率要比工頻正弦電流大，電弧電壓的恢復要迅速得多，使電弧容易重燃。事實表明，空氣電磁斷路器不能遮斷其分斷能力范圍內波形畸變率超過50％的故障電流，還會導致斷路器損壞。

（5）諧波對電力系統的繼電保護、計量儀表信號產生干擾和損害。

4　某司供電系統分析

某司用電系統中分6kVⅠ段、6kVⅡ段，在每段母線下主要負載為異步電機和動力變壓器，也有同步電機，據了解同步電機與異步電機不同時使用，同步電機主要是備用（異步電機不用時），電機的參數、數量及所帶負載見系統圖所示：

5某司諧波實際測試

測試工具為FULKE43B型電能質量分析儀。

測試對象為6KVI母線側。現場實測技術數據如下：

測試對象為6KVII母線側。現場實測技術數據如下：

表1、表2中的數據表明，諧波電流超過國家標準3倍以上。

6某司的治理方案

補償用并聯電容器對諧波電壓*為敏感，諧波電壓加速電容器老化，縮短使用壽命。諧波電流將使電容器過負荷、出現不允許的溫升，特別嚴重的是當電容器組與系統產生并聯諧振時電流急速增加，開關跳閘、熔斷器熔斷、電容器無法運行。為避免并聯諧振的發生，電容器串聯電抗器。它的電抗率按背景諧波次數選取。電網的背景諧波為5次及以上時，宜選取4.5%~6%；電網的背景諧波為3次及以上時，宜選取12%

6.1　電抗率K值的確定

（1）系統中諧波很少，只是限制合閘涌流時則選

K=0.5~1%即可滿足要求。它對5次諧波電流放大嚴重，對3次諧波放大輕微。

（2）系統中諧波不可忽視時，應查明供電系統的背景諧波含量，合理確定K值。電抗率的配置應使電容器接入處諧波阻抗呈感性。電網背景諧波為5次及以上時，應配置K=4.5~6%。通常5次諧波*大，7次諧波次之，3次較小。國內外通常采用K=4.5~6%。配置K=6%的電抗器抑制5次諧波效果好，但明顯的放大3次諧波及諧振點為204Hz，與5次諧波的頻率250Hz，裕量大。配置4.5%的電抗器對3次諧波輕微放大，因此，在抑制5次及以上諧波，同時又要兼顧減小對3次諧波的放大是適宜的。它的諧振點235Hz與5次諧波間距較小。電網背景諧波為3次及以上時應串聯K=12%的電抗器。在電抗器電容器串聯回路中，電抗器的感抗XLN與諧波次數成正比；電容器容抗XCN與諧波次數成反比。為了抑制5次及以上諧波。則要使5次及以上諧波器串聯回路的諧振次數小于5次。這樣，對于5次及以上諧波，電抗器電容器串聯回路呈感性，消除了并聯諧振的產生條件；對于基波，電抗器電容器串聯回路呈容性，保持無功補償作用。

6.2　電抗器的安裝位置

串聯電抗器無論裝在電源側或中性點側，從限制合閘涌流和抑制諧波來說都是一樣的。電抗器裝在電源側時運行條件苛刻，因它承受短路電流的沖擊，對地電壓也高（相對于中性點），因而對動、熱穩定要就高，鐵心電抗器有鐵心飽和之慮。電抗器裝在中性點側時，對電抗器要求相對低，一般不受短路電流的沖擊，動、熱穩定沒有特殊要求，承受的對地電壓低。可見它比安裝在電源側缺少了電抗器的抗短路電流沖擊的能力。

7　效益分析

（1）　改善電能質量。某司電網凈化裝置能改良電能的質量，能濾除電網諧波，補償無功，防止電網串并聯諧振，防止電壓波動和閃變，提高設備運行的可靠性，減少事故率，減少電氣設備維修費用和維修時間。

（2）降低電能損耗。由于補償了諧波電流和無功電流，使變壓器和輸電線路的電流減少，變壓器和輸電線路的損耗減少，節約了能耗。

（3）　提高了供電能力。進行諧波補償后，功率因數由0.8提高到0.94，諧波電流大大下降，幾乎為零，提高了變壓器供電能力。等多種氧化物質。廢水在反應器內發生直接電化學過程和間接電化學過程，實現有機污染物的氧化分解。電催化反應器的底部曝入少量臭氧，可有效提高反應效率。

臭氧催化氧化反應塔內裝填γ-Al2O3粒子，粒子作為載體，其表面附載有Mn、Cu、V等多種過渡金屬氧化物催化劑，臭氧從反應器底部和廢水一同進入反應塔，構成多相催化氧化反應系統。系統中催化劑是不流失的，臭氧在催化劑作用下可轉化為•OH，通過•OH的氧化和O3的直接氧化高效分解有機物。

該工藝組合氧化能力強，協同作用效果好，為制藥廢水的預處理提供了有效手段。臭氧是通過高壓放電產生的，因此，二段工藝設備僅消耗電能，處理過程無需外加化學藥劑，無二次污染。設備可控性好，操作簡單，特別適用于間隙排放、高鹽度、低pH、難降解、高濃度制藥廢水的預處理，是一項環境友好技術。

8安科瑞APF有源濾波器產品選型

8.1產品特點

（1）DSP+FPGA控制方式，響應時間短，全數字控制算法，運行穩定；

（2）一機多能，既可補諧波，又可兼補無功，可對2～51次諧波進行全補償或特定次諧波進行補償；

（3）具有完善的橋臂過流保護、直流過壓保護、裝置過溫保護功能；

（4）模塊化設計，體積小，安裝便利，方便擴容；

（5）采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實現參數設置和控制，使用方便，易于操作和維護；

（6）輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力系統的影響；

（7）多機并聯，達到較高的電流輸出等級；

（8）擁有自主技術。

8.2型號說明

8.3尺寸說明

8.4產品實物展示

ANAPF有源濾波器

9安科瑞智能電容器產品選型

9.1產品概述

AZC/AZCL系列智能電容器是應用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節省能源、降低線損、提高功率因數和電能質量的新一代無功補償設備。它由智能測控單元，晶閘管復合開關電路，線路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構成。可替代常規由熔絲、復合開關或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內和柜面由導線連接而組成的自動無功補償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應現代電網對無功補償的更高要求。

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數、頻率、電容器路數及投切狀態、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內部晶閘管復合開關電路，自動尋找*佳投入（切除）點，實現過零投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

9.2型號說明

AZC系列智能電容器選型：

AZCL系列智能電容器選型：

9.3產品實物展示

AZC系列智能電容模塊AZCL系列智能電容模塊

安科瑞無功補償裝置智能電容方案

參考文獻：

[1]翁朝晨.諧波在制藥企業電網中檢測與治理[J].醫藥工程設計,2011,32(02):58-60.

[2]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版

作者簡介

劉細鳳，女,現任職于安科瑞電氣股份有限公司。