諧波濾除裝置

1、諧波濾除裝置POWER上海殷家集團(tuán)有限公司目錄概述主要技術(shù)指標(biāo)外型尺寸和參數(shù) 整機(jī)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(bǔ)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？如 果這些故障或事故只是偶然出現(xiàn)一

2、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(shí)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(shí)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)。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。這些非線形負(fù)荷

3、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(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)， 附加損耗增加，

4、使用電設(shè)備機(jī)械振動加大，甚至發(fā)生機(jī)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(diǎn)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(jī)：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

5、頻率等于或 接近于某次諧波分量的頻率時， 就會產(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(yùn)行甚至燒毀。 供用電設(shè)備：旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，供用電設(shè)備機(jī)械振動加大，甚至發(fā) 生機(jī)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(diǎn) 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(jī)、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(diǎn)處發(fā)生諧振， 從而在該頻率點(diǎn)產(chǎn)生很

6、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 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(yùn)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(yùn)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(bǔ)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(fèi)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(qiáng)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(jī)、商業(yè)和

7、工業(yè)建筑樓宇中的計(jì) 算機(jī)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±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(diǎn)）W 5% THDu （400V）5、無功補(bǔ)償量：約 60360kvar6、自動保護(hù)功能：過流保護(hù)：5次諧波時動作點(diǎn)電流為 130A， 7次諧波時動作點(diǎn) 電流為 80A。過熱保護(hù)：電抗器溫度105C時（最大溫升60C）,保

8、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 C。電容器溫升不大于30 C。9、顯示方式：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 x D x H (mm)600 x 800 x 2200800 x 800 x 22001000X 800x 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

9、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(jī)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 °C 55 °C2、 海拔高度：w 1000m3、 相對濕度：w 90%(25C)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

10、和我廠協(xié)商 確定。工作原理+ 140V-140V1、綜合電壓失真波形+ 140V-140V2、五次諧波波形(250HZ+ 140V-140V3 50Hz正弦波形輸電及配電系統(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(yùn)行而設(shè)計(jì)的。然而非線形負(fù)載如：晶閘管、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(bǔ)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(bǔ)償?shù)臒o功功率和各次諧 波電流而設(shè)計(jì)的。而電抗器的電感值的選擇

11、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(jì)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。C5JcdL C1 sL5L7L11Ih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(jì)， 并保證達(dá)到最好的無功 功率補(bǔ)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，

12、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/ Ro, Ro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(yùn)算來解決 PC的運(yùn)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Ro投入了保護(hù)裝置在過大 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。ABCKM5KM7C5諧波電流丁諧波電流檢測控制1檢測控制L7諧波電流 檢測控制L11L5低壓諧波濾波系統(tǒng)示例圖元器件特性一、 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

13、。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-40 °C/D （+50C）。12、 設(shè)計(jì)年、制造及實(shí)驗(yàn)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

14、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(qiáng)）。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（130C）或F級（155C）。4、周圍溫度-40 C /+40 C,最大亦可要求55C。5、制造標(biāo)準(zhǔn)： IEC289/VDE0532。三、 主接觸器1、采用機(jī)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、諧波控制器1、比流器：5A 0.7VA （Burden）。2、輸出接點(diǎn)容量2.0A, 400VAC3、所有經(jīng)設(shè)定之值不受電壓變動而

15、影響其操作程序。4、斷電后自動將有輸出接點(diǎn)跳脫，。復(fù)電后再依序投入。5、頻率：50Hz或 60Hn6、適用溫度范圍0+50 C。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(diǎn)（ 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/mm選 擇。本裝置采用70 mn2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(diǎn)（ 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

16、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（lh/11） %Ih/I1奇次諧波hTHD（ %h<1111< h<1717< h<2323<h<3535<h<204.02.01.50.60.35.020-507.03.52.51.00.58.050-10010.04.54.01.50.712.0100-100012.05.55.02.01.015.0>1000

17、15.07.06.02.51.420.0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(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)檢測方法檢驗(yàn)裝置的諧波效果應(yīng)在PCC出處進(jìn)行，選擇ANALYST206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

18、過微機(jī)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(diǎn)在于運(yùn)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(diǎn)少于 3個的特定負(fù)載。 其缺點(diǎn)就是對 于諧振點(diǎn)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(jī)上有很多電子調(diào)速驅(qū)動裝 置，并使用了無功補(bǔ)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)