抑制谐波危害的措施及实例分析

1.前言

如今，随着电力电磁兼容技术的快速发展，电力负荷的类型越来越多，特别是变频器驱动的电机系统以其方便的过程控制、显著的节能效果、维护简单、数字化等特点得到了越来越多的应用。无论是哪种变频器，都会在变频器的输出端产生高谐波，进入谐波会通过输入电源线影响公共电网。输出端谐波对电机等负荷有很大的不利影响，促使电网在稳定运行下产生越来越多的谐波。谐波都来自哪里.都有何危害.怎样检测.今天我们关心的是如何抑制等等。

2.谐波源

谐波来自各种谐波源，据说“谐波源”一般指各种特定的电气设备，即非线性电气设备或非线性电力负荷。其中，电力电子设备是电网的重要组成部分，有大量的变压器组.铁心电抗器.电弧炉.变频驱动或可控硅整流直流驱动设备.计算机.用于关键负荷ups电源(ups).节能荧光灯系统.电气产品和电子产品是谐波源。这种非线性负荷会导致电网污染、电力质量下降、配电设备故障、严重情况甚至安全事故。

3.谐波伤害

当电力电子设备的容积达到连接的电网短路容量0时.3-0.当由谐波谐振引起的电网参数约为5倍或较低时，可能很容易在一定范围内产生谐波谐振“谐波不稳”。5.7次谐波含量占总谐波含量的很大比例，其中5次谐波含量占总谐波含量的45%，其中80%。谐波损伤主要体现在以下几个方面:

(1)电机变压器上高谐波电流皮肤收集效果严重时，容易造成部分高温和变压器铜损伤比例增加。

(2)由于谐波电流与基波磁场的相互作用，会产生不良振动分析，加速轴和轴承疲劳，缩短寿命，提高变压器噪声。

(3)电机谐波轴承受较大谐波的电压容易穿透轴承润滑油膜，导致放电损坏轴承。

(4)电网中大量三次谐波导致电力电容器快速“鼓肚”和“放炮”在撤离操作中，三次谐波穿过中线会使线路超温，甚至发生火灾。

(5)在一定的环境下，电力电子设备运行过程中产生的瞬时刺电压是造成电缆绝缘故障和损坏的主要原因。

(6)谐波也可能导致保护装置的误动。

(7)谐波信号频率高.大能量可以有电容耦合.电磁感应.电气传输等特性，对通信造成不可避免的影响。

(8)谐波超标容易破坏电子原器件或减少电子原器件的使用寿命。

(9)谐波会导致公共电网部分并联谐振和串联谐振，进而变大谐波，进而大大增加上述伤害，甚至导致其他重大事故。

4.国家标准

gb／t14549-93电能质量-公共电网谐波表1。

表2为引入公共节点的谐波电流规定值。

表1 电能质量-公用电网谐波标准

表2 注入公共连接点的谐波电流允许值

5.谐波测量

上述谐波的危害使它成为*必要时，在电网和监测电网日常运行中电能质量的重要因素。由于电网谐波问题的多样性，很难根据某些理论准确地反映电网的具体情况。一般采用检测到的电网谐波效应，以确保电网的安全运行和高质量的电源。

目前，从仪器性能测试的目的来看，可以分为:谐波检测器报警仪.谐波分析仪.电能质量综合检测仪。发达国家在谐波分析仪的开发和应用方面具有优异的技术，仪器功能完善.检测范围广，使用方便可靠，价格昂贵。但是国产仪器的特点可能很差，数据收集也不理想，但是价格很低。比如:国内的dxj一系列谐波检测仪.美国fluke电能质量检测仪.日产数据电能检测仪.国产gxf系列谐波分析仪等。

6.谐波治理

抑制谐波损伤的对策主要是抑制谐波源本身和通信路径。基本概念：一是组装谐波补偿设备补偿谐波，二是改造电力电子设备本身，减少谐波，功率因素可控制为1，三是在市政电网中采取适当的对策来抑制谐波，具体做法如下：

6.1抑制谐波所采取的措施

(1)选择电力电子设备时，尽量选择脉冲较大或有一定移相角的换流变压器。12相脉冲整流thdv大约10%-15%，18相脉冲整流thdv大约3%-8%，缺点是必须使用专用变压器，不利于设备改造，价格较高；

(2)电源电流.线路阻抗.找出负载特性不平衡的原因，改善电源三相不平衡；

(3)设备本身无法改进时，可在谐波源周围组装有源电源滤波器，吸收谐波电流，但补偿水平小，成本高；

(4)具有谐波多样性的装置应集中，否则分散或重叠的应用，适度限制多个谐波的工作模式；

(5)提高供电容量，降低谐波含量；

(6)增强串联电抗器，增强与电气系统的电气间距，减少谐波的相互作用；

(7)组装无功功率补偿设备，抑制电压波动.闪变.三相不平衡；

(8)电源线与动力线分离，尽量选择双绞线，减少共模干扰；

(9)提高设备或设备的性能，提高电气设备的抗干扰性；

(10)使用通信电子控制系统时，尽量增加检测信号和输出软件过滤器的操作部分，以提高系统本身的抗干扰性。

无源电源波安装方法简单，体型小，.无功补偿效果良好，适用于稳定的谐波场。非线性负载产生的谐波电流以及过滤器与系统节点之间的电压损失，导出和负载产生的谐波电流相同.相反，谐波电流起到补偿谐波的作用。动态性能好，响应时间短(15μs)，三相补偿谐波电流低功率损耗(低于设备最大功率的3%)，适用于临时谐波或谐波成分复杂、变化快、偶然性高的场地。

6.2应用案例

工厂广泛采用变频调速，多见6脉冲开启变频器，5次谐波含量高。每个人都有一个980kw／690v西门子6脉冲变频器推动三相异步电动机。诺基亚的无源电源滤波器连接到变频器的输入端，关键是吸收变频器产生的五个谐波。前五个谐波失真率为28.8%，交付使用后为1.7%，补偿率超过90%。基本避免了5次全面谐波干扰，延长了元器件的使用寿命。无源滤波器系统中的电容器增加了线路末端的功率因数，达到100%。节能统计显示，投资后节电8000投资前一个月少8000度。

7.结语

谐波在一定程度上破坏了公共电网，成为电网的污染物之一。目前，各种方法都有一定的缺陷。因此，分析和研究如何抑制谐波也将成为一个关键课题。