畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）電網(wǎng)諧波的危害及抑制技術(shù)

1、目 錄摘要1前言11電網(wǎng)諧波的產(chǎn)生及危害21.1諧波的產(chǎn)生21.2諧波的危害42諧波抑制技術(shù)92.1抑制諧波電流92.2受端治理措施102.3主動(dòng)諧波治理的措施112.4被動(dòng)治理諧波的措施122.5 其余抑制高次諧波的技術(shù)122.6 一種新的諧波抑制方案163電力濾波器介紹183.1無源電力濾波器183.2有源電力濾波器214諧波綜合治理的展望26致謝27參考文獻(xiàn)28電網(wǎng)諧波的危害及抑制技術(shù)學(xué) 生：指導(dǎo)老師：三峽電力職業(yè)學(xué)院摘要：隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展以及電力市場的開放，電能質(zhì)量問題越來越引起廣泛關(guān)注。由于各種非線性負(fù)載(諧波源)應(yīng)用普及，產(chǎn)生的諧波對(duì)電網(wǎng)的污染日益嚴(yán)重。因此，諧波及其抑制技術(shù)己成

2、為國內(nèi)外廣泛關(guān)注的課題。在電力電網(wǎng)中，存在大量非線性負(fù)載,引起電網(wǎng)電流波形不再是正弦波。這一非正弦波可用傅里葉級(jí)數(shù)分解成為一個(gè)直流量，基波正弦量和一系列頻率為基波頻率整數(shù)倍的高次諧波正弦分量之和。各國對(duì)電力電網(wǎng)電壓正弦波形畸變的極限值都有明確的規(guī)定，要求用戶對(duì)接入電網(wǎng)的設(shè)備產(chǎn)生的諧波應(yīng)采取一定措施，進(jìn)行抑制。關(guān)鍵詞：電網(wǎng) 諧波危害 非線性負(fù)載 抑制技術(shù)前言電力系統(tǒng)理想的電壓、電流波形是正弦波。但由于電力系統(tǒng)中存在各種非線性元件,使電壓和電流波形發(fā)生畸變產(chǎn)生諧波。諧波會(huì)造成電網(wǎng)的功率損耗增加、設(shè)備壽命縮短、保護(hù)功能失常,還會(huì)引起變電站局部并聯(lián)或串聯(lián)諧振,造成電壓互感器等設(shè)備損壞。隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)和

3、人民生活水平的不斷提高，除了需要電能成倍增長，對(duì)供電質(zhì)量及供電可靠性的要求也越來越多，電力質(zhì)量（power quality）受到人們的日益重視。例如，工業(yè)生產(chǎn)中的大型生產(chǎn)線、飛機(jī)場、大型金融商廈、大型醫(yī)院等重要場合的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一旦失電，或因受電力網(wǎng)上瞬態(tài)電磁干擾影響，致使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，將會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。電梯、空調(diào)等變頻設(shè)備、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)、電子式鎮(zhèn)流器熒光燈等已成為人民日常生活的一部分，如果這些裝置不能正常運(yùn)行，必定擾亂人們的正常生活。但是，電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)、電子式照明設(shè)備、變頻調(diào)速裝置、開關(guān)電源、電弧爐等用電負(fù)載大都是非線性負(fù)載，都是諧波源，如將這些諧波電流注入

4、公用電網(wǎng)，必然污染公用電網(wǎng)，使公用電網(wǎng)電源的波形畸變，增加諧波成份。近幾年，傳感技術(shù)、光纖、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及信息技術(shù)日臻成熟。集成度愈來愈高的微電子技術(shù)使計(jì)算器的功能更加完美，體積愈來愈小，從而促使各種電器設(shè)備的控制向智能型控制器方向發(fā)展。隨著微電子技術(shù)集成度的提高，微電子器件工作電壓變得更低，耐壓水平也相對(duì)更低，更易受外界電磁場干擾而導(dǎo)致控制單元損壞或失靈。例如，20世紀(jì)70年代計(jì)算機(jī)迅速普遍推廣，電磁干擾及抑制問題更是十分突出，一些功能正常的計(jì)算機(jī)常出現(xiàn)誤動(dòng)作，而無法找出原因。1966年日本三基電子工業(yè)公司率先開發(fā)了“模擬脈沖的高頻噪音模擬器”，將它產(chǎn)生的脈沖注入被試計(jì)算機(jī)的電源部

5、分，結(jié)果發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)在注入100200v脈沖時(shí)就誤動(dòng)作，難怪計(jì)算機(jī)在現(xiàn)場無法正常工作，其原因之一是計(jì)算機(jī)的電源受到了污染。因此，受諧波電流污染的公用電源，輕者干擾設(shè)備正常運(yùn)行，影響人們的正常生活，重者致使工業(yè)上的大型生產(chǎn)線、系統(tǒng)運(yùn)行癱瘓，會(huì)造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。 國際電工委員會(huì)（iec）已于1988年開始對(duì)諧波限定提出了明確的要求。美國“ieee電子電氣工程師協(xié)會(huì)”于1992年制定了諧波限定標(biāo)準(zhǔn)ieee1000。在ieeestd519-1992標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定了計(jì)算機(jī)或類似設(shè)備的諧波電壓畸變因數(shù)（thd）應(yīng)在5%以下，而對(duì)于醫(yī)院、飛機(jī)場等關(guān)鍵場所則要求thd應(yīng)低于3%。1電網(wǎng)諧波的產(chǎn)生及危害1.1諧波

6、的產(chǎn)生1.1.1諧波的概念國際上通行的諧波定義為：“諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍。諧波次數(shù)必須為正整數(shù)。在某些暫態(tài)現(xiàn)象中，電力系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)一些非整數(shù)次的分?jǐn)?shù)次諧波，如：間諧波、次諧波和分?jǐn)?shù)次諧波等，這些概念與諧波概念完全不同。諧波的產(chǎn)生來自于3個(gè)方面：（1）發(fā)電源質(zhì)量不高；（2）輸配電系統(tǒng)；（3）用電設(shè)備。1.1.2電源本身諧波電源本身諧波即諧波電壓源。典型的諧波電壓源是發(fā)電機(jī)。由于發(fā)電機(jī)制造工藝的問題，致使電樞表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布稍稍偏離正弦波，因此，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢也會(huì)稍稍偏離正弦電動(dòng)勢，即所產(chǎn)生的電流稍偏離正弦電流。當(dāng)然，幾個(gè)這樣的電源并網(wǎng)時(shí)，總電源的電流也將

7、偏離正弦波。1.2.3 非線性負(fù)載 諧波產(chǎn)生的另一個(gè)原因是由于非線性負(fù)載。對(duì)于各種換流設(shè)備，電氣化鐵道，電弧爐及數(shù)量很大的電子節(jié)能設(shè)備、家用電器等典型非線型，即使供給理想的正弦波電壓，他們也將產(chǎn)生非正弦波電流。當(dāng)電流流經(jīng)線性負(fù)載時(shí)，負(fù)載上電流與施加電壓呈線性關(guān)系；而電流流經(jīng)非線性負(fù)載時(shí)，則負(fù)載上電流為非正弦電波，即產(chǎn)生了諧波。電力系統(tǒng)理想的電壓、電流波形是正弦波。但由于電力系統(tǒng)中存在各種非線性元件,使電壓和電流波形發(fā)生畸變產(chǎn)生諧波。諧波會(huì)造成電網(wǎng)的功率損耗增加、設(shè)備壽命縮短、保護(hù)功能失常,還會(huì)引起變電站局部并聯(lián)或串聯(lián)諧振,造成電壓互感器等設(shè)備損壞。隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)和人民生活水平的不斷提高，除了需

8、要電能成倍增長，對(duì)供電質(zhì)量及供電可靠性的要求也越來越多，電力質(zhì)量（power quality）受到人們的日益重視。例如，工業(yè)生產(chǎn)中的大型生產(chǎn)線、飛機(jī)場、大型金融商廈、大型醫(yī)院等重要場合的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一旦失電，或因受電力網(wǎng)上瞬態(tài)電磁干擾影響，致使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，將會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。電梯、空調(diào)等變頻設(shè)備、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)、電子式鎮(zhèn)流器熒光燈等已成為人民日常生活的一部分，如果這些裝置不能正常運(yùn)行，必定擾亂人們的正常生活。但是，電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)、電子式照明設(shè)備、變頻調(diào)速裝置、開關(guān)電源、電弧爐等用電負(fù)載大都是非線性負(fù)載，都是諧波源，如將這些諧波電流注入公用電網(wǎng)，必然污染公用電網(wǎng)，使

9、公用電網(wǎng)的波形畸變，增加諧波成份。電網(wǎng)運(yùn)行中的主要非線性負(fù)載裝置有以下幾種：（1）開關(guān)電源的高次諧波開關(guān)電源由五部分組成：一次整流、開關(guān)振蕩回路、二次整流、負(fù)載和控制，這幾個(gè)部分產(chǎn)生的噪聲不完全一樣。這幾種干擾可以通過電源線等產(chǎn)生輻射干擾，也可以通過電源產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾。（2）變壓器空載合閘涌流產(chǎn)生諧波 鐵心中磁通變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生815倍額定電流的涌流，由于線圈電阻的存在，變壓器空載合閘涌流一般經(jīng)過幾個(gè)周波即可達(dá)到穩(wěn)定。所產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流所含的諧波成份以3次諧波為主。（3）單相電容器組開斷時(shí)的瞬態(tài)過電壓干擾電力電子調(diào)速系統(tǒng)普遍應(yīng)用于工業(yè)中改進(jìn)電機(jī)效率及靈活性設(shè)備，調(diào)速裝置內(nèi)電力電子器件對(duì)過電壓特別敏感

10、，因此線路中瞬態(tài)過電壓會(huì)造成調(diào)速系統(tǒng)的過電壓保護(hù)誤跳閘。由于與中壓母線相連的電容器要經(jīng)常操作，這意味著調(diào)速系統(tǒng)誤跳閘事故會(huì)經(jīng)常發(fā)生；（4）電壓互感器鐵磁諧振過電壓在我國10kv、35kv等級(jí)的中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)中，為了監(jiān)視對(duì)地絕緣，一般采用三相五柱式電壓互感器。在正常情況下，三相對(duì)地電壓是平衡的，但是由于發(fā)生單相接地故障等原因，會(huì)導(dǎo)致三相對(duì)地電壓平衡的破壞，還有可能使電壓互感器線圈電感l(wèi)和系統(tǒng)對(duì)地電容c在參數(shù)上配合，而產(chǎn)生諧振過電壓。（5）整流器和逆變器產(chǎn)生的諧波電壓、電流整流器的作用將交流電轉(zhuǎn)成直流電，而逆變器是將直流電轉(zhuǎn)變成交流電。其電路中的二極管視為理想二極管，即正向阻抗接近零，反向阻抗

11、無窮大。因此，只允許電流單方向流動(dòng)，從整流器的輸出端看，每相電流波形為矩形波，不是正弦波，利用傅氏級(jí)數(shù)展開式展開周期的矩形波形，可以看到除了工頻正弦波（50hz基波）外，還疊加了一系列高次波形諧波。應(yīng)該說電動(dòng)機(jī)采用變頻器進(jìn)行調(diào)速，可以高水平完成調(diào)速外，也可以節(jié)省大量電能（近30%），但如前面分析，變頻調(diào)速過程中要產(chǎn)生高次諧波，即形成高次諧波污染，造成廠區(qū)的電視、音響系統(tǒng)不能正常工作，還要干擾二次儀表壓力、流量、可編程控制器及智能控制器正常工作，諧波還要使變壓器、電動(dòng)機(jī)、電容器及電抗器產(chǎn)生過熱。（6）電弧爐運(yùn)行引起電壓波動(dòng) 隨著冶煉工業(yè)的發(fā)展，當(dāng)然會(huì)更多地使用電弧爐，這是一個(gè)重要負(fù)荷。運(yùn)行時(shí)，電

12、極和金屬碎粒之間會(huì)發(fā)生頻繁斷路，而在熔化期間，電源兩相短路，一旦熔化金屬從電極上落下，電弧熄滅，電源又開路，因此，可以說冶煉過程是頻繁的短路開路短路的過程，會(huì)引起用戶端電壓波動(dòng)及白熾燈閃爍，一般電壓波動(dòng)頻率0.1hz幾十hz，這種諧波是以3次諧波為主。1.2諧波的危害諧波對(duì)電力系統(tǒng)的污染日益嚴(yán)重,諧波源的注入使電網(wǎng)諧波電流！諧波電壓增加,其危害波及全網(wǎng),對(duì)各種電氣設(shè)備都有不同程度的影響和危害。諧波研究的意義，在于諧波的危害十分嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1、影響變壓器工作諧波電流，特別是3次（及其倍數(shù)）諧波侵入三角形連接的變壓器，會(huì)在其繞組中形成環(huán)流，使繞組發(fā)熱。對(duì)形連接中性線接地系統(tǒng)中，侵

13、入變壓器的中性線的3次諧波電流會(huì)使中性線發(fā)熱，增加變壓器損耗。諧波使變壓器銅耗增大，其中包括電阻損耗、導(dǎo)體中的渦流損耗和導(dǎo)體外部因漏通而引起的雜散損耗。同時(shí)也使鐵耗增加。另外，三的倍數(shù)次零序電流會(huì)在三角形接法的繞組內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流，這一額外的環(huán)流可能會(huì)使電流超過額定值。對(duì)于帶不對(duì)稱負(fù)載的變壓器來說，如果負(fù)載電流中含有直流分量，會(huì)引起變壓器磁路飽和，從而大大增加交流勵(lì)磁電流的諧波分量。2、影響繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置 以電壓或電流量的變化而動(dòng)作的裝置，在基波分量未達(dá)到整定動(dòng)作值時(shí)，會(huì)與較大的諧波分量疊加，其合成的綜合值超過整定值時(shí)會(huì)使裝置誤動(dòng)。這些裝置中，電磁型或感應(yīng)型的裝置對(duì)諧波作用較不敏感（鐵芯磁阻的影

14、響），而整流型和晶體管型的裝置對(duì)諧波的作用非常敏感，即使對(duì)短時(shí)諧波的作用也很敏感。整流型繼電保護(hù)裝置對(duì)諧波電流的敏感性隨諧波頻率的升高而增加。此時(shí)，可以采用在整流回路中裝入適當(dāng)并聯(lián)電容器濾去諧波，降低諧波的影響。（1）接于差動(dòng)回路、零序回路或負(fù)序回路的繼電器或自動(dòng)裝置，對(duì)諧波的作用很敏感，因它所接受的動(dòng)作電流或電壓僅為相電流或電壓的一個(gè)很小的百分?jǐn)?shù)，即整定的動(dòng)作值都很小，而它的動(dòng)作電壓和動(dòng)作電流中的諧波含有率卻能達(dá)到很高值，故降低了裝置的靈敏性，同時(shí)還存在如下幾個(gè)問題： a本身即為非線性負(fù)荷的變壓器所產(chǎn)生的諧波電流構(gòu)成高壓側(cè)和低壓側(cè)的差電流。變壓器合閘產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流和諧波電流含量能達(dá)到很大數(shù)值

15、，且在變壓器中性點(diǎn)接地時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生很大的零序諧波電流。 b利用負(fù)序?yàn)V序器裝于負(fù)序電路中，其元件參數(shù)是按照工頻量來選擇的，對(duì)諧波根本無濾序作用。負(fù)序?yàn)V序器中的電抗互感器型比阻容型對(duì)諧波影響更敏感，因?yàn)榍罢咻敵鲭妷褐械闹C波含有率大于輸入端的諧波分量與基波負(fù)序分量的比例，而后者則不然。負(fù)序?yàn)V序器的輸出，一般經(jīng)整流回路再加到執(zhí)行元件上，故輸出諧波量在正半周有助增作用，在負(fù)半周時(shí)卻減少。如果諧波源是不平衡負(fù)荷，例如電氣化鐵道，它同時(shí)產(chǎn)生較大諧波分量和基波負(fù)序分量，如利用負(fù)序量啟動(dòng)裝置所受到的干擾就更強(qiáng)了.c反應(yīng)“增量”的裝置，由于執(zhí)行元件前接入一個(gè)微分電路，它只反應(yīng)突變量而不反應(yīng)穩(wěn)態(tài)量，能有效地減小穩(wěn)態(tài)

16、諧波量的影響，但仍會(huì)受到暫態(tài)和動(dòng)態(tài)諧波（如變壓器涌流）的干擾。d整流型方向阻抗繼電器的阻抗特性，理想狀態(tài)下其動(dòng)作特性曲線是一個(gè)圓，但輸入電流中諧波含量較大時(shí)，其動(dòng)作曲線將出現(xiàn)凹凸，從而導(dǎo)致動(dòng)作阻抗值和最大靈敏角發(fā)生變化。e晶體管方向阻抗繼電器中采用了“絕對(duì)值比較式”的方向元件和具有“記憶”初始電壓的元件，諧波含量及諧波頻率仍能影響其動(dòng)作特性，諧波頻率愈高或諧波含量愈大，特性曲線在x軸方向縮短愈多。f相差高頻保護(hù)裝置中的比相器把線路兩側(cè)電流變換成正負(fù)各半周的方波，通過收發(fā)訊機(jī)產(chǎn)生的載波傳送而進(jìn)行比較，來達(dá)到判斷該線路本身是否故障。但較大諧波電流含量可能使方波變形，從而導(dǎo)致比相判斷失誤而引起誤動(dòng)。

17、g利用光纜通訊的線路縱差保護(hù)裝置，由于其比相回路是比較兩側(cè)電流通過模數(shù)轉(zhuǎn)換后的采樣點(diǎn)，并通過相鄰的幾個(gè)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算判斷，當(dāng)電流中諧波電流含量較高時(shí)，會(huì)引起波形畸變。且由于輸電線路本身如同一個(gè)隱形電容，故諧波在線路兩側(cè)所反應(yīng)的含量有較大差距，由于其不能真實(shí)反應(yīng)運(yùn)行狀況，比相回路不能正確判斷，引起不正確動(dòng)作。h對(duì)于自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置，若諧波電壓含有率大幅度超標(biāo)，會(huì)引起裝置的合閘誤差角超過允許值，從而引起裝置亂發(fā)調(diào)頻脈沖或拒發(fā)合閘脈沖。i集成芯片型周波繼電器，由于所用元件抗干性差，雖采用電容等元件濾波，但只針對(duì)一部分諧波。當(dāng)諧波含有率較高，且成分較多時(shí)，由于波形的畸變，此時(shí)影響其采樣值，無法進(jìn)行正常的判斷

18、。（2）諧波嚴(yán)重影響繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的幾個(gè)方面電網(wǎng)中運(yùn)行的繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置在不同之處所受的影響是不同的，有以下幾個(gè)方面影響到裝置的正常運(yùn)行（特別是前2個(gè)方面的條件是必須具備的）：a.在電氣距離上接近大的諧波源；b.保護(hù)裝置安裝地點(diǎn)具備諧波嚴(yán)重放大或接近于諧波諧振條件。例如安裝地點(diǎn)具有并聯(lián)電容器等；c所接回路的裝置，其整定的動(dòng)作值很小。例如接在差流回路、零序電路或負(fù)序電路上的裝置；d裝置所選取的元件或動(dòng)作原理對(duì)諧波敏感，例如采用弱電繼電器、半波比相判斷的方式、過零點(diǎn)檢測等等；e安裝地點(diǎn)的短路容量太小，例如在海上油井平臺(tái)上，自備機(jī)組等；f有不平衡負(fù)荷或涌流的基波負(fù)序電流，并且和諧波電流同時(shí)發(fā)生

19、。如果繼電保護(hù)裝置是按基波負(fù)序量整定其整定值大小，此時(shí)，若諧波干擾疊加到極低的整定值上，則可能造成繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置工作紊亂。諧波改變繼電器的工作特性，這與繼電器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和原理有關(guān)。當(dāng)有諧波畸變時(shí)，依靠采樣數(shù)據(jù)或過零工作的數(shù)字繼電器容易產(chǎn)生誤差。諧波對(duì)過電流、欠電壓、距離、頻率繼電器等均會(huì)引起誤動(dòng)、拒動(dòng)、保護(hù)裝置失靈或動(dòng)作不穩(wěn)定。3、增加電容器的損耗諧波對(duì)電容器的危害是通過電效應(yīng)、熱效應(yīng)和諧振引起諧波電流放大。國內(nèi)外電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：受諧波影響而導(dǎo)致的電氣設(shè)備損壞中電容器占有最大比例。諧波的存在往往使電壓呈現(xiàn)尖頂波形，最不情況是諧波和基波電壓峰值的疊加，峰值電壓上升使電容器介質(zhì)更容易發(fā)電。一

20、般來說，電壓升高10，電容器壽命縮短12。由于諧波使通過電的電流增加，使電容器損耗增加，從而引起電容器發(fā)熱和溫升，加速老化。器溫升每上升8，壽命縮短12。由于電容器的容抗與頻率成反比，因諧波電壓作用下的容抗要比在基波電壓作用下的容抗小得多，從而使諧波電波形畸變比基波電壓的波形畸變大得多，即使電壓中諧波所占比例不大，也生顯著的諧波電流。特別是在發(fā)生諧振的情況下，很小的諧波電壓就會(huì)引起的諧波電流，導(dǎo)致電容器因過流而損害。4、增加輸電線路功耗如果電網(wǎng)中含有高次諧波電流，那么，高次諧波電流會(huì)使輸電線路功耗增加。如果輸電線是電纜線路，與架空線路相比，電纜線路對(duì)地電容要大1020倍，而感抗僅為其1/31/

21、2，所以很容易形成諧波諧振，造成絕緣擊穿，增加輸電線路的損耗，縮短輸電線壽命。諧波電流一方面在輸電線路上產(chǎn)生諧波壓降，另一方面增加了輸電線路上的電流有效值，從而引起附加輸電損耗。對(duì)于架空線路而言，電暈的產(chǎn)生和電壓峰值有關(guān)，雖然電壓基波未超過規(guī)定值，但由于諧波的存在，當(dāng)諧波電壓與基波電壓峰值重合時(shí)，其電壓峰值可能超過允許值而產(chǎn)生電暈，引起電暈，損耗增加。對(duì)于電纜輸電情況，諧波電壓正比于其幅值電壓形式增強(qiáng)了介質(zhì)的電場強(qiáng)度，這會(huì)影響電纜的使用壽命。據(jù)有關(guān)資料介紹，諧波的影響將使電纜的使用壽命平均下降約60。5、增加旋轉(zhuǎn)電機(jī)的損耗諧波會(huì)在電機(jī)的定子繞組、轉(zhuǎn)子回路以及鐵芯中產(chǎn)生附加損耗這些附加損耗要比其

22、本身的直流電阻所引起的損耗大電機(jī)會(huì)產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，并使電機(jī)效率降低。諧波電流還會(huì)增加電機(jī)的噪聲產(chǎn)生脈沖轉(zhuǎn)矩引起諧波振動(dòng)。國際上一般認(rèn)為電動(dòng)機(jī)在正常持續(xù)運(yùn)行條件下，電網(wǎng)中負(fù)序電壓不超過額定電壓的2%，如果電網(wǎng)中諧波電壓折算成等值基波負(fù)序電壓大于這個(gè)數(shù)值，則附加功耗明顯增加。6、影響通訊系統(tǒng)工作諧波通過電容禍合、電磁感應(yīng)、電氣傳導(dǎo)對(duì)通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾， 如損害通話清晰度、引起危害過電壓等。例如，直流輸電中，直流換流站換相時(shí)會(huì)產(chǎn)生310khz高頻噪聲，會(huì)干擾電力載波通信的正常工作。從國外的電能質(zhì)量分析比如英國電源質(zhì)量問題出現(xiàn)的頻率統(tǒng)計(jì)：方 面諧 波對(duì)地泄漏電流電 壓 擾動(dòng)發(fā)生頻率高中低高中低高中低商 業(yè)

23、 的71%20%9%20%31%49%51%27%22%公共事業(yè)的60%20%20%31%31%39%31%-20%-6031%9%40%31%29%40%31%29%高：一年造成的停機(jī)事故在12次以上；中：一年造成的停機(jī)事故在2-12次之間；低：一年造成的停機(jī)事故在1次以下；從表中可以看出諧波造成停機(jī)事故頻率很高，在所有三個(gè)方面每年事故的報(bào)告在12次以上的均在60%以上，而每年至少1次事故的報(bào)告為80%以上。電源質(zhì)量問題主要原因統(tǒng)計(jì)報(bào)表：問 題原 因商業(yè)的公共事業(yè)的工業(yè)的諧 波計(jì)算機(jī)系統(tǒng)感性負(fù)載切換開關(guān)模式電源綜合因素71%5%10%14%78%-17%5%34%22%22%22%7、影響換

24、流裝置正常工作當(dāng)換流裝置的容量達(dá)到電網(wǎng)短路容量的13、12或以上時(shí)，或者雖未達(dá)到此值而電網(wǎng)參數(shù)易引起較低次諧波次數(shù)(第2次至第9次)的諧波諧振時(shí)，交流電網(wǎng)電壓畸變可能引起常規(guī)控制角的觸發(fā)脈沖間隔不等，并通過正反饋而放大系統(tǒng)的電壓畸變，使整流器工作不穩(wěn)定，對(duì)逆變器可能發(fā)生連續(xù)的換相失敗而無法工作。8、引起電力計(jì)量誤差用戶為線性用戶時(shí)，諧波潮流主要由系統(tǒng)注入線性用戶，電能表計(jì)量的是該用戶吸收的基波電能和部分或全部諧波電能，計(jì)量值大于基波電能，線性用戶不但要多交電費(fèi)，還要受到諧波破壞。用戶為非線性用戶時(shí)，用戶除了自身消耗部分諧波，還向電網(wǎng)輸送諧波，電能表計(jì)量電能時(shí)基波電能和扣除這部分諧波電能的部分和

25、或全部和，計(jì)量值小于基波電能。9、影響其它設(shè)備運(yùn)行諧波還會(huì)對(duì)以下設(shè)備產(chǎn)生影響：使斷路器斷弧困難，斷路器開斷能力降低；引起避雷器諧波過電壓而損害；延遲或阻礙消弧線圈滅弧作用；電壓互感器由于諧振而損害；增大中性線電流；電視機(jī)圖像變壞、翻滾：收音機(jī)引起雜音；微機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、自動(dòng)錄波系統(tǒng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失、誤動(dòng)、誤顯示和波形異常等。2諧波抑制技術(shù)2.1抑制諧波電流對(duì)電力諧波的抑制就是如何減少或消除注入系統(tǒng)的諧波電流，以便把諧波電壓控制在限定值之內(nèi)，抑制諧波電流主要有三方面的措施：1、降低諧波源的諧波含量也就是在諧波源上采取措施，最大限度地避免諧波的產(chǎn)生。這種方法比較積極，能夠提高電網(wǎng)質(zhì)量，可大大節(jié)省

26、因消除諧波影響而支出的費(fèi)用。具體方法有：（1）增加整流器的脈動(dòng)數(shù)整流器是電網(wǎng)中的主要諧波源，其特征頻譜為：nkp1，則可知脈沖數(shù)p增加，n也相應(yīng)增大，而ini1n，故諧波電流將減少。因此，增加整流脈動(dòng)數(shù)，可平滑波形，減少諧波。電力電子裝置常將6脈波的變流器設(shè)計(jì)成12脈波或24脈波變流器，以減少交流側(cè)的諧波電流含量。理論上，脈波越多，對(duì)諧波的抑制效果越好，但是脈波數(shù)越多整流變壓器的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，體積越大，變流器的控制和保護(hù)變得困難，成本增加。（2）脈寬調(diào)制法脈寬調(diào)制技術(shù)的基本思想是控制pwm輸出波形的各個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)刻，保證四分之一波形的對(duì)稱性。根據(jù)輸出波形的傅立葉級(jí)數(shù)展開式，使需要消除的諧波幅值為零、

27、基波幅值為給定量，達(dá)到消除指定諧波和控制基波幅值的目的，目前采用的pwm技術(shù)有最優(yōu)脈寬調(diào)制、改進(jìn)正弦脈寬調(diào)制、調(diào)制、跟蹤型pwm調(diào)制和自適應(yīng)pwm控制等。（3）三相整流變壓器采用y或y的接線三相整流變壓器采用y或y的接線形式，這樣可以消除3的整數(shù)倍次的電力諧波，從而使注入電網(wǎng)的諧波電流只有5、7、11等次諧波。2、在諧波源處吸收諧波電流這類方法是對(duì)已有的諧波進(jìn)行有效抑制的方法，這是目前電力系統(tǒng)使用最廣泛的抑制諧波方法。主要方法有以下幾種：（1）無源濾波器無源濾波器安裝在電力電子設(shè)備的交流側(cè)，由l、r、c元件構(gòu)成諧振回路，當(dāng)lc回路的諧振頻率和某一高次諧波電流頻率相同時(shí)，即可阻止該次諧波流入電網(wǎng)

28、。無源濾波是目前采用的抑制諧波及無功補(bǔ)償?shù)闹饕侄?。但無源濾波器存在著如濾波易受系統(tǒng)參數(shù)的影響；對(duì)某些次諧波有放大的可能；耗費(fèi)多、體積大等。因而隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，人們將濾波研究方向逐步轉(zhuǎn)向有源濾波器。 （2）有源濾波器早在70年代初期，日本學(xué)者就提出了有源濾波器apf（active power filter）的概念，即利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的。與無源濾波器相比，apf具有高度可控性和快速響應(yīng)性，能補(bǔ)償各次諧波，可抑制閃變、補(bǔ)償無功，有一機(jī)多能的特點(diǎn)；在性價(jià)比上較為合理；濾波特性不受系統(tǒng)阻抗

29、的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn)；具有自適應(yīng)功能，可自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償變化著的諧波。（3）加裝靜止無功補(bǔ)償裝置快速變化的諧波源，如：電弧爐、電力機(jī)車和卷揚(yáng)機(jī)等，除了產(chǎn)生諧波外，往往還會(huì)引起供電電壓的波動(dòng)和閃變，有的還會(huì)造成系統(tǒng)電壓三相不平衡，嚴(yán)重影響公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量。在諧波源處，并聯(lián)裝設(shè)靜止無功補(bǔ)償裝置，可有效減小波動(dòng)的諧波量，同時(shí)，可以抑制電壓波動(dòng)、電壓閃變、三相不平衡，還可補(bǔ)償功率因數(shù)。2.2受端治理措施1、改善供電環(huán)境，選擇合理的供電方式 一般當(dāng)電網(wǎng)短路容量大于諧波源供電變壓器容量20倍時(shí)，其產(chǎn)生的高次諧波對(duì)系統(tǒng)就不會(huì)有危險(xiǎn)的影響，產(chǎn)生的諧波電壓、諧波電流也在規(guī)定值以下i刪。高一級(jí)電網(wǎng)

30、的短路容量均大于同系統(tǒng)低一級(jí)電網(wǎng)的短路容量，因此將諧波源由較大容量的供電點(diǎn)或高一級(jí)電壓的電網(wǎng)供電，可以減少諧波對(duì)系統(tǒng)或其它設(shè)備的影響，這必須在電網(wǎng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段考慮。保持負(fù)荷的三相平衡，能有效減少三次諧波。對(duì)諧波源負(fù)荷由專門的線路供電，減少諧波對(duì)其它負(fù)荷的影響，有助于集中抑制和消除諧波。例如，將母線分為三段：把所有大、中型晶閘管整流裝置和中頻裝置集中在一段母線上，其它不產(chǎn)生諧波的負(fù)荷和照明由另兩段母線供電。選擇合理的供電電壓并盡可能保持三相電壓平衡，可以有效地減小諧波對(duì)電網(wǎng)的影響。諧波源由較大容量的供電點(diǎn)或高一級(jí)電壓的電網(wǎng)供電，承受諧波的能力將會(huì)增大。對(duì)諧波源負(fù)荷由專門的線路供電，減少諧波對(duì)其

31、它負(fù)荷的影響，也有助于集中抑制和消除高次諧波。2、防止并聯(lián)電容器組對(duì)諧波的放大在電網(wǎng)中并聯(lián)電容器組起改善功率因數(shù)和調(diào)節(jié)電壓的作用。當(dāng)諧波存在時(shí)，在一定的參數(shù)下電容器組會(huì)對(duì)諧波起放大作用，危及電容器本身和附近電氣設(shè)備的安全?？刹扇〈?lián)電抗器，或?qū)㈦娙萜鹘M的某些支路改為濾波器，還可以采取限定電容器組的投入容量，避免電容器對(duì)諧波的放大。抑制電容器對(duì)諧波電流放大方法有： （1）改變電容器的安裝位置，安裝點(diǎn)與電源間的感抗就不同，所引發(fā)諧振的頻率也不同。選擇合式的安裝地點(diǎn)，可有效避免與電源電抗相互作用而發(fā)生并聯(lián)諧振。 （2）改變與電容器的串聯(lián)電抗器，也就相當(dāng)于改變了系統(tǒng)阻抗，可以避免諧波電流放大。 （3）

32、限定電容器組的投入容量，可以有效減少電容器對(duì)諧波的放大并保證電容器組的安全運(yùn)行。 （4）將電容器組的某些支路改為濾波器。3、減少發(fā)電機(jī)諧波電動(dòng)勢畸變率 對(duì)于作為電力系統(tǒng)電源的同步發(fā)電機(jī)，提供符合標(biāo)準(zhǔn)的正弦波形電能質(zhì)量是對(duì)它的基本要求。然而由于氣隙磁場實(shí)際上不完全按正弦分布，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢中必然存在各次諧波。然而，在發(fā)電機(jī)制造上，可以采取一系列措施來消除或減少諧波電動(dòng)勢： 星形連接不會(huì)出現(xiàn)三次或三的倍數(shù)次的各奇次諧波，因此，現(xiàn)代同步電機(jī)多采用星形連接。 凸極同步發(fā)電機(jī)采用適當(dāng)極靴寬度和不均勻氣隙長度，可使氣隙磁場波形盡可能接近正弦分布，減少諧波電動(dòng)勢產(chǎn)生。 采用短距繞組，增加每極每相槽數(shù)，可減

33、少諧波電動(dòng)勢產(chǎn)生。 水輪發(fā)電機(jī)等多極電機(jī)，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組常采用分?jǐn)?shù)槽繞組，實(shí)現(xiàn)了極對(duì)與極對(duì)之間的分布，減少了磁勢中的諧波分量。采取以上措施后，目前發(fā)電機(jī)的諧波電動(dòng)勢畸變率小于1，一般可以忽略不計(jì)。4、變壓器采取措施，抑制諧波產(chǎn)生 變壓器繞組如有一側(cè)接成三角形，可以有效消除三次及其倍數(shù)次諧波，及時(shí)停運(yùn)空載變壓器，選用有載調(diào)壓變壓器，可以及時(shí)調(diào)整變壓器母線電壓，使變壓器不致于過激磁，從而減少諧波產(chǎn)生。5、提高設(shè)備抗諧波干擾能力 提高設(shè)備抗諧波干擾能力，使其在諧波一定限度環(huán)境中能夠正常工作，研制新型抗諧波設(shè)備。6、改善諧波保護(hù)性能 對(duì)諧波敏感設(shè)備采用靈敏的諧波保護(hù)裝置，這能夠保證在諧波超標(biāo)情況下，設(shè)備

34、不致于損壞，但不能保障設(shè)備的正常工作。2.3主動(dòng)諧波治理的措施1、增加整流裝置的脈動(dòng)數(shù)。 整流裝置產(chǎn)生的特征諧波電流次數(shù)與脈動(dòng)次數(shù)p有關(guān)， h=kpl(k=l，2，3.)。當(dāng)脈動(dòng)數(shù)增加時(shí)，整流器產(chǎn)生的諧波次數(shù)也增高，而諧波電流近似與諧波次數(shù)成反比，因此一系列次數(shù)較低，幅值較大的諧波得到消除，諧波源產(chǎn)生的電流將減少。2、改變諧波源的配置或工作方式 具有諧波互補(bǔ)性的裝置應(yīng)集中，否則適當(dāng)分散或交替使用，適當(dāng)限制會(huì)大量產(chǎn)生諧波的工作方式。3、采用多重化技術(shù)。 將多個(gè)變流器聯(lián)合起來使用，用多重化技術(shù)將多個(gè)方波疊加，以消除頻率較低的諧波，得到接近正弦波的階梯波，但裝置復(fù)雜，成本較高。4、諧波疊加注入。 利

35、用三次倍數(shù)的諧波和外部的三次倍數(shù)的諧波源，把諧波電流加到產(chǎn)生的矩形波形上，可以用于降低給定的運(yùn)行點(diǎn)處的某些諧波。缺點(diǎn)是必須保證使三次倍數(shù)的諧波源與系統(tǒng)的同步，且諧波發(fā)生器的功率損耗常常高達(dá)直流功率的10。5、采用pwm技術(shù) 采用脈寬調(diào)制pwm(pulse width modulation)技術(shù)，使變流器產(chǎn)生的諧波頻率較高、幅值較小。波形接近正弦波，但只適用于自關(guān)斷器件構(gòu)成的變流器。6、設(shè)計(jì)或采用高功率因數(shù)變流器。 比如采用矩陣式變頻器，四象限變流器等，可以使變流器產(chǎn)生的諧波非常少，但功率因數(shù)可控制為1。2.4被動(dòng)治理諧波的措施1、采用無源濾波器ppf（passive power filter，

36、ppf）或稱為lc濾波器。lc濾波器由電容元件、電感元件和電阻元件按照一定參數(shù)配置一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接而成的濾波裝置。lc濾波器是出現(xiàn)最早，雖然存在一些較難克服的缺點(diǎn)，但因其結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備投資少、運(yùn)行可靠性較高、運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，因此至今仍是應(yīng)用最多的濾波方法。2、采用有源電力濾波器apf(activepowerfilter)。有源電力濾波器是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置，它以有對(duì)于大小和頻率都變化的諧波進(jìn)行補(bǔ)償，其應(yīng)用可克服lc濾波器等傳統(tǒng)諧波抑制方法缺點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)水平的發(fā)展，有源濾波技術(shù)得到極大發(fā)展，在工業(yè)上己經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段。2.5 其余抑制高次諧波的技術(shù)2.5.1 開關(guān)

37、電源干擾的抑制技術(shù)一般采用的辦法是：電源濾波、屏蔽及減少開關(guān)電源本身干擾能量。采用電源濾波器，電源濾波器可以阻止電網(wǎng)中的干擾進(jìn)入開關(guān)電源，也可以阻止開關(guān)電源的干擾進(jìn)入電網(wǎng)。屏蔽技術(shù)可減少開關(guān)電源本身干擾，利用改善線圈繞制工藝，確保繞組之間緊密耦合，以減少變壓器漏感。還可以在高頻整流二極管上串入可飽和磁芯線圈，利用流過反向電流時(shí)，因磁芯不飽和而產(chǎn)生以有效地防止向外輻射干擾。2.5.2 變壓器空載合閘涌1、防止和應(yīng)涌流產(chǎn)生的措施空載合閘前，將合閘變壓器中性點(diǎn)不接地。使其合閘時(shí)只產(chǎn)生勵(lì)磁涌流而不產(chǎn)生和應(yīng)涌流。需要注意的是，如果將合閘變壓器中性點(diǎn)不接地，為防止變壓器空載合閘時(shí)的過電壓問題，應(yīng)在變壓器不

38、接地中性點(diǎn)裝設(shè)間隙保護(hù)，如專門保護(hù)變壓器中性點(diǎn)的無間隙金屬氧化物避雷器或采用棒間隙并聯(lián)避雷器保護(hù)，防止沖擊過電壓損壞變壓器鐵芯或絕緣。 空載合閘前，將合閘變壓器中性點(diǎn)接地，聯(lián)系調(diào)度短時(shí)停運(yùn)運(yùn)行變壓器中性點(diǎn)，可短時(shí)停運(yùn)變壓器中性點(diǎn)，但應(yīng)考慮此種情況下合閘時(shí)局部系統(tǒng)可能失去接地中性點(diǎn)引起的過電壓而損壞變壓器，也應(yīng)考慮安裝間隙保護(hù)。2、防止運(yùn)行中變壓器保護(hù)誤動(dòng)的措施 充分利用繼電保護(hù)信息系統(tǒng)軟件，模擬計(jì)算系統(tǒng)在不同運(yùn)行方式下其它變壓器空載合閘時(shí)在變壓器中性點(diǎn)可能流過的最大零序電流值，合理的整定變壓器零序電流保護(hù)的定值，防止零序保護(hù)誤動(dòng)。 盡力使設(shè)備在正常接線運(yùn)行方式下運(yùn)行，減少或避免在特殊運(yùn)行方式下

39、運(yùn)行，以防止零序保護(hù)定值可能不滿足特殊運(yùn)行方式的要求，而造成零序保護(hù)誤動(dòng)作?，F(xiàn)有大型變壓器多采用比率制動(dòng)特性原理的差動(dòng)保護(hù)，比率差動(dòng)保護(hù)的最小動(dòng)作電流一般整定為變壓器二次額定電流0.51.0倍，最小制動(dòng)電流一般整定為變壓器二次額定電流1.0倍，定值整定過小，變壓器空載合閘時(shí)和應(yīng)涌流有可能超過變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作值，造成差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，為此在保證差動(dòng)保護(hù)靈敏度的前提下，適當(dāng)整定變壓器差動(dòng)保護(hù)最小動(dòng)作值，抬高差動(dòng)保護(hù)定值門檻，就有可能避免差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。2.5.3 抑制電壓互感器鐵磁涌流抑止方法1、采用勵(lì)磁特性較好的電壓互感器。當(dāng)今生產(chǎn)的抗諧振新型tv，伏安特性好，啟始飽和電壓達(dá)1.5ue因而難以形成參

40、數(shù)匹配發(fā)生諧振，降低了諧振發(fā)生的機(jī)率，可以說是消諧治本的措施。缺點(diǎn)是一旦發(fā)生諧振，將出現(xiàn)更高的過電壓和過電流。該方案較適合于新廠站的產(chǎn)品選型，老廠站的技術(shù)改造工作量較大，經(jīng)濟(jì)性較差，本廠暫且不予考慮。2、 電壓互感器中性點(diǎn)經(jīng)消諧電阻r0接地。y0接線的pt高壓繞組是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中唯一的入地金屬通道，接地故障消失過程中，三相對(duì)地電容3c0通過tv三相高壓繞組電感l(wèi)/3放電，極大的直流分量使鐵芯深度飽和，電抗減少，激發(fā)諧振的同時(shí)，大電流往往引起tv過熱損壞。接入r0后，對(duì)tv高壓繞組進(jìn)行了分壓，限制了繞組中的電流，特別是限制了斷續(xù)弧光接地時(shí)的高幅值電流，既改善了tv的伏安特性，有效抑制諧振，又

41、避免了繞組過熱損壞。r0的阻值選擇以發(fā)生單相接地故障時(shí)，tv開口繞組電壓不低于80v為標(biāo)準(zhǔn)，以保證接地保護(hù)動(dòng)作的靈。國內(nèi)已有多家公司生產(chǎn)lxq系列非線性消諧電阻器，低壓下呈幾百k高電阻，有效抑制諧振起始發(fā)展；接地時(shí)高壓作用下非線性電阻下降，保證接地保護(hù)動(dòng)作的靈敏度，610kv系統(tǒng)可取3050k度。持續(xù)長時(shí)間的弧光接地短路時(shí)，r0熱容量難以滿足散熱要求，可能過熱損壞是它的缺點(diǎn)。由于該方案對(duì)tv避免大電流損壞的有效性，考慮到本廠35kv系統(tǒng)tv多次在不良天氣接地后損壞，擬采用該方案。現(xiàn)不少廠家對(duì)阻尼電阻進(jìn)行了改進(jìn)，利用晶閘管的可控通斷自動(dòng)調(diào)整阻值，制造了微電腦自動(dòng)消諧裝置。消諧裝置能在接地故障時(shí)斷

42、開電阻，不開啟消諧回路，諧振時(shí)斷時(shí)續(xù)將開口三角繞組短接，使飽和過電壓迅速消除，又避免tv過熱損壞。然而，由于戶外端子箱的高溫密閉環(huán)境，從用戶反饋的情況來看，微電腦消諧裝置運(yùn)行可靠性往往不高。3、tv一次側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)零序電壓互感器接地，或經(jīng)消弧線圈接地tv一次側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)零序電壓互感器接地，或經(jīng)消弧線圈接地，是一個(gè)原理上與該方案相似，但無保護(hù)靈敏度下降及電阻器過熱損壞缺點(diǎn)的更理想方案，但受現(xiàn)場施工安裝條件限制，作為該方案的替代比較。4、改進(jìn)送電倒閘操作方式。對(duì)母線合閘充電操作時(shí)，事先投入某些線路或變壓器等設(shè)備，以破壞諧振匹配的條件?；蚝祥l充電前先斷開母線tv，相當(dāng)于斷開了諧振電感l(wèi)，待充電正常后再投

43、入。但前者不符合送電倒閘操作中從電源到負(fù)荷逐級(jí)合閘的原則規(guī)定，后者又會(huì)短時(shí)間失去母線電壓監(jiān)視和接地告警監(jiān)視。第三種方式是母線充電后立即投入計(jì)劃送電的線路或變壓器等設(shè)備，這是盡快消除操作諧振過電壓的直接有效的措施，但此時(shí)tv已遭受了諧振過電壓和過電流危害。上述操作方式實(shí)踐證明對(duì)消除諧振效果很好，但均存在一定局限性，建議在已出現(xiàn)諧振或無法避免諧振時(shí)靈活使用。操作中應(yīng)事先做好事故預(yù)想，如出現(xiàn)諧振過電壓現(xiàn)象，如tv及母線回路聲音異常、電壓表指示不正常升高、接地故障告警等應(yīng)立即采取相應(yīng)措施，消除諧振。2.5.4 抑止整流和逆變產(chǎn)生的諧波 1、在變頻器前加裝電源濾波器。一種成本比較低的方法是在電源側(cè)加裝三

44、只680f 250vac的電容，（分別接在l-n上）這種方法可使電磁干擾電流降至原來的1/10，效果較明顯；2、變頻器的電源電纜采用屏蔽電纜屏蔽電纜穿鐵管并接地，輸出電纜也穿鐵管并接地，屏蔽層應(yīng)在接變頻器處和電機(jī)處兩端都接地。2.5.5 抑止電弧爐運(yùn)行時(shí)的干擾抑制超高功率電弧率干擾途徑來講有二：一是提高供電電源的電壓等級(jí)，以提高與電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的短路容量，使其對(duì)電網(wǎng)和自身的影響在允許范圍內(nèi)：二是采用svc裝置，使其多項(xiàng)指標(biāo)限制在允許范圍內(nèi)。兩種途徑相比，途徑一是治標(biāo)的方法，因?yàn)殡姞t對(duì)電網(wǎng)和自身影響的各種量值并未消除，而是送到更高電壓級(jí)的電網(wǎng)去擴(kuò)散，隨著電爐不斷建設(shè)發(fā)展，這些量值在電網(wǎng)中增加積累

45、，泛濫成災(zāi)，將會(huì)形成電網(wǎng)所不能接受的程度，二增加了對(duì)廣大用戶的影響。因此，使用范圍越來越小。途徑二是治本的辦法，它使電爐對(duì)電網(wǎng)和自身影響的各種量值大部分地消除了，故其使用范圍越來越大，前途廣闊。svc裝置是一種快速調(diào)節(jié)無功功率的裝置，用于電力、冶金、采礦和電氣化鐵道等沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償上，它可使所需無功功率作隨機(jī)調(diào)整，從而保持電弧爐等沖擊性負(fù)荷連接點(diǎn)的系統(tǒng)水平的恒定。svc由可控支路和固定（或可變）電容器支路并聯(lián)而成，主要有四種型式：(1) 可控硅閥控制空芯電抗器型(稱tcr型)它用可控硅閥控制線性電抗器實(shí)現(xiàn)快速連續(xù)的無功功率調(diào)節(jié)，它具有反應(yīng)時(shí)間快(520ms)、運(yùn)行可靠、無級(jí)補(bǔ)償、分相調(diào)節(jié)、能

46、平衡有功、適用范圍廣、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。tcr裝置還能實(shí)現(xiàn)分相控制，有較好的抑制不對(duì)稱負(fù)荷的能力，因而在電弧爐系統(tǒng)中采用最廣泛，但這種裝置采用了先進(jìn)的電子和光導(dǎo)纖維技術(shù)，對(duì)維護(hù)人員要專門培訓(xùn)提高維護(hù)水平。(2)可控硅閥控制高阻抗變壓器型(tct型)優(yōu)點(diǎn)與tcr型差不多，但高阻抗變壓器制造復(fù)雜，諧波分量也略大一些。由于有油，要求一級(jí)放火，只宜布置在一層平面或戶外，容量在30mvar以上時(shí)價(jià)格較貴，而不能得到廣泛采用。(3)可控硅開關(guān)控制電容器型(tsc型)分相調(diào)節(jié)，直接補(bǔ)償，裝置本身不產(chǎn)生諧波，損耗小，但是它是有級(jí)調(diào)節(jié)，綜合價(jià)格比較高。(4)自飽和電抗器型(ssr型)維護(hù)較簡單，運(yùn)行可靠，過載能力

47、強(qiáng)，響應(yīng)速度快，降低閃變效果好，但其噪聲大，原材料消耗大，補(bǔ)償不對(duì)稱電爐負(fù)荷自身產(chǎn)生較大諧波電流，無平衡有功負(fù)荷能力。 國際上用于大型煉鋼電弧爐的濾波器種類有：各階次單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器、二階寬頻帶與三階寬頻帶高通濾波器等。（1）單調(diào)諧濾波器。一階單調(diào)諧濾波器的優(yōu)點(diǎn)是濾波效果好，結(jié)構(gòu)簡單，缺點(diǎn)是電能損耗比較大，但隨著品質(zhì)因數(shù)的提高而減少，同時(shí)又隨諧波次數(shù)的減少而增加，而電爐正好是低次諧波，主要是27次，因此，基波損耗較大。二階單調(diào)諧濾波器當(dāng)品質(zhì)因數(shù)在50以下時(shí)，基波損耗可減少2050，屬節(jié)能型，濾波效果等效。三階單調(diào)諧濾波器是損耗最小的濾波器，但組成復(fù)雜些，投資也高些，用于電弧爐系統(tǒng)中，

48、2次濾波器選用三階濾波器為好，其他次選用二階單調(diào)諧濾波器。（2）高通（寬頻帶）濾波器電網(wǎng)中高次諧波含量較低，同時(shí)由于高次諧波遇到的諧波阻抗大(系統(tǒng)阻抗一般是感性的)，因此濾除高次諧波時(shí)不采用調(diào)諧濾波器，為了降低成本，通常采用高通濾波器濾除諧波，高通濾波器對(duì)所有的高次諧波阻抗均較小，可以將某一頻率以上的諧波濾除。高通濾波器又稱減幅濾波器可分為：一階高通濾波器、二階高通濾波器、三階高通濾波器和c型高通濾波器。用于大型電爐的濾波器組合最基本的有兩類：一是用35組單調(diào)諧濾波器組成，二是由24組單調(diào)諧濾波器和一組二階寬頻帶濾波器組成。第一類組合對(duì)高次諧波濾波效果要差一些，但電能損耗低些；第二類組合對(duì)高次

49、數(shù)濾波效果好，分工也明確，設(shè)計(jì)也簡單容易些。兩者組合各有優(yōu)缺點(diǎn)，總的發(fā)展趨勢是在濾波效果好的前提下減少組數(shù)，以節(jié)省占地和投資，又要盡可能優(yōu)化組合以節(jié)省電能損耗。2.6 一種新的諧波抑制方案 （1）三相整流變壓器采用y或y，這樣聯(lián)接可以消除3的整數(shù)倍的高次諧波，電網(wǎng)中的諧波電流只有5、7、11、13等奇次諧波。（2）增加整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)。整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)越多，整流波形的脈波數(shù)越多，奇數(shù)低的諧波被消去的也越多。（3）裝設(shè)分流濾波器，分流濾波器是由r、c、l等元件組成的。串聯(lián)諧振電路一般采取三相星形聯(lián)接，它往往接在大型整流設(shè)備與電網(wǎng)的聯(lián)接處，見圖2。圖2分流濾波器接線圖（4）裝靜止無功補(bǔ)

50、償裝置 上述四種抑制方式盡管對(duì)電網(wǎng)的凈化起了一定的作用，但它都有很大的局限性，不能對(duì)諧波全面管理或僅僅局限在很小的范圍之內(nèi)。這些方式都是被動(dòng)的，不能隨諧波變化而變化。 隨著科技的發(fā)展對(duì)諧波的抑制提出了新的設(shè)想，它克服了以往濾波器僅固定在某些諧波頻段,它采用如圖3的拓?fù)漕愋?。它?duì)非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波進(jìn)行采樣、分析、建立頻譜圖，以此頻譜圖為依據(jù)向電網(wǎng)側(cè)送一個(gè)與非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波相反的諧波，從而達(dá)到諧波抑制的效果。 圖3有源諧波調(diào)節(jié)器的基本工作原理 據(jù)此原理推出了有源諧波調(diào)節(jié)器（active harmonic conditioner）它能將225次諧波有效地抑制?？筛鶕?jù)電網(wǎng)的情況調(diào)整電壓與電流波形

51、的相位角，修正電流波形，提高功率因數(shù)，有效地抑制諧波干擾。它的工作原理見圖4。圖4有源諧波調(diào)節(jié)器工作原理框圖有源諧波調(diào)節(jié)器具有友好的用戶界面，通過對(duì)話窗進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)置，真實(shí)地將用戶現(xiàn)場實(shí)際狀態(tài)反饋至有源諧波調(diào)節(jié)器中，讓其通過采樣拾取器實(shí)時(shí)捕捉諧波，全面有效地抑制電網(wǎng)中的諧波。該調(diào)節(jié)器還具有標(biāo)準(zhǔn)的rs232接口，可方便地將諧波信息與實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)通訊。 （a）無有源諧波調(diào)節(jié)器 （b）有有源諧波調(diào)節(jié)器圖5帶有非線性負(fù)載（計(jì)算機(jī)等）的輸入電流波形 圖5為非線性負(fù)載經(jīng)有源諧波調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)前(a)與調(diào)節(jié)后(b)的輸入電流波形比較?？梢钥闯?，這種有源諧波調(diào)節(jié)器將大大抑制諧波，提高了功率因數(shù)，同時(shí)大大地減小損耗，大

52、大地節(jié)約了能源，保障了電網(wǎng)線路的安全。利用該諧波調(diào)節(jié)器可全面解決電網(wǎng)造成的損失。3電力濾波器介紹3.1無源電力濾波器3.1.1無源電力濾波器的介紹無源電力濾波器(passive power filter，ppf，pf)又稱為lc濾波器，是由電容元件、電感元件和電阻元件按照一定的參數(shù)配置，一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接而成。以對(duì)某次諧波或以上次諧波形成低阻抗通路，以達(dá)到抑制高次諧波的作用。由于svc的調(diào)節(jié)范圍要由感性區(qū)擴(kuò)大到容性區(qū)，所以濾波器與動(dòng)態(tài)控制的電抗器一起并聯(lián)，這樣既滿足無功補(bǔ)償、改善功率因數(shù)，又能消除高次諧波的影響。無源電力濾波器是目前廣泛采用的諧波抑制手段。3.1.2無源電力濾波器原理濾除諧波原

53、理實(shí)質(zhì)是為電路中的諧波提供一條釋放路徑，即保留基波而使諧波短路，使諧波可以通過濾波器直接流回諧波源而不注入系統(tǒng)。濾波器設(shè)置在需要濾除的諧波頻率上使感抗和容抗相等而抵消，通常稱為調(diào)諧。而r為低值電阻，在調(diào)諧頻率上，濾波器表現(xiàn)出高阻抗特性，這樣該頻次諧波就可以順利通過濾波器而返回諧波源。對(duì)于非調(diào)諧的基波和其它次諧波，濾波器則表現(xiàn)為高祖抗，因而影響很小。3.1.3無源濾波器的分類無源濾波器分為單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器及高通濾波器。（1）單調(diào)諧濾波器。一階單調(diào)諧濾波器的優(yōu)點(diǎn)是濾波效果好，結(jié)構(gòu)簡單，缺點(diǎn)是電能損耗比較大，但隨著品質(zhì)因數(shù)的提高而減少，同時(shí)又隨諧波次數(shù)的減少而增加，而電爐正好是低次諧波，主

54、要是27次，因此，基波損耗較大。二階單調(diào)諧濾波器當(dāng)品質(zhì)因數(shù)在50以下時(shí)，基波損耗可減少2050，屬節(jié)能型，濾波效果等效。三階單調(diào)諧濾波器是損耗最小的濾波器，但組成復(fù)雜些，投資也高些，用于電弧爐系統(tǒng)中，2次濾波器選用三階濾波器為好，其他次選用二階單調(diào)諧濾波器。注意事項(xiàng)：濾波電抗器和電阻器均接在電容器的低壓側(cè)，以便使電容器的外殼承受較小的對(duì)地電壓。在三相系統(tǒng)中，整個(gè)濾波器宜采用星形接線，其主要優(yōu)點(diǎn)：一是，一相中任何一個(gè)電容器故障擊穿時(shí)，短路電流較小，避免引起相間短路：二是，電抗器不承受短路電流沖擊，且需要采用“半絕緣”，因?yàn)樵谙到y(tǒng)單相接地時(shí)，電抗器對(duì)地電壓僅為相電壓；三是，便于分相調(diào)諧。（2）雙調(diào)

55、諧濾波器。它有兩個(gè)諧振頻率，能同時(shí)吸收兩個(gè)頻率的諧波，其作用等效于兩個(gè)并聯(lián)的單調(diào)諧濾波器。雙調(diào)諧濾波器的阻抗特性可以看作由上段l1、cl、rl組成串聯(lián)阻抗zl和下段k、r2與c2、r3組成并聯(lián)阻抗z2，則濾波器阻抗為z=z1+z2。采用雙調(diào)諧濾波器代替兩個(gè)單調(diào)諧濾波器，可以減少基波損耗，降低k上的沖擊電壓。雙調(diào)諧濾波器正常運(yùn)行時(shí)，由于并聯(lián)支路的基波阻抗比串聯(lián)支路的基波阻抗小得多，因此并聯(lián)支路所承受的基波電壓遠(yuǎn)小于串聯(lián)支路所承受的基波電壓。由于雙調(diào)諧濾波器比兩個(gè)單調(diào)諧濾波器成本低，近年來在一些高壓直流輸電工程得到了應(yīng)用。目前已有國外公司開發(fā)出三調(diào)諧濾波器并在高壓直流輸電工程應(yīng)用。（3）高通濾波器

56、電網(wǎng)中高次諧波含量較低，同時(shí)由于高次諧波遇到的諧波阻抗大(系統(tǒng)阻抗一般是感性的)，因此濾除高次諧波時(shí)不采用調(diào)諧濾波器，為了降低成本，通常采用高通濾波器濾除諧波，高通濾波器對(duì)所有的高次諧波阻抗均較小，可以將某一頻率以上的諧波濾除。高通濾波器又稱減幅濾波器可分為：一階高通濾波器、二階高通濾波器、三階高通濾波器和c型高通濾波器。一階高通濾波器需要電容較大、基波損耗太大，一般不采用；二階高通濾波器基波損耗小，濾波性能好，結(jié)構(gòu)簡單，因此工程上應(yīng)用最為廣泛三階高通濾波器基波損耗最小，但特性不如二階高通濾波器，因此用的也不多；c型高通濾波器性能介于二階高通濾波器和三階高通濾波器中間，c2與l調(diào)諧在基波頻率上，使基波電流不通過電阻r，因此可以大大降低基波損耗，c型高通濾波器也較常用。其缺點(diǎn)是工作時(shí)間長后，電容、電感參數(shù)變化導(dǎo)致調(diào)諧頻率偏移，基波損耗將明顯增大。一般用于某次及以上次的諧波抑制。當(dāng)在電弧爐系統(tǒng)中采用時(shí)，對(duì)5次以上起濾波作用時(shí)，通過參數(shù)調(diào)整，可形成該濾波器回路對(duì)5次及以上次諧波形成低阻抗通路。用于大型電爐的濾波器組合最基本的有兩類：一是用35組單調(diào)諧濾波器組成，二是由24組單調(diào)諧濾波器和一組二階寬頻帶濾波器組成。第一類組合對(duì)高次諧波濾波效果要差一些，但電能損耗低些；第二類組合對(duì)