關(guān)于建筑行業(yè)諧波和串抗率選擇計(jì)算

1、.RTR 關(guān)于建筑行業(yè)諧波和串抗率選擇計(jì)算1. 引言建筑行業(yè)主要的諧波源有： 照明控制 開關(guān)電源設(shè)備（電腦、電視） 電梯 中央空調(diào) 不間斷電源（UPS）所有這些非線性負(fù)載都會(huì)產(chǎn)生諧波，從而對(duì)電網(wǎng)設(shè)施和連接設(shè)備造成干擾。造成干擾的原因未必在企業(yè)內(nèi)部，鄰近企業(yè)向電網(wǎng)輸出的諧波同樣會(huì)造成這種干擾。所以，在安裝補(bǔ)償裝置之前，務(wù)必進(jìn)行電能質(zhì)量分析，以選用合適的裝置。2. 什么是諧波諧波是指幾倍的電網(wǎng)頻率。電網(wǎng)頻率 = 50Hz三次諧波頻率 = 150Hz五次諧波頻率 = 250Hz七次諧波頻率 = 350Hz等等，以此類推。按照傅里葉級(jí)數(shù)進(jìn)行分解，可將非正弦形信號(hào)分解為基波信號(hào)及其整數(shù)倍的各次諧波信號(hào)。

2、3. 諧波的產(chǎn)生由于晶閘管的開關(guān)動(dòng)作及二極管和晶閘管的非線性特點(diǎn)，變流器從電網(wǎng)中接收的電流大大偏離正弦波形。按變流器的脈動(dòng)數(shù)不同，會(huì)出現(xiàn)特定的諧波。6線圈的變流器，只會(huì)出現(xiàn)5、7、11、13、17、19次諧波。變流器的脈動(dòng)數(shù)越高，其可能出現(xiàn)的最低頻率的諧波次數(shù)也越高。其他負(fù)載如熒光燈電子穩(wěn)流器，會(huì)產(chǎn)生很大的三次諧波（150Hz）。這種非正弦形電流會(huì)給電網(wǎng)阻抗（電阻）帶來非正弦形的電壓降。電網(wǎng)阻抗會(huì)產(chǎn)生諧波電壓，其振幅等于注入諧波電流與相關(guān)電流頻率的電網(wǎng)阻抗的乘積。諧波次數(shù)越高，振幅越小。4. 哪里會(huì)出現(xiàn)諧波哪里有產(chǎn)生諧波的用電設(shè)備（見引言），哪里就會(huì)有諧波。然而諧波也可能會(huì)通過供電局的進(jìn)線進(jìn)入

3、企業(yè)電網(wǎng)。也就是說，鄰近企業(yè)的諧波也會(huì)影響本企業(yè)的設(shè)備運(yùn)行。5. 諧波的干擾非線性負(fù)載 ® 電流諧波電流諧波 ® 電壓諧波電流諧波的干擾：電容器過載，特別是諧振時(shí)。電壓諧波的干擾：中央遙控設(shè)備干擾； 其他需要正弦波形電網(wǎng)電壓的變流器干擾； 閃光燈干擾； 電腦及計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床斷線。6. 諧波電流的干擾非線性負(fù)載會(huì)產(chǎn)生諧波電流，分離變壓器和換向電抗器均不能對(duì)此有任何改變。一方面諧波電流會(huì)導(dǎo)致電壓諧波，另一方面諧波電流本身也會(huì)對(duì)電網(wǎng)構(gòu)成額外負(fù)荷，首先導(dǎo)致電容器組過載。尤為危險(xiǎn)的是：當(dāng)諧振出現(xiàn)時(shí)，諧波電流會(huì)累進(jìn)增加，產(chǎn)生更大的負(fù)荷。7. 諧波電壓干擾諧波電流會(huì)在電網(wǎng)阻抗方面產(chǎn)生諧波

4、電壓，該電壓會(huì)與正弦波形的50Hz電網(wǎng)電壓相重迭。后果：電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變。另外，電壓諧波還可能推移電網(wǎng)電壓的過零點(diǎn)。電子設(shè)備，包括過零點(diǎn)觸發(fā)的變流設(shè)備的運(yùn)行都會(huì)受到明顯干擾。8. 諧波為什么對(duì)純電容器構(gòu)成威脅電網(wǎng)中的電容（電容器）與變流器共同引發(fā)振蕩，振蕩又使電網(wǎng)電壓進(jìn)一步發(fā)生畸變。振蕩頻率取決于電網(wǎng)參數(shù)。電容器在一定情況下會(huì)使電壓質(zhì)量惡化，結(jié)果導(dǎo)致進(jìn)一步加強(qiáng)電網(wǎng)上業(yè)已存在的諧波（有時(shí)會(huì)使諧波份額翻倍）。同時(shí)，電容器自身引發(fā)的諧波會(huì)額外增加電容器的負(fù)荷，相位補(bǔ)償電容器尤為如此。電容器負(fù)荷增加表現(xiàn)為接收電流提高，這就意味著電容器將發(fā)生熱過載，使用壽命縮短。9. 諧振現(xiàn)象更重要的是，當(dāng)電容器與網(wǎng)上

5、的電感形成串連或并連振蕩回路時(shí)，可能出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。如果補(bǔ)償裝置在低壓電網(wǎng)上運(yùn)行，電容器在一定情況下可吸收諧波電流。此時(shí)，電容器與變壓器電感構(gòu)成一個(gè)串連振蕩回路。諧波頻率靠近振蕩回路的諧振頻率時(shí)，振蕩回路近似形成短路，吸收中壓電網(wǎng)中的電流，由此會(huì)導(dǎo)致電容器過載。此外，在電容器和電感方面，會(huì)產(chǎn)生很高的電壓，甚至出現(xiàn)電壓擊穿。電容和電感的分電壓此時(shí)會(huì)大于總電壓。如果電容器與變壓器電感形成并連振蕩回路。當(dāng)振蕩回路的諧振頻率與存在的諧波頻率重合時(shí)，一方面會(huì)由于高電網(wǎng)阻抗產(chǎn)生高電壓諧波，另一方面在電感與電容之間會(huì)出現(xiàn)平衡電流，該電流要比從諧波源流入電網(wǎng)的電流高出數(shù)倍。結(jié)果造成電容器過載，同時(shí)也會(huì)額外增加設(shè)

6、備的負(fù)荷。10. 如何防止諧振？每一個(gè)電網(wǎng)都是一個(gè)振蕩回路，并擁有一個(gè)或幾個(gè)固有頻率，同樣也會(huì)有一個(gè)或幾個(gè)諧振點(diǎn)。電網(wǎng)的諧振頻率可通過一些公式根據(jù)變壓器功率、變壓器相對(duì)短路電壓、無功補(bǔ)償功率、電網(wǎng)頻率等參數(shù)進(jìn)行估算。并且諧振頻率隨著這些參數(shù)的變化而變化。例如：一個(gè)實(shí)際電網(wǎng)的諧振頻率與投入的電容器功率之間的關(guān)系見下表：電容器功率(KVar)諧振頻率(Hz)50724100512150418200362250324300295諧振頻率隨著電容器投切而發(fā)生變化。在以上例子中，有可能與7次諧波發(fā)生諧振。需注意，這里只是一個(gè)近似值，未考慮開關(guān)用電設(shè)備對(duì)電網(wǎng)可能造成的影響及由此帶來的諧振頻率推移。計(jì)算出的

7、頻率如與諧波重合，則諧振現(xiàn)象肯定會(huì)出現(xiàn)。如計(jì)算出的頻率與諧波不一致，依然很難得出準(zhǔn)確的結(jié)論，因?yàn)殡娋W(wǎng)參數(shù)及電網(wǎng)短路功率是不斷變化的。因此，不可能百分之百地計(jì)算出可能的諧振點(diǎn)。低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間：對(duì)測(cè)定諧振點(diǎn)來說，重要的是要搞清企業(yè)的低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間。由于這時(shí)工作負(fù)荷的抑制作用相對(duì)較小，諧波電壓會(huì)上升。解決辦法：為避免諧振現(xiàn)象，必須使用串連電抗的補(bǔ)償裝置。11. 什么是串連電抗的補(bǔ)償裝置？串連電抗的補(bǔ)償裝置中，每一組電容器都串連一個(gè)電抗器，形成一個(gè)串聯(lián)振蕩回路。電容器按補(bǔ)償功率選定（如50kVar）。通過電抗器確定串連振蕩回路的諧振頻率，一般在134至214Hz之間。諧振頻率必須低于出現(xiàn)的最低諧波。如

8、果5次諧波為最低諧波，則諧振頻率必須小于250Hz。一個(gè)串連振蕩回路在其諧振頻率之上時(shí)呈感性，故不可能引發(fā)諧振；串連振蕩回路在其諧振頻率之下時(shí)呈容性，用于無功補(bǔ)償。帶電抗器的補(bǔ)償裝置中，經(jīng)常使用的另一個(gè)概念是電抗率，用p表示。電抗率的計(jì)算如下：p（單位：） XL /XC其中，XL為電抗器電抗，XC為電容器電抗。以下列出幾組常見數(shù)據(jù)：p（）諧振頻率(Hz)718914134如果主要諧波次數(shù)最低為5次諧波（250Hz），則為防止諧振可選擇7%的電抗率。如果主要諧波出現(xiàn)的是三次諧波，則應(yīng)該選擇14的電抗率。確定諧波份額只能通過對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行分析。進(jìn)行電能質(zhì)量分析及最終確定電抗率時(shí)，還要搞清選擇的電抗率對(duì)

9、于諧波份額來說是否足夠。電壓的選擇：電容器串連電抗器時(shí)，電抗器部分會(huì)出現(xiàn)電壓降，這又會(huì)導(dǎo)致電容器部分的電壓升高。電抗率越高，電壓升高越大。因此，現(xiàn)有的未加電抗器的補(bǔ)償裝置一般情況下不能再加裝電抗器。帶電抗器的補(bǔ)償裝置中，電容器的額定電壓至少為480V，電抗率為14時(shí)，電容器的額定電壓要達(dá)到525V。Va = 400V, Qa=50 kvarVb = 400V / ( 1-0.07) = 430.11VQb = 50 kvar / ( 1-0.07) = 53.76 kvarabc7%考慮到電網(wǎng)電壓波動(dòng), 及一部分諧波流入電容器組造成的電容器工作電壓提升 電容器組耐壓(Vc)可以選定約 Vb *

10、 1.1 Vb * 1.1=430.11V x 1.1=473.1V 在此例, 若選定 Vc = 480V同理，14%電抗率要選擇525V電壓等級(jí)的12. 何時(shí)必須串連電抗器？是否需要串連電抗器？諧波份額達(dá)到多大時(shí)需要串連電抗器？首先須明確，諧振總是要出現(xiàn)的，也就是說，在諧波份額很小的情況下也會(huì)出現(xiàn)諧振。盡管如此，確定補(bǔ)償裝置是否需要加裝電抗器，依然有一些可循之規(guī)。籌建企業(yè)時(shí)當(dāng)然不可能準(zhǔn)確地測(cè)定諧波，但使用哪些設(shè)備是已知的。依照引言中的設(shè)備清單可以確定產(chǎn)生諧波的設(shè)備。搞清這些設(shè)備之后，需要注意以下幾點(diǎn)：如果這些產(chǎn)生諧波的設(shè)備功率（KW）超過企業(yè)總功率的15，則應(yīng)在補(bǔ)償裝置中串連電抗器。上述比例

11、關(guān)系也應(yīng)在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行考查，因?yàn)檫@時(shí)用電設(shè)備的電網(wǎng)抑制消失，容易產(chǎn)生推移，導(dǎo)致快速形成諧振。例如：企業(yè)的總功率為180KW，非線性負(fù)載的功率為27KW，此時(shí)應(yīng)安裝串連電抗器的補(bǔ)償裝置。在補(bǔ)償裝置中串連電抗器的另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是：5次諧波時(shí)，諧波電壓高出電網(wǎng)電壓2；或者總的諧波頻譜的諧波電壓高出電網(wǎng)電壓3。要確定這些數(shù)值須對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行分析。例如：電網(wǎng)電壓為400V時(shí)，5次諧波電壓的界限值為8V。2的界限值看上去顯得很低，賽通電氣公司的電容器完全可以承受這種電網(wǎng)情況，但之所以選擇2的界限值，是由于即使電壓很低，諧振的危險(xiǎn)依然存在。供電電網(wǎng)的諧波電壓：以下數(shù)值為VDE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定、并為供電局允許的諧波數(shù)值

12、。需要注意的是：諧波值即使大大小于規(guī)定值，諧振依然可能出現(xiàn)。（標(biāo)準(zhǔn)：VED 0839， EN61000 24， IEC 100024）不可被3整除的奇次諧波可被3整除的奇次諧波偶次諧波諧波次數(shù)VDE限值（%）諧波次數(shù)VDE限值（%）諧波次數(shù)VDE限值（%）56.0035.0022.075.0091.5041.0113.50150.5060.50133.00210.508172.00>21100.50191.5012231.50140.50251.5016291.05>160.50310.92350.76370.70注意：所有電容器都不能避免諧振，只有安裝串連電抗器的補(bǔ)償裝置才能夠防

13、止產(chǎn)生諧振。串連電抗器補(bǔ)償裝置的優(yōu)點(diǎn) 節(jié)省無功電流費(fèi)用 減輕連線、熔絲及變壓器的負(fù)荷 減少電網(wǎng)的電流諧波 減少電壓諧波 防止電網(wǎng)諧振對(duì)于同一電網(wǎng)中的未串連電抗器補(bǔ)償裝置與串連電抗器補(bǔ)償裝置，或者同一電網(wǎng)點(diǎn)上的企業(yè)，需要注意：這兩種補(bǔ)償裝置不可并連連接，否則有可能產(chǎn)生并聯(lián)諧振。如果兩個(gè)相鄰企業(yè)通過一個(gè)變壓器供電，一般情況下存在足夠的電網(wǎng)抑制，兩種裝置可以并連運(yùn)行。如果兩個(gè)或更多的企業(yè)連接在同一電網(wǎng)點(diǎn)上，則這一區(qū)域的諧波會(huì)進(jìn)行分配，使得一家沒有諧波源的企業(yè)依然受到諧波干擾。13. 總結(jié)：隨著向電網(wǎng)輸送諧波電流的用電設(shè)備的不斷增加，電網(wǎng)電壓的諧波負(fù)荷也日益增大。所以，串連電抗器的補(bǔ)償裝置是未來的發(fā)展趨勢(shì)。與未串連電抗器的補(bǔ)償裝置的相比，串連電抗器的補(bǔ)償裝置在電網(wǎng)凈化、防止諧振方面的優(yōu)勢(shì)顯而易見。在歐洲