低压系统谐波治理实例

第一篇：低压系统谐波治理实例

低压系统谐波治理实例

摘要：该文针对某电缆厂400V低压无功补偿柜的情况，通过对负荷分析、现场测量和理论推算，确定故障的谐波原因，然后采用了造价相对较低和易于实现的无源滤波器LC串联滤波的方法，取得了一定的谐波治理效果。

关键词：低压；谐波；无源滤波器；LC串联滤波

中图分类号：TM712 文献标志码：B 文章编号： 1003-0867(2005)01-0006-02

随着工业经济的迅猛发展，大量的直流设备、变频调速设备及其它非线性负荷的广泛应用，愈来愈多的谐波电流被注入了电网。高次谐波的产生，增加了电能谐波损耗，降低了系统功率因数；对电力网有很大的危害，它不仅影响电网的质量，而且还对电网的可靠性有很大的影响，严重时造成继电保护误动，烧毁微机保护线路板、数字电能表及其它微机装置。本文主要就某电缆厂400V供电系统谐波治理实例，对LC交流滤波器合理的选择进行理论计算和讨论。故障现象

该电缆厂400V供电系统由两台欧式箱式变电站组成，每台箱变的接线方案一致，但每台箱变出线所带负荷不一样。

两台欧式箱式变电站投运不久，1号箱变就发生了无功补偿柜中元器件损坏的情况。损坏的元器件主要是电容接触器和熔断器，烧毁最严重的是电容接触器。当时分析认为一种可能是电容接触器的桩头接线松动，接触电阻增加，桩头接线发热起火烧坏电容接触器，进而引起接触器上侧的熔断器烧毁；另一种可能性是熔断器对电容器投切瞬间产生的涌流未起到保护作用，致使接触器烧毁，产生的火苗接着损坏了熔断器。随后对烧坏的元器件进行了更换，对所有的接线桩头进行了检查，无功补偿柜整改后继续投入运行。

整改后的无功补偿柜使用不到一个月，再次出现了元器件损坏的情况。元器件损坏的位置、现象基本上和上次的情况一样。这是桩头接线松动无法解释的。原因分析 两次无功补偿柜的故障全部发生在1号箱变，而2号箱变安然无恙。对比分析1、2号箱式变电站的负荷可以发现，2号箱变的负载基本上为异步电动机和办公照明负载；而1号箱变所带负载中除了异步电动机还有三台直流电动机，其功率分别为185kW、55kW、30kW。此外，还有大量通过可控硅控温的加热设备。

在两次无功补偿柜发生故障时，该厂的交联电缆生产线都在运转，也就是直流电机和相当一部分的加热设备都挂在1号箱变的低压母线上。该厂的加热回路采用了三相半控桥式整流电路，同时用交流电源对直流电机供电少不了要用整流装置。由于整流装置输出波形的非正弦性，不同相数的整流电路会产生不同特征的谐波电流。如三相桥式的6相脉动整流电路产生的谐波电流主要为6k±1次(5、7、11、13次，等等)见表1。

表1 6相脉动整流装置电流谐波理论数据

谐波次数n 1 5 7 13 17 19 23 25 谐波电流/% 100 20 14.3 9.1 7.7 5.9 5.3 4.3 4.0 因此，交联电缆生产线在生产时可能对1号箱变400V系统产生了谐波。

根据对负荷性质分析和理论公式的推算，可以确定1号箱变400V系统中存在6k±1次为主的谐波电流。为了证实和明确1号箱变400V系统的谐波情况和参数，对1号、2号箱变进行了多次的对比测量。2号箱变总线电流波形和频谱图分析见图1，1 号箱变总线电流波形和频谱图分析见图2。

对比分析图1和图2，2号箱变总线电流波形为规则正弦波，频谱图分析也表明其电流基本只含基波50Hz电流；1号箱变总线电流波形为非正弦波，频谱图分析可以看出含有3、5、7、11次等谐波。电流总畸变率THDi为52.32%，功率因数0.8，系统阻抗R = 0.1W L = 0.1mH，系统短路容量10MVA。

1号箱变的无功补偿柜之所以数次出现电容接触器和熔断器损坏的情况，其原因就是交联电缆生产线产生的谐波电流被无功补偿柜的电容器放大产生了过电流，致使接触器和熔断器过热损坏。谐波治理

谐波电流不仅影响无功补偿柜的正常使用，致使无功功率电费支出增加，而且对同一箱变内的其它设备如电动机也产生了危害。根据GB/T 14549《电能质量—公用电网谐波》的要求，必须对各种非线性负荷注入电网的谐波电压和谐波电流加以限制。

在电力系统抑制和治理谐波的主要措施有：加大系统短路容量；提高供电电压等级；增加变流装置的脉动数；改善系统的运行方式，设置交流滤波器等都能减小系统中的谐波成分。对于该电缆厂，由于供电系统的方案已定型，唯一可行和有效的方法是设置交流滤波器进行谐波治理，同时滤波器还能向系统提供所需的部分或全部无功。

交流滤波器又分为无源滤波器和有源滤波器两种。有源滤波器是一种向系统注入补偿谐波电流，以抵消非线性负荷所产生的谐波电流的能动式滤波装置。它能对变化的谐波进行迅速的动态跟踪补偿，且补偿特性不受系统阻抗影响。其结构相对复杂，运行损耗较大，设备造价高；在补偿谐波的同时，也会注入新的谐波。无源滤波器(又称LC滤波器)是利用LC谐振原理，人为地造成一条串联谐振支路，为欲滤除的主要谐波提供阻抗极低的通道，使之不注入电网。LC滤波器结构简单，吸收谐波效果明显；但仅对固有频率的谐波有较好的补偿效果；且补偿特性受电网阻抗的影响很大，在特定频率下，电网阻抗和LC滤波器之间可能会发生并联谐振或者串联谐振。系统构成

LC滤波器根据其电容器与电抗器的联接方式不同，主要常用的有单调谐滤波器和高通滤波器。它们的结构和阻抗特性如图3、4所示。

该电缆厂的交联电缆生产线为以销定产的生产方式，即有确定的订单才进行生产。根据已有的生产统计，由于生产的电缆为35kV以上电压等级，每月开工两次左右，每次2~5天。从数次现场测量的结果分析，交联电缆生产线产生的谐波的次数固定，且每次谐波电流的畸变率(THDi)上下波动不大。

根据上述测量和分析的情况，决定对该电缆厂的谐波治理采用与母线并联的固定串联LC调谐滤波器，即当交联电缆生产线启动时，LC滤波器投入，当交联电缆生产线停工时，LC滤波器退出；滤波器的电容器容量用来补偿交联电缆生产线谐波源所需的无功功率，原无功补偿柜的电容器由300mF降至180mF以满足其它设备的无功补偿要求，同时控制器更换为带谐波闭锁功能的补偿控制器，以便谐波畸变率超限时切除电容器。对于3、5、7次谐波采用单调谐滤波器，对于9、11次以上的谐波采用以11次为主的高通滤波器。

串联调谐滤波器是用来滤除某一谐波的电容器，通过增加一个在调谐频率fn处XL = XC的电抗器来实现。对于调谐n次谐波的串联调谐滤波器的设计步骤为：

(1)确定电容器容量QC，电容器无功功率要与谐波源无功功率及系统已有无功补偿设备的无功功率进行平衡，无功补偿设备和滤波器总的无功功率略低于负载总无功功率。

(2)电容器的电抗为XC = kU2/QC。5 治理效果

计算结果选择元件构成的电缆厂谐波治理方案对1号箱变的谐波进行了治理。在随后的现场测量表明，1号箱变总电流的波形基本接近正弦波，电压畸变率THDu为2.8%,电流畸变率THDi为6.6%，功率因数保持在0.95左右。

在电缆厂的谐波治理方案中选用了造价相对较低和宜于实现的无源滤波器LC串联滤波的方法，对以直流电机和三相桥式的6相脉动整流装置产生的谐波电流取得了很好的抑制效果，特别是消除了谐波含量较高的5、7次谐波电流。

参考文献：

[1]吕润馀.电力系统高次谐波[M].北京:中国电力出版社,1998.[2]George M.Wakileh[奥地利].电力系统谐波—基本原理、分析方法和滤波器设计.北京:机械工业出版社,2003.[3]陈志业.尹华丽.电能质量及其治理新技术[J].电网技术,2002(7)． [4]张浩.戴瑞珍.谐波抑制的工程设计方法探讨.电网技术,2002(6).[5]GB/T 14549-1993.电能质量—公用电网谐波[S].请教：无功功率对电动机是无用的。正因为它无用，所以才补偿。是否符合逻辑？

尊敬的外行13：

首先感谢您对我提出的问题，进行详细的答复。我提出的观点有可能是幼稚可笑的，但是通过交流总可以提高认识的，反面教材的作用，有时比正面教材作用还要大。如果都与书中观点一样，就失去了论坛的意义。

您说：“ 无功功率对电动机是无用的。正因为它无用，所以才补偿。补偿就是消除无功功率，是消除不是转化，无功功率不能转化为有功功率。无功功率对作功没有作用，却占用变压器容量，而且无功电流通过电源内阻会增加损耗，所以有必要消除它。补偿原理：电感放电给电容充电，电容放电再给电感充电，如此反复，无功电流只在电感与电容之间出现，不会经过电网。..................................-----------------------对于您提出的观点，我有点不理解，请您再回答一次。

1、“正因为它无用，所以才补偿”。我可能是中国语法没有学好，我认为，有用才能补偿，无用的东西，补多少还是无用的，就像数字中的“零”，在小数点以后，增加多少个零也没有用。没有用还要补，是不符合中国逻辑的。

2、您说“补偿就是消除无功功率”.......。从字面看消除，就应当是减少，消除无功功率的有效方法是：增大纯电阻，减少线圈的长度（圈数），不利用铁磁材料做磁心。把电感性负载变成纯电阻性负载，这种方法谁都知道是不行的，您也不会同意。

补偿对负载来说是越补越多，而不是减少。对总电路来说，输入的无功功率减少，就是您所讲的不经过电网，这种现象是正确的。但不能反映出事物的本质，“内电动势”的作用反映不出来。如果计算总电网的无功功率多少时，“内电动势”是不能省略的，从总体来说，利用电容器补偿无功功率后，发电机输出的无功功率（比以前减少），但补偿的无功功率大于减少的，所以补偿后从总体上看，也不是减少，而是增加。

3、您说：“负载做功大小与有功功率并不是严格的正比关系......还有损耗”。

我要求的不是百分之百的效率，而是做一下，无功功率的变化，对负载做功有没有影响？

在同一个异步电动机中，当负载和电源电压不变时，并联适当的电容器后与没有并联电容器时，负载做功的大小对比，如果无功功率不能做功或增加一部分损耗，在负载做功大小不变时，消耗的有功功率应当不变或增大；起动需要的时间应当与原来一样。

从无数实践中看，并联电容器后，负载大小不变，消耗的有功功率减少，起动的时间缩短一半。这个事实如果您不相信，可到安装电容器的单位看一看。

在电动机中，其它情况都没有变化，只是改变了无功功率的来源，增加一个“内电动势”。电力部门就是根据此现象，推广利用电容器节电的。

4、您说：“有人销售所谓“节电器”，实际就是一个电容器，那是骗人的。他们测量的是视在功率，并联电容后由于消除了部分无功功率，所以视在功率明显减小，其实有功没变”。

我为了研究利用电容器节电问题，去过安装电容单位，他们领导亲自讲：由超电被罚变为节电受奖，他们当埸给我做试验：把电容器开关拉开（断路），电流表指针转动增大1/3左右，然后合上开关，电流表指针又回到原来的位置。如果利用电容器不能节约电能，难道他们和我说假话？电力部门也说假话？请您到基层安装电容器的单位看一看，把利用电容器节电的现象说清楚。利用电容器在低压电网中（感性负载）节约的视在功率占1/4左右，节约的有功功率占1/10左右，根据各单位负载性质不同而不同。

5、您说：“线圈的自感电动势（即感抗）：感抗所消耗的是无功功率。线圈消耗电网的电能转化为磁能，然后磁能又转化为电能转化为电能反送回电网，如此反复。我们测量的无功功率就是线圈充电功率与放电功率的和，充电功率（耗电）与放电功率（发电）相互抵消，所以实际不耗电”。

电感线圈本身不消耗电能是正确的，正因为这个原因，它才与宏观保守力（重力）一样，才能补偿。如果本身消耗能量（纯电阻），就无法补偿。

从以上情况看，您只看到负载这一方面，没有从整洁个电路方面分析，当电感负载输出电能时，电源电压却变成了负载。从整个电路中看，任何瞬间，负载没有减少，电源电压也没有增加，只是负载与电源在一半的时间中互相转变，因为负载是做功的，所以就把电源电压中消耗的能量，当成是负载消耗的能量。电感消耗能量的根据是产生电压降。

另外电流与电压相位差90度，是时间角度，不是空间角度。纯电感电路中瞬时的平均功率，有的书中认为是：瞬时功率代数和的平均值，它等于零；现在是否已经改变过来，本人不知。

从实践中看，瞬时平均功率应当是瞬时功率绝对值和的平均值，它不等于零。新的计算方法与有无功功率的量纲相一致，与消耗能相符合。

6、您说：“反电动势：它所消耗的功率才是有用功功率（不过还要除去摩擦）。电动机同时也是发电机，电动机的旋转会产生反电动势。反电动势方向始终与电源电动势方向相反..........”。

您讲的转子的“反电动势”，所消耗的才是有用功功率。这个“反电动势”是由电动机转子旋转产生的，它的电流与电压的相位是由谁决定的呢？反电动势输出的全是有功功率吗？

它好比是变压器的二次绕组，输出什么电功率是由负载性质决定的，定子中输入的功率是由转子反电动势决定的。反电动势是转子中的电源，铜损和线圈的感抗是负载，因此反电动势输出的不都是有功功率，其中还有无功功率。

在异步电动机中，两个电动势方向相反，两个电流方向也相反，两个的磁埸方向也相反，在定子中产生的是旋转磁埸（对定子而言），在转子中产生的磁埸是不动的（对转子而言），因异性相吸，定子的旋转磁埸就会带动转子旋转。

又因为定子中的有功功率中的电流，与转子中的有功功率电流方向相反，能产生转矩；同理，定子中的无功功率中的电流，与转子中的无功功率电流也相反。有功功率能做功，无功功率同样能做功，因为它们的相对位置是一样的。

说的太多了，下次再谈。

第二篇：供电系统谐波治理技术讲座供电系统谐波治理技术讲座

供电系统谐波治理技术讲座

无源电力滤波器的设计与调试

华北电力大学电气工程学院

一、无源LC滤波器根本原理和结构

LC滤波器仍是应用最多、最广的滤波器。

1、常用的两种滤波器：调谐滤波器和高通滤波器。

2、滤波器设计要求

1〕使注入系统的谐波减小到国标允许的水平；

2〕进行基波无功补偿，供应负荷所需的无功功率。

3、单调谐滤波器

由图主电路可求：

调谐频率：

调谐次数：

在谐振点：∣z∣＝R

特征阻抗：

品质因数：

q为设计滤波器的重要参数，典型值q=30～60。

4、高通滤波器

用于吸收某一次数及其以上的各次谐波。如下图。

复数阻抗：

截止频率：

结构参数：，一般取m=0.5~2；

q=0.7

~

1.4

依据以上三式可设计高通滤波器的参数。

二、滤波器设计内容和计算公式

1、滤波器参数选择原那么

原那么：最小投资；母线

THDU

和进入系统的谐波电流最小；满足无功补偿的要求；保证平安、可靠运行。

参数设计、选择前必须掌握的资料：

1〕系统主接线和系统设备〔变压器、电缆等〕资料；

2〕系统和负荷的性质、大小、阻抗特性等；

3〕谐波源特性〔谐波次数、含量、波动性能等〕；

4〕无功补偿要求；要到达的滤波指标；

5〕滤波器主设备参数误差、过载能力、温度等要求。

以上资料是滤波器参数选择、设计必要条件。

案例设计问题：没有系统最终规模的谐波资料……

2、滤波器结构及接线方式选择

由一组或数组单调谐滤波器组成，有时再加一组高通滤波器。工程接线可灵活多样，但推荐采用电抗器接电容低压侧的星形接线，主要优点是：

1〕任一电容击穿短路电流小；

2〕设备承受的仅为相电压；

3〕便于分相调谐。

高通滤波器多采用二阶减幅型结构〔基波损耗小，频率特性好，结构简单〕。经济原因高通滤波器多用于高压。

1、滤波器参数选择原那么

原那么：最小投资；母线

THDU

和进入系统的谐波电流最小；满足无功补偿的要求；保证平安、可靠运行。

参数设计、选择前必须掌握的资料：

1〕系统主接线和系统设备〔变压器、电缆等〕资料；

2〕系统和负荷的性质、大小、阻抗特性等；

3〕谐波源特性〔谐波次数、含量、波动性能等〕；

4〕无功补偿要求；要到达的滤波指标；

5〕滤波器主设备参数误差、过载能力、温度等要求

以上资料是滤波器参数选择、设计必要条件。

本案例1段母线滤波器接线〔图纸拷贝〕……。

3、滤波器设计参数的分析处理

参数设计必须应依据实测值或绝对可靠的谐波计算值，但根据具体情况可作一些近似处理：

1〕母线短路容量较小或换算得到的系统电抗〔包括变压器〕XS较大时，可忽略系统等值电阻RS；

2〕系统原有谐波水平应通过实测得到，在滤波器参数设计时，新老谐波电流源应一起考虑；

3〕L、C制造、测量存在误差，以及f、T变化可能造成滤波器失谐，误差分析是参数设计必须考虑的问题；

4〕参数设计涉及技术指标、平安指标和经济指标，往往需经多个方案比拟后才能确定。

4、滤波器方案与参数的分析计算

1〕确定滤波器方案

确定用几组单调谐滤波器，选高通滤波器截止频率，以及用什么方式满足无功补偿的要求。

例如：三相全波整流型谐波源，可设5、7、11次单调谐滤波器，高通滤波器截止频率选12次。无功补偿要求沉着量需求平衡角度，通过计算综合确定。

2〕滤波器根本参数的分析

电容器根本参数：额定电压UCN、额定容量QCN、基波容抗XC，而XC=3

U2CN/

QCN〔这里QCN

是三相值〕。

为保证电容器平安运行，电压应限制在一定范围内。

3〕滤波器参数的初步计算〔按正常条件〕

设h次谐波电压含有率为HRUh，通过推导可得到：

其中，q

为滤波器的最正确品质因数。以上是从保证电容器电压要求初步选择的参数。但为保证电容器的平安运行还应满足过电流和容量平衡的要求，公式如下：

4〕滤波器参数的初步计算

串联电抗器参数

以上为单调谐滤波器参数的初步选择。

5〕滤波器参数的最后确定

滤波器最终参数需通过大量、屡次频率特性仿真计算结果确定；并根据要求指标进行校验。

为保证平安运行，还要选断路器、避雷器、保护等。

自动调谐滤波器〔改变电感

L〕能提高滤波效果。但由于技术经济的原因，目前应用不普遍。

5、滤波器参数指标的校验

1〕电压平衡

：校验支路滤波电容器的额定电压

2〕电流平衡：校验滤波电容器的过电流水平，IEC为1.45倍。

3〕容量平衡：QCN=

QC1〔基波容量〕+ΣQ

h

(谐波容量)；

对滤波支路仅考虑I1

和Ih

通过时，近似有：

6、其它分析、计算工作

1〕滤波支路等值频偏〔总失谐度〕的计算

2〕滤波支路品质因数q值的计算

其中，δs为滤波器接点看进去的系统等值阻抗角。

3〕滤波器性能和二次保护等分析计算

滤波器设计的技术性很强，需有专门的程序。除参数计算外，要能对滤波器的谐波阻抗、综合阻抗、谐波放大、局部谐振〔串、并联〕等滤波性能进行分析。

三、案例滤波器设计方法介绍

1、案例简介

2、谐波数据合成中频炉属交－直－交供电，换流脉动数为6，特征谐波值为6K±1次谐波。非对称触发等原因，存在非特征谐波。

福建中试测试：线2、线4和中频炉馈线；各谐波电压畸变率全部超标，5、11、13及以上谐波电流超标。

非在电网最小方式、钢厂非满负荷下的测试，测试结果偏小；及今后8台炉投运超标肯定更大。

设计问题：没有单台电炉谐波测试数据，没有新供电方案下负荷同时运行测试数据，需根据经验及现有供电方案谐波测试数据进行分析获取设计数据。

按电炉变80％负荷率合成各母线谐波电流……。

3、基波无功容量计算

按母线电炉全部运行功率因数大于0.9，单炉运行功率因数应小于1，治理前平均功率因数取0.85条件，通过程序计算各段母线的三相基波补偿容量：

10KV

I段：Q=3.8MVAR

10KV

II段：Q=2.65MVAR

605频炉线：

Q=1.9MVAR4、考核标准计算和滤波器配置选择

根据各母线的短路容量，计算各段母线电炉运行过程中的谐波考核标准；以及比照合成的谐波电流水平，选择、配置各段母线的滤波器。

总电压畸变率国标规定的限值

各级电网谐波电压限值〔%〕

电压〔KV〕

THD

奇次

偶次

0.38

5..4.0

2.0

6.10.4

3.2

1.6

35.66

2.4

1.2

1.6

0.0

允许注入电网的各次谐波电流国标规定限值〔局部〕

短路容量不同时的换算公式：

根据短路容量换算案例的各母线谐波电流允许值。

标称电压〔KV〕

基准短路容量〔MVA〕

010.0

100.0

0.260

020.0

013.0

020.0

008.5

015.0

006.4

006.8

005.1

009.3

〔I〕010.0

116.0

025.0

016.5

012.5

016.9

008.2

013.3

006.1

006.5

004.9

008.7

(II)010.0

116.0

019.1

010.1

009.5

010.8

006.2

009.0

004.7

005.0

003.7

006.5

(605)010.0

080.0

011.1

005.1

005.6

005.6

003.6

004.9

002.7

002.9

002.2

003.7

标称电压〔KV〕

基准短路容量〔MVA〕

010.0

100.0

004.3

007.9

003.7

004.1

003.2

006.0

002.8

005.4

002.6

002.9

〔I〕010.0

116.0

004.1

007.5

003.6

003.9

003.1

005.8

002.7

005.2

002.5

002.8

(II)010.0

116.0

003.2

005.7

002.7

003.0

002.3

004.4

002.1

004.0

001.9

002.1

(605)010.0

080.0

001.8

003.3

001.6

001.8

001.4

002.6

001.2

002.3

001.1

001.2

标称电压〔KV〕

基准短路容量〔MVA〕

010.0

100.0

002.3

.004.5

.004.5

002.1

004.1

〔I〕010.0

116.0

002.2

004.3

004.3

002.0

003.9

(II)010.0

116.0

001.7

003.3

003.3

001.5

003.0

(605)010.0

080.0

001.0

001.9

001.9

000.9

001.8

与合成的案例谐波比拟：各母线谐波电流均超标，由于装置的非同时触发，存在非特征谐波超标的现象。因此只能对主要的频谱进行设置滤波器；由于电炉运行方式大幅度变化，特别是10KV

I段负荷变化较大，受基波无功补偿容量限制，参数设计存在难度及影响其滤波效果。

综合考虑：各母线配置5、7、11、13次滤波器。

5、滤波器参数设计〔以10KV

I段为例〕

由于中频炉谐波为连续频谱谐波，以及基波补偿电容器的限制，滤波器参数设计很难满足要求，经几十次分析、比拟，确定的案例最终单相参数如下：

H5

H7

H11

H13

合计

电容器〔μF〕

27.51592

20.77733

22.98421

三相电容器安装容量〔kvar〕

1830

1350

1860

1269

6309

三相基波输出容量〔kvar〕

900

666

1108

726

3400

电抗器〔毫亨〕

14.74522

9.96178

2.39522

2.61115

考虑的问题：滤波效果，电压、电流、容量是否能够平衡，是否存在谐波放大，无功是否过补等，通过对参数进行屡次仿真，调整、比拟和评估设计效果，……。

1段母线补偿电容器和滤波器同时运行仿真例如：

仅滤波器投入运行的仿真例如。……。

四、设备定货、施工和现场调试

1、拟合标准指标与产品定货

按设计参数选配、拟合标准规格电容器，考虑电抗器调节范围，提出温升、耐压、损耗等指标。

电容器要求+误差，电抗器±5%可调，电容器质量…。

注意滤波电容器，干式、油侵电容器等问题……。

2、工程施工需要注意的问题

LC滤波器属工程，结合用户现场条件、情况，设计单位应提供完善的工程资料，安装、施工要求；由于滤波器现场安装，要求工程单位按设计施工、保证质量；做详细安装检查，保证连接正确，防止相序、设备接线错误

案例施工中的问题：连接、保护……

3、现场调试主要要求和方法

1〕要求：保证系统可靠运行，防止系统与滤波器谐振造成的谐波放大；投切过电压限制在有效范围内；保证滤波本身平安运行，不会导致电容、电感、电阻等不发生稳态过负荷，以及投、切时的过电压、过电流不损坏本体设备。

其中，多数与设计有关……。

2〕步骤：测量各种工况谐波；计算系统和滤波器频率特性，研究是否可能出现谐波放大，决定滤波器是正调偏还是负调偏；计算调整后的过电压、过电流；分析、考虑配置的保护，避雷器对投切、断路器重燃过电压有重要作用；编写滤波器投入方案，测量考核滤波效果。

案例调试中发生的问题：……。

3〕方法：

幅频特性法：谐振时Z=R，滤波器电流最大；电阻上的电压最大，滤波器总电压最小；因此，通过观测两个电压与预估的电压比拟，可确定调谐回路的谐振。

缺点：误差大，有计算误差、试验误差和观测误差。

相频特性法：把电阻电压和滤波器总电压分别送示波器两个通道进行相角比拟，可确定滤波器是否谐振。可采用同轴或不同轴两种方法。同轴法看到的是点重合或相反，因此误差大；不同轴法通过椭圆变成直线确定谐振，因此观察比拟容易，准确，工作量小。

放电振荡法：过程如图

放电时测量R上电压，记录波形；

测量周波时间，可计算谐振频率。

缺点：每测一次都需充、放

电一次，过程复杂，也不够准确。

因此，三种方法中，相频特性法比拟实用，而且可用频率计实际测量谐振频率；改变信号发生器频率，还可以测量滤波器的阻抗频率特性。

实际工程一般采用-5%〔负偏〕调谐滤波器。

4、案例工程运行测试结果〔1段母线〕

投运前：

电压〔V〕

电流〔A〕

功率因数

电压总畸变率%

电流总畸变率%

9800

540

0.88

10.1

5.1

投运后：

电压〔V〕

电流〔A〕

功率因数

电压总畸变率%

电流总畸变率%

10200

560

0.99

1.5

4.2

投运后各次谐波电流的95%最大值

五、关于电弧炉谐波治理的简介

1、电弧炉负荷特点和治理要求

1〕三相负荷电流严重不对称，严重时负序可达正序的50%～60%，熔化期也占20%。需解决不平衡问题；

2〕含有2、3、4、5、7等次谐波，产生的谐波电流频谱广，含有偶次谐波，谐波治理要求高；

3〕电弧炉随机运行在开路--短路--过载状态，很大的功率冲击，引起PCC母线电压变动，存在电压闪变问题。

4〕电炉变压器和短网消耗大量无功，因此运行功率因数非常低，增大电网损耗、降低电压水平。

小容量电弧炉可用

LC

无源滤波器，但对设计的要求比拟高，一般采用C型电力滤波器。

2、常用SVC形式和TCR补偿原理

常用的SVC有晶闸管控制电抗器〔TCR〕、自饱和电抗器〔SR〕和晶闸管投切电容器〔TSC〕三种。

TCR原理、结构，以及相关工程、技术问题如下：

3、TCR补偿与LC滤波的原理区别

1〕电弧炉负荷三相不平衡、无功冲击是根本原因，要求进行动态、分相补偿，TCR是解决问题的必须手段。同时解决电弧炉负荷产生、存在的问题。

TCR为动态补偿装置，响应时间在20ms内。

2〕LC滤波器以治理谐波为主，兼顾补偿系统无功。目前一般应用场合，不具备动态补偿功能。

电力机车谐波治理可采用投切方式〔非动态〕。

3〕采用那种类型的装置，涉及到负荷性质、滤波〔

或补偿〕效果、可行性和工程投资等。

解决问题是类型选择的原那么。TCR设计方法略。

第三篇：谐波治理方法

谐波治理方法

1、谐波治理原则。

通过分析，对通信、信号设备造成干扰的谐波主要来自牵引负荷，而铁路10kv电力供电设计多采用27.5/10kv供电方式，选择谐波干扰小的电源作为主供电源会降低安全风险。但当地方电力系统检修时，或地方电源因居民用电导致谐波上升时，仍会干扰信号、通信供电电源的质量，所以改变设计方法，并不能解决此问题。从供电的电源集中整治，然后供给相应的负荷，也不经济，固需要解决的容量太大，且即便是集中解决，从供电的角度讲，电源也并非单独供给通信、信号，目前的生产、生活设备大量采用了变频设备，如地热井水泵恒转矩变频供电装置，变频空调，电磁炉，炊事机械等等，也会产生大量的谐波，进而干扰通信、信号电源的质量，所以，大的方案就是通信信号根据设备的重要程度和对谐波要求的高低，来选择小容量的谐波治理设备，才能达到既经济又安全的效果。各车站的通信、信号设备，其总功率一般不超过40kvA，治理相对容易。

2、谐波治理方法。

采用交—直—交系统进行隔离，此方法在国外早有使用，我也曾在朔黄线三汲、段庄两个分区所进行试验。采用进口交—直—交，通过改变蓄电池的容量，还可满足因利用下雨导致10kv电源线供电中断而引起的行车干扰。如2013年8月4日，朔黄线肃北至太师庄间大面积树木倒伏，导致贯通、自闭全部中断，影响行车近2小时，如果采用交—直—交逆变电源，在电池容量允许的情况下，就不会影响通信、信号的供电，不仅解决了谐波问题，还解决了供电中断对行车的影响，是一个一举双得的好事。

3、谐波治理措施。

3.1采用无源滤波器滤波。日常采用的滤波治理方法，其中一种方法就是采用无源滤波装置，即所谓LC滤波器，主要由滤波电容器、电抗器和电阻器组成。其与谐波源关联，除了起滤波作用外，还兼顾无功补偿的需要。这种滤波器最早出现，具有结构简单，投资少的特点，运行可靠性高，所以运行费用较低，应用较为广泛。但也存在一些问题，如当系统结构或参数发生变化或滤波器本身参数变化时，滤波器可能产生谐波放大，而且这种滤波器对电压波动负序等不能综合治理。如电气化铁路在使用直流车作为牵引动力源时，其特征谐波主要为3、5、7次谐波。而采用交流机车后，谐波含量以17、19、21次为主，导致许多设备发生故障，如果交流车上线后，原SS4G型车的高通滤波器经常损坏，原先的通信、信号对谐波感觉不明显，而交流车上线后，通信、信号设备感觉明显，这与特征滤波的变化有关，所以通信、信号设备电源加装特征谐波滤波器也能收到良好的效果。

3.2 采用有源滤波器滤波。

随着大功率电力电子器件技术的突破与发展，ABB公司推出了采用脉冲宽度调制（PWM）技术构成的有源谐波滤波器。其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行很好的补偿，且补偿特性不会改变，阻抗特性不会受到影响，因而受到了广泛的重视，并且已获得应用。

3.3 采用交—直—交逆变电源。

4、结束语。

谐波在今后的社会发展中，谐波含量只会越来越多。为了节能的要求，家用电气设备，如节能灯、电磁炉、变频洗衣机、空调、电视及微波炉等，都采用工业的大型换流设备。集中治理已不太可能，除非将来传统的发电、输电、用电设备，全部改为直流电输电方式，在用户处变为可用的不同步骤的交流电，否则谐波将不可避免。谐波的治理要本着区别对待，减少用户的投入，使用户获得最大收益为原则。对于谐波的治理不能遵循一成不变的原则，而一定要滤波。如何把谐波的污染降到最低程度，又不要太花钱，是值得同行们一起探讨和研究的问题。

第四篇：谐波的产生原因和治理方式

谐波的产生原因和治理方式 供电系统中的谐波

在供电系统中谐波电流的出现已经有许多年了。过去，谐波电流是由电气化铁路和工业的直流调速传动装置所用的，由交流变换为直流电的水银整流器所产生的。近年来，产生谐波的设备类型及数量均已剧增，并将继续增长。所以，我们必须很慎重地考虑谐波和它的不良影响，以及如何将不良影响减少到最小。1 谐波的产生

在理想的干净供电系统中，电流和电压都是正弦波的。在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里，流过的电流与施加的电压成正比，流过的电流是正弦波。

在实际的供电系统中，由于有非线性负荷的存在，当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时，就形成非正弦电流。任何周期性波形均可分解为一个基频正弦波加上许多谐波频率的正弦波。谐波频率是基频的整倍数，例如基频为50Hz，二次谐波为100Hz，三次谐波则为150Hz。因此畸变的电流波形可能有二次谐波、三次谐波„„可能直到第三十次谐波组成。2 产生谐波的设备类型

所有的非线性负荷都能产生谐波电流，产生谐波的设备类型有：开关模式电源(SMPS)、电子荧火灯镇流器、调速传动装置、不间断电源(UPS)、磁性铁芯设备及某些家用电器如电视机等。(1)开关模式电源(SMPS)：

大多数的现代电子设备都使用开关模式电源(SMPS)。它们和老式的设备不同，它们已将传统的降压器和整流器替换成由电源直接经可控制的整流器件去给存贮电容器充电，然后用一种和所需的输出电压及电流相适合的方法输出所需的直流电流。这对于设备制造厂的好处是使用器件的尺寸、价格及重量均可大幅度地降低，它的缺点是不管它是哪一种型号，它都不能从电源汲取连续的电流，而只能汲取脉冲电流。此脉冲电流含有大量的三次及高次谐波的分量。(2)电子荧光灯镇流器：

电子荧光灯镇流器近年被大量采用。它的优点是在工作于高频时可显著提高灯管的效率，而其缺点是其逆变器在电源电流中产生谐波和电气噪声。使用带有功率因数校正的型号产品可减少谐波，但成本昂贵。(3)直流调速传动装置：

直流电动机的调速控制器通常采用三相桥式整流电路，它也称作六脉冲桥式整流电路，因为在直流输出侧每周波内有六个脉冲(在每相的半波上有一个)。直流电动机的电感是有限的，故在直流电流中有300Hz的脉动波(即为供电频率的6倍)，这就改变了供电电流的波形。(4)不间断电源(UPS)：

根据电能变换方式和由外部供电到内部供电所用转换方式的不同，UPS有许多不同的类型。主要的类型有：在线的UPS、离线的UPS和线路交互作用的UPS。由UPS供电的负荷总是电子信息设备，它们是非线性的并且含有大量的低次谐波。

(5)磁芯器件：

在有铁芯的电抗器上的励磁电流和磁通密度之间的关系总是非线性的。如果电流波形是正弦波(亦即电路中串联的电阻很大)那么磁场中会有高次谐波，这被认为是强迫磁化过程。如果施加在线圈上的电压是正弦波形(亦即串联的电阻很

小)则磁通密度也将是正弦波形，而电流波形则含有高次谐波，这被认为是自由磁化过程。谐波引发的问题及解决措施

谐波电流在电源系统内以及装置内均会造成问题。但其影响和解决措施非常不一样，需要分别处理；适用于消除谐波在装置内不良影响的办法并不能减少谐波在电源系统内造成的畸变，反之亦然。

(1)装置内的谐波问题及解决措施：

有几个常见多发的问题是由谐波引起的：电压畸变、过零噪声、中性线过热、变压器过热、断路器的误动作等。

①电压畸变：因为电源系统有内阻抗，所以谐波负荷电流将造成电压波形的谐波电压畸变(这是产生“平顶”波的根源)。此阻抗有两个组成部分：电源接口(PCC)以后的电气装置内部电缆线路的阻抗和PCC以前电源系统内的阻抗，用户处的供电变压器即是PCC的一例。

由非线性负荷引起的畸变负荷电流在电缆的阻抗上产生一个畸变的电压降。合成的畸变电压波形加到与此同一电路上所接的全部其他负荷上，引起谐波电流的流过，即使这些负荷是线性的负荷也是如此。

解决的办法是把产生谐波的负荷的供电线路和对谐波敏感的负荷的供电线路分开，线性负荷和非线性负荷从同一电源接口点开始由不同的电路馈电，使非线性负荷产生的畸变电压不会传导到线性负荷上去。

②过零噪声：许多电子控制器要检测电压的过零点，以确定负荷的接通时刻。这样做是为了在电压过零时接通感性负荷不致产生瞬态过电压，从而可减少电磁干扰(EMI)和半导体开关器件上的电压冲击。当在电源上有高次谐波或瞬态过电压时，在过零处电压的变化率就很高且难于判定从而导致误动作。实际上在每个半波里可有多个过零点。

③中性线过热：在中性点直接接地的三相四线式供电系统中，当负荷产生3N次谐波电流时，中性线上将流过各相3N次谐波电流的和。如当时三相负荷不平衡时，中性线上流经的电流会更大。最近研究实验发现中性线电流会可能大于任何一相的相电流。造成中性线导线发热过高，增加了线路损耗，甚至会烧断导线。

现行的解决措施是增大三相四线式供电系统中中性线的导线截面积，最低要求要使用与相线等截面的导线。国际电工委员会(IEC)曾提议中性线导线的截面应为相线导线截面的200%。

④变压器温升过高：接线为Yyn的变压器，其二次侧负荷产生3N次谐波电流时，其中性线上除有三相负荷不平衡电流总和外，还将流过3N次谐波电流的代数和，并将谐波电流通过变压器一次侧流入电网。解决上述问题最简单的办法是采用Dyn接线的变压器，使负荷产生的谐波电流在变压器△形绕组中循环，而不致流入电网。

无论谐波电流流入电网与否，所有的谐波电流都会增加变压器的电能损耗，并增加了变压器的温升。

⑤引起剩余电流断路器的误动作：剩余电流断路器(RCCB)是根据通过零序互感器的电流之和来动作的，如果电流之和大于额定的限值它就将脱扣切断电源。出现谐波时RCCB误动作有两个原因：第一，因为RCCB是一种机电器件，有时不能准确检测出高频分量的和，所以就会误跳闸。第二，由于有谐波电流的缘故，流过电路的电流会比计算所得或简单测得的值要大。大多数的便携式测量仪表并

不能测出真实的电流均方根值而只是平均值，然后假设波形是纯正弦的，再乘一个校正系数而得出读数。在有谐波时，这样读出的结果可能比真实数值要低得多，而这就意味着脱扣器是被整定在一个十分低的数值上。

现在可以买到能检测电流均方根值的断路器，再加上真实的均方根值测量技术，校正脱扣器的整定值，便可保证供电的可靠性。(2)影响供电电源的谐波问题及解决措施：

《中华人民共和国电力法》指出：“用户用电不得危害供电、用电安全和扰乱供电、用电秩序”，《供电营业规则》中规定：“用户的非线性阻抗特性的用电设备接入电网运行所注入电网的谐波电流和引起公共连接点至正弦波畸变超过标准时，用户必须采取措施予以消除。”

由畸变电流造成的电压畸变取决于电源阻抗。阻抗愈大则由同一电流畸变所造成的电压畸变就愈大。对于10次以下的谐波而言，供电网络通常是感性的，所以电源阻抗就和频率成正比，谐波次数越高，所造成的畸变就越大。通常不可能减小供电系统的阻抗，所以需要采用别的步骤来保证电压畸变不超过限度。可能的解决方法有：装用谐波滤波器、装用隔离变压器和装用有源的谐波调节器。

①装用谐波滤波器：对于电动机控制器产生的谐波，谐波的形状很分明，可以用滤波器来降低谐波电流。对于六脉冲的控制器，滤波器可去掉20%的五次谐波以及全部的高次谐波，对基波影响甚微。为了避免增益顶峰靠近谐波，必须用解谐的滤波器，而且可能需装多个滤波器。在12脉冲桥路中最低次的谐波是11次的，此时情况比较简单。

②装用隔离变压器：均衡的三次谐波电流传回到电源去的问题可以用一台Dyn接法的隔离变压器来削弱。使用这种变压器时，通常装设一个旁路的电路以避免在进行变压器的维护工作时长时期地对负荷停止供电。在这种情况下，应采用中性线有足够大的通用四芯馈线。在重要的配电系统中，有时把隔离变压器就地装在每一配电盘上，使3N次谐波电流与配电系统相隔离。隔离变压器要适当提高额定值，否则也会产生电压畸变和过热。

③装用有源的谐波调节器：由变流器/逆变器产生的边频带和谐波不能很好地用普通的滤波器来滤除，这是因为边频带上的频率是随传动装置的速度而变化的，并且时常很接近于基波频率。目前有源滤波器日益推广应用，它在工作时主动地注入一个电流来精确地补偿由负荷产生的谐波电流，就会获得一个纯粹的正弦波。这种滤波设备的工作靠数字信号处理(DSP)技术来控制快速绝缘栅双极晶体管(IGBT)。因为设备是与供电系统并联工作的，它只控制谐波电流，基波电流并不流过该滤波器。如果所需过滤的谐波电流比滤波器的容量大的话，它只是简单地起限制作用而使波形得到部分的纠正。

谐波"一词起源于声学。有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪已经奠定了良好的基础。傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用。电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。1945年J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，发表了有关变流器引起电力系统谐波问题的大量论文。70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。世界各国都对谐波问题予以充分和关注。国际上召开了多次有关谐波问题的学术会

议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。

供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值（n=fn/f1）称为谐波次数。电网中有时也存在非整数倍谐波，称为非谐波（Non-harmonics）或分数谐波。谐波实际上是一种 干扰量，使电网受到“污染”。电工技术领域主要研究谐波的发生、传输、测量、危害及抑制，其频率范围一般 为2≤n≤40。

谐波是怎么产生的？

电网谐波来自于3个方面：

一是发电源质量不高产生谐波：

发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。

二是输配电系统产生谐波：

输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流0.5%。

三是用电设备产生的谐波：

晶闸管整流设备。由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。我们知道，晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波。如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的30%；接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。如果整流装置为三相全控桥6脉整流器，变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流；如果是12脉冲整流器，也还有11次及以上奇次谐波电流。经统计表明：由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是最大的谐波源。

变频装置。变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。

电弧炉、电石炉。由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。其中主要是2 7次的谐波，平均可达基波的8% 20%，最大可达45%。

气体放电类电光源。荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。分析与测量这类电光源的伏安特性，可知其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。

家用电器。电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装置，会产生较深的奇次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中，因不平衡电流的变化也能使波形改变。这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。

第五篇：高次谐波的产生及其治理

高次谐波的产生及其治理

一、概述

目前，许多变电所的负荷中含有大量非线性负荷，如整流装置、交-交变频装置、炼钢电弧炉、中频炉、电力机车、交流电焊机、高频电焊机、中频淬火炉、高频淬火炉、计算机的开关电源、带电子镇流器的荧光灯等。供电给这些非线性负荷的系统电压即使为理想正弦波，它们工作时的电流也是非正弦电流。这些非正弦电流波形按傅氏级数可以分解为基波及一系列不同频率和振幅的谐波。谐波频率为基波频率的整数倍时，称为高次谐波；其频率为基波频率的非整数倍时，称为分数谐波或旁频波；其频率低于基波频率时，称为次谐波。谐波电流流经系统中包括发电机、输电线、变压器等各种阻抗元件时，必然产生非正弦的电压降，使交流系统内各点的电压波形也发生不同程度的畸变。电压畸变的程度取决于非线性负荷容量与电网容量的相对比值以及供电系统对谐波频率的阻抗，畸变的电压反过来对整流装置从系统中取用的电流波形又有影响。因而谐波电流和谐波电压是相伴而生、相互影响的。

二、谐波危害 2.1通讯干扰

非线性负荷供电系统产生的谐波对与其邻近的通讯线路产生静电感应及电磁感应，在通讯系统内产生不良影响。2.2同步发电机的影响

电力系统中的同步发电机，特别是以非线性负荷为主或以发电电压直接供给非线性负荷的同步发电机，高次谐波对其有较大不良影响。谐波电流引起定子特别是转子部分的附加损耗和附加温升，降低了发电机的额定出力。2.3对异步电动机的影响

谐波引起电机角速度脉动，严重时会发生机械共振。对电动机的功率因数和最大转矩都有影响。2.4对电力电容器的影响

由于电容器的容抗和频率成反比，电力电容器对谐波电压最为敏感。谐波电压加速电容器介质老化，介质损失系数tgδ增大，容易发生故障和缩短寿命，谐波电流常易使电容器过负荷而出现不允许的温升。电容器与电力系统还可能发生危险的谐振。此时，电容器成倍地过负荷，响声异常，熔断器熔断，使电容器无法运行。伴随着谐振，在谐振环节常出现过电压，造成电气元件及设备故障或损坏，严重时影响系统的安全运行。

2.5对电缆线路绝缘的影响

对电缆线路，非正弦电压使绝缘老化加速，漏泄电流增大；当出现并联谐振过电压时，可能引起放炮并击穿电缆。2.6对变压器的影响 谐波电压使变压器激磁电流增大，效率变低，并恶化其功率因数。谐波放大会造成主变声音异常。2.7对测量仪的影响

高次谐波会引起电度表误差，谐波频率愈高，误差愈大，且均为负误差。

2.8对继电保护自动装置等的影响

当谐波电压水平较高时，对供电系统的电压自动调节的误差有所增加。负序系统的高次谐波电流对具有负序电流谐波滤波装置的继电保护装置有不良影响。谐波电流恶化甚至破坏利用电力线路作为联系通道的远动装置的工作。2.9对整流装置的影响

高次谐波对脉冲—相位控制的可控硅（晶闸管）整流装置有较大影响，可能造成脉冲丢失而烧坏可控硅管。

由于谐波的这些危害，所以在设计和建设非线性负荷的配电时，必须满足国家制订的谐波标准《电能质量公用电网谐波》GB/T14549-93要求，采取抑制和消除谐波的措施。抑制和消除谐波，主要归结为抑制和消除谐波电流，使电压畸变率和系统注入公共连接点的 谐波电流符合国家标准。

三、公用电网谐波国家标准

国家标准GBT/14549-93中谐波电压限值和谐波电流允许值如下： 3.1公用电网谐波电压（相电压）限值见表1： 表1电网标称电压(kv)

电压总畸变率(％)

各次谐波电压含有率(％)

奇次

偶次

0.38 5.0 4.0 2.0 6 4.0 3.2 1.6

3.0 2.4 1.2

2.0 1.6 0.8

3.2谐波电流允许值

3.2.1公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量（方均根值）不应超过表2中规定的允许值。当公共连接点的最小短路容量不同于基准短路容量时，表2中的谐波电流允许值的换算为：

Ih=（Sk1/Sk2）×Ihp

式中：Sk1——公共连接点的最小短路容量，MVA； Sk2——基准短路容量，MVA；

Ihp——表2中的第h次谐波电流允许值，A； Ih——短路容量为Sk1时的第h次谐波电流允许值。表2注入公共连接的谐波电流允许值标准 电压 kv 基准短 路容量 MVA

谐波次数及谐波电流允许值，3 4 5 6 7 8

A 9 10 11 12 13

0.38 10 78 62 39 62 26 44 19 21 16 28 13 24 100 43 34 21 34 14 24 11 11 8.5 16 7.1 13 100 26 20 13 20 8.5 15 6.4 6.8 5.1 9.3 4.3 7.9

250 15 12 7.7 12 5.1 8.8 3.8 4.1 3.1 5.6 2.6 4.7

500 16 13 8.1 13 5.4 9.3 4.1 4.3 3.3 5.9 2.7 5.0

75.12 9.6 6 9.6 4.0 6.8 3.0 3.2 2.4 4.3 2.0 3.7

续表2注入公共连接的谐波电流允许值标准 电压 kv 基准短 路容量 MVA

谐波次数及谐波电流允许值，A 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 0.38 10 11 12 9.7 18 8.6 16 7.8 8.9 7.1 14 6.5 12 100 6.1 6.8 5.3 10 4.7 9.0 4.3 4.9 3.9 7.4 3.6 6.8 100 3.7 4.1 3.2 6.0 2.8 5.4 2.6 2.9 2.3 4.5 2.1 4.1 35 250 2.2 2.5 1.9 3.6 1.7 3.2 1.5 1.8 1.4 2.7 1.3 2.5

500 2.3 2.6 2.0 3.8 1.8 3.4 1.6 1.9 1.5 2.8 1.4 2.6

750 1.7 1.9 1.5 2.8 1.3 2.5 1.2 1.4 1.1 2.1 1.0 1.9 3.2.2同一公共接点的每个用户向电网注入的谐波电流允许值按此用户在该点的协议容量与其公共接点的供电设备容量之比进行分配。分配的计算方式见下式： Im=Ih(Si/St)1/α

式中：Im——公共接点处第i个用户的第h次谐波电流允许值，A；

Ih——按式(1)换算的第h次谐波电流允许值，A； Si——第i个用户的用电协议容量，MVA；

St——公共接点的供电设备容量，MVA； α——相位迭加系数，按表3取值。表3h 3 5 7 11 13

9(>13)偶次

α

1.1 1.2 1.4 1.8 1.9 2

四、谐波电流发生量 4.1整流装置谐波电流理论值

整流装置谐波有特征谐波和非特征谐波之分，特征谐波是指整流装置运行于正常条件下所产生的谐波。正常条件下的电源为三相对称系统，供电回路为三相对称回路。对于可控硅整流装置而言，各相控制角及特性没有差异。若整流装置运行于非正常条件下除产生特征谐波外，还产生非特征谐波。

特征谐波具有间断性幅值频谱，其谐波次数由整流相数决定。可以用一个简单的通式来表达。如以p代表相数（脉波数），k为正整数，则特征谐波次数为n=kp±1。

特征谐波幅值大小与重迭角γ和控制角α及容量有关，工程应用可由曲线查得。

非特征谐波可能具有连续的幅值频谱，其谐波次数不可能用一个简单的通式来表达。非特征谐波幅值大小虽可从理论上加以推导，但很困难且不准确。通常数值不大，工程上可取In=（0.15～0.2）I1/n。但个别工程由于整流装置的控制角误差而引起的非特征谐波值很大，甚至比特征谐波值还大。这时应调整整流装置的触发系统，使非正常谐波值减小。否则，谐波滤波装置的组数需增加，投资需增大。4.2交流电弧炉谐波电流发生量

炼钢电弧炉在熔化期间内，由于电弧特性是非线性的，将产生大量的谐波电流，而且三相电流不平衡，具有较多的3次谐波。从电流波形看出，正负两部分也是不对称的，说明还存在偶次谐波。主要是2次谐波。

电弧炉谐波电流的频率是一组连续频谱，其中整数谐波2、3、4、5、6、7次的幅值较大，而非整数次幅值较小。

在熔化期内，谐波电流随电弧电流变化，其峰值与均方根值相差很大。谐波滤波装置设计不宜采用瞬时峰值，应按最严重一段时间内的谐波电流平均值考虑。对一运行的电弧炉，最好通过测试取得。对新建或无条件测试的可参考表三选取。表4n 1 2 3 4 5 6 7

In/I1 100 7~11 8~13 4~6 5~7 2~3 2~3

五、谐波治理方法

5.1增大供电系统对谐波的承受能力；提高系统的短路容量；采用较高电压供电。

5.2减小谐波发生量：增加整流装置的脉动数、增大换向电抗、改善触发对称度；同类型非线性负荷尽量集中供电，利用谐波源之间的相位不同相互抵消部分谐波。

5.3避免谐波放大和谐振，选择合适的电容器组参数或采用合适参数串联电抗器。5.4安装电力谐波滤波装置 加大系统的短路容量难以实现，增加整流器的等效相数也受到限制，当等效相数超过12相时，需增加移相设备，同时会带来维修运行上的不便，安装谐波滤波装置就成了首选。谐波滤波装置既能消除谐波，又能补偿无功功率，提高功率因数，具有显著的经济效益。5.5抑制快速变化谐波的措施

快速变化的谐波源(如电弧炉、电力机车、晶闸管供电的轧机、卷扬机等)除产生谐波外，往往还引起供电电压的波动和闪变，抑制快速变化谐波的技术措施就是在谐波源处并联装设静补装置，又称动态无功补偿装置。静补装置的基本结构是由快速可变的电抗器或电容器组合而成。

目前技术上较成熟，工程上应用较多的有下述四种基本形式：

1.自饱和电抗器；2.晶闸管控制电抗器；3.晶闸管控制高漏抗变压器；4.晶闸管投切电容器。

我公司开发的“晶闸管过零触发装置”专利技术，应用于晶闸管投切电容器动态谐波滤波装置，其动态响应速度达到了晶闸管控制电抗器动态谐波滤波装置性能，其对谐波的吸收效果优于晶闸管控制电抗器动态谐波滤波装置。5.6有源电力滤波器

有源电力滤波器是运用电力电子技术，向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相同、方向相反的电流，使流入电源的总谐波电流为零。

目前国内有源电力滤波器产品功率较小，价格较高，尚未大量使用。

有源电力滤波器技术是谐波治理技术的发展方向。

六、电力高次谐波滤波装置 6.1谐波滤波装置谐波器支路种类 谐波滤波器大致分为以下几种：（图一)a：单调谐谐波滤波器：频带窄，滤波效果好，损耗小，调谐容易，是使用最多的一种类型。

b：双调谐谐波滤波器：可代替两个单调谐谐波滤波器，只有一个电抗器（L1）承受全部冲击电压，但接线复杂，调谐困难，仅在超高压系统中使用。

c：一阶高通谐波滤波器：因基波损耗大，一般不采用。d：二阶高通谐波滤波器：通频带很宽，滤波效果好，但损耗比单调谐大，通常用于较高次谐波。

e：三阶高通谐波滤波器：电容器利用率较高，基波损耗小，但滤波效果不如二阶高通谐波滤波器，一般用于电弧炉滤波。

f：“C”式高通谐波滤波器：性能处于二阶和三阶高通谐波滤波装置之间，R的基波损耗最小，适用于电弧炉谐波滤波装置。

最常用的谐波滤波器为单调谐谐波滤波器和二阶高通谐波滤波器。

6.2 谐波滤波器的原理

我们以单调谐谐波滤波器为例来介绍一下谐波滤波装置的原理：（图二）

流入系统的谐波电流为：Isn=In×Xfn/（Xfn+Xsn）其中：

In——谐波电流发生量； Isn——流入系统的谐波电流； Xsn——系统的谐波阻抗； Xfn——谐波滤波器的总谐波阻抗。

谐波滤波器的总谐波阻抗为：Xfn=Rfn+j（2πfL－1/（2πfC））其中：

Xfn——谐波滤波器的总阻抗； Rfn——谐波滤波器的总电阻 f——流过谐波滤波器的电流的频率 L——电抗器的电感量 C——电容器的电容量

当在某次谐波下2πfL—1/（2πfC）=0时，Isn=InRfn/（Rfn+Xsn）。

一般地，Rfn＜＜Xsn，此时Isn＜＜In。

谐波电流绝大部分流入谐波滤波器，极小部分流入系统。这就是谐波滤波装置吸收谐波的原理。6.3谐波滤波装置的设置原则 谐波滤波装置的设置原则如下：

a、谐波滤波装置投运后，系统电压总畸变率和流入系统电流必须满足国家颁布的谐波管理规定。

b、谐波滤波装置可安装在总降变电所或车间。安装于总降变电所可实现集中滤波和无功补偿。安装于车间可实现无功就地补偿。两者各有利弊。

c、谐波滤波装置设计应考虑背景谐波和近期发展的非线性负荷。留有一定裕量。6.4谐波滤波装置设计步骤

6.4.1设计谐波滤波装置时用户应提供以下资料：

a、公共连接点（P.C.C.点）的最小短路容量(Sk1，MVA)。b、变压器铭牌参数。c、每台用电设备容量。

d、谐波源设备工作方式(整流方式、工作原理)e、最好能提供实测电能质量参数。6.4.2谐波滤波装置容量的确定 谐波滤波装置总容量确定的基本原则：

a、满足滤波效果的要求，即保证流入系统的各次谐波电流和母线上的综合电压畸变率在国标（GB/T14549-93）规定的范围之内。b、谐波滤波装置的基波无功输出要满足无功功率补偿的需要量。在满足上述技术要求前提下，装置容量不宜过大。一则会使投资增加，二则会使母线或系统电压升高。6.4.3谐波滤波装置的支路设置

谐波滤波装置一般分为几个支路，根据谐波发生量的次数和大小设置各支路的参数，在满足负载无功补偿需要量、满足公共连接点（P.C.C.点）的电压畸变率和流入系统各次谐波电流要求的前提下，要避免在某次谐波频率下产生并联电流谐振，以保证谐波滤波装置的长期安全运行。

谐波发生量的次数和大小由现场测试或理论计算确定。现场测试能准确测量出系统中存在的谐波量的次数和大小，为谐波滤波装置的设计提供准确的参数。6.4.4谐波滤波装置的结构和性能

谐波滤波装置由滤波电容器、调谐电抗器、微电感电阻器、柜架、开关柜等主要设备组合而成。一般装有2—4个单调谐谐波滤波装置，有时包括一个高通谐波滤波装置或“C”式谐波滤波装置，依不同场合具体参数优化设计而定。6.5谐波滤波装置的运行操作与维护保养

a、滤波装置必须严格按照设计要求进行运行操作，投入谐波滤波装置从低次往高次，切除谐波滤波装置从高次往低次。b、高压谐波滤波装置运行时，任何人不得进入安全网门内。谐波滤波装置切除后，经10分钟放电，并进行可靠接地后，安全网门内方可进入。

c、当谐波滤波装置室温度超过规定值时，应启动降温设备。d、滤波电容器和调谐电抗器应定期测量C（uf）、tgδ、L（mh）、绝缘电阻等。

e、谐波滤波装置室应定期清扫，遇有风雪或风沙天气，应关闭门窗。

我公司拥有多套谐波滤波装置的设计、制造、安装、调试、运行经验。我们愿为您提供以下服务： a、谐波在线测量

包括各种非线性负荷的谐波电流发生量、引起供电线母线电压正弦波形畸变率、电力系统背景谐波等。b、谐波评估

实测或理论计算谐波发生量及其危害的预测，并提出治理的初步方案。

c、滤波装置的优化设计

包括设备参数选择、最佳系统设计和主要组件的设备设计以及工厂设计。

d、提供滤波装置成套设备，并进行设备安装或安装指导。e、滤波装置现场调谐试验。f、现场装置的指标考核。