什么是諧波、諧波的危害、諧波的治理(圖)
2005/11/9 17:21:28 電源在線(xiàn)網(wǎng)
1、什么是諧波
電力系統(tǒng)中有非線(xiàn)性（時(shí)變或時(shí)不變）負(fù)載時(shí)，即使電源都以工頻50HZ供電，當(dāng)工頻電壓或電流作用于非線(xiàn)性負(fù)載時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生不同于工頻的其它頻率的正弦電壓或電流，這些不同于工頻頻率的正弦電壓或電流，用富氏級(jí)數(shù)展開(kāi)，就是人們稱(chēng)的電力諧波。
隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，大功率可控硅的廣泛應(yīng)用，大量非線(xiàn)性負(fù)荷增加，特別是電子技術(shù)、節(jié)能技術(shù)和控制技術(shù)的進(jìn)步，在化工、冶金、鋼鐵、煤礦和交通等部門(mén)大量使用各種整流設(shè)備、交直流換流設(shè)備和電子電壓調(diào)整設(shè)備，電熔煉設(shè)備、電化學(xué)設(shè)備、礦井起重設(shè)備、露天采掘設(shè)備、電氣機(jī)車(chē)等與日俱增，同時(shí)種類(lèi)繁多的照明器具、娛樂(lè)設(shè)施和家用電器等普及使用，使得電力系統(tǒng)波形嚴(yán)重畸變。
2、諧波的危害
電力諧波的主要危害有：
a、引起串聯(lián)諧振及并聯(lián)諧振，放大諧波，造成危險(xiǎn)的過(guò)電壓或過(guò)電流；
b、產(chǎn)生諧波損耗，使發(fā)、變電和用電設(shè)備效率降低；
c、加速電氣設(shè)備絕緣老化，使其容易擊穿，從而縮短它們的使用壽命；
d、使設(shè)備（如電機(jī)、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、測(cè)量?jī)x表、電力電子器件、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、精密儀器等）運(yùn)轉(zhuǎn)不正常或不能正確操作；
e、干擾通訊系統(tǒng)，降低信號(hào)的傳輸質(zhì)量，破壞信號(hào)的正確傳遞，甚至損壞通信設(shè)備。
3、諧波的治理
1）諧波治理標(biāo)準(zhǔn)
GB/T 14549—93 《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》
該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同電壓等級(jí)各次諧波允許注入值都作了具體規(guī)定（略），其規(guī)定公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值
2）諧波治理
諧波治理就是在諧波源處安裝濾波器，就近吸收諧波源產(chǎn)生的諧波電流，現(xiàn)在廣泛采用的濾波器為無(wú)源濾波器，另外有利用時(shí)域補(bǔ)償原理的有源濾波器，這種濾波器的優(yōu)點(diǎn)是能做到適時(shí)補(bǔ)償，且不增加電網(wǎng)的容性元件，但造價(jià)較高。無(wú)源濾波裝置，吸收高次諧波，而所有濾波支路對(duì)基波呈現(xiàn)容性，正好滿(mǎn)足無(wú)功補(bǔ)償要求，不必另裝并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置，這種方法經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便，國(guó)內(nèi)外廣泛采用。
濾波器的種類(lèi)。濾波器大致分為以下六種類(lèi)型，如圖:
(a)—單調(diào)諧波濾波器；(b)—雙調(diào)諧濾波器；
(c)—一階高通濾波器；(d)—二階高通濾波器；
(e)—三階高通濾波器；(f)—“c”式高通濾波器。
單調(diào)諧濾波器通頻帶窄，濾波效果好，損耗小，調(diào)諧容易，是使用最多的一種類(lèi)型。
雙調(diào)諧濾波器可替代兩個(gè)單調(diào)諧濾波器，只有一個(gè)電抗器（L1）承受全部沖擊電壓，但接線(xiàn)復(fù)雜，調(diào)諧困難，僅在超高壓系統(tǒng)中使用。
一階高通濾波器因基波損耗大，一般不采用。
二階高通濾波器通頻帶很寬，濾波效果好，既可調(diào)諧振點(diǎn)，又可調(diào)諧曲線(xiàn)銳度，并可防意外共振與放大，因此也有以二階寬通帶做低次濾波器。
三階高通濾波器一般用電弧爐濾波。
“C”式高通濾波器，用于電弧爐濾波，對(duì)二次諧波特別有效。
4、補(bǔ)償
企業(yè)中由于大量的電力負(fù)荷是感性負(fù)荷，因此企業(yè)的自然功率因數(shù)較低，如不采用人工補(bǔ)償，提高功率因數(shù)，將造成如下不良影響：
a、降低發(fā)電機(jī)的輸出功率，當(dāng)發(fā)電機(jī)需提高無(wú)功輸出，低于額定功率因數(shù)運(yùn)行時(shí)，將使發(fā)電機(jī)有功輸出降低；
b、降低了變電、輸電設(shè)備的供電能力；
c、使網(wǎng)絡(luò)電力損耗增加（網(wǎng)絡(luò)中的電能損失與功率因數(shù)平方數(shù)成反比）；
d、功率因數(shù)愈低，線(xiàn)路的電壓降愈大，使得用電設(shè)備的運(yùn)行條件惡化；
e、月均功率因數(shù)低于0.9（小型低壓用戶(hù)或農(nóng)業(yè)用電為0.8），將受到“電力罰款”。
上述可見(jiàn)，提高功率因數(shù)不僅對(duì)電力系統(tǒng)，而且對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重大意義。
在考慮提高功率因數(shù)時(shí)，應(yīng)首先提高企業(yè)用電設(shè)備的自然功率因數(shù)，當(dāng)采取措施后還達(dá)不到供電部門(mén)要求時(shí)，采用人工補(bǔ)償裝置。一般除在容量較大、經(jīng)常運(yùn)行的恒速機(jī)械（如水泵、空壓機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、電動(dòng)發(fā)電機(jī)組等）上采用同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償外，其它的應(yīng)安裝并聯(lián)電容器進(jìn)行補(bǔ)償。
1）并聯(lián)電容器補(bǔ)償容量的計(jì)算
QC = α P30 qc
ＱＣ：需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功容量，kvar；
P30:全企業(yè)有功計(jì)算負(fù)荷，ＫＷ；
α：平均負(fù)荷系數(shù)，取0.7～0.8；
qc:補(bǔ)償率，kvar/KW 可在有關(guān)手則查得，也可按下式計(jì)算：
2）并聯(lián)電容器的裝設(shè)地點(diǎn)
a、集中補(bǔ)償方式。將高壓電容器集中安裝在總降壓變電所或功率因數(shù)較低、負(fù)荷較大的配電所高壓母線(xiàn)上。
b、分散補(bǔ)償。對(duì)用電負(fù)荷分散和功率因數(shù)較低的車(chē)間變電所，采用低壓并聯(lián)電容器安裝在低壓配電室。
C、就地補(bǔ)償。對(duì)距供電點(diǎn)較遠(yuǎn)的大、中容量連續(xù)工作制的電動(dòng)機(jī)（如風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)、球磨機(jī)等），應(yīng)采用電動(dòng)機(jī)無(wú)功功率就地補(bǔ)償裝置。它不僅提高功率因數(shù)，且減少線(xiàn)路損失，減小總電流，提高變壓器負(fù)載率有明顯效果。但單機(jī)補(bǔ)償容量不宜過(guò)大，應(yīng)保證電動(dòng)機(jī)斷電時(shí)不致因自激磁出現(xiàn)過(guò)激磁，否則易損壞電動(dòng)機(jī)。就地補(bǔ)償裝置與電動(dòng)機(jī)共用一臺(tái)斷路器，同時(shí)投切。
3）對(duì)高次諧波的抑制措施
為了減少和避免高次諧波對(duì)并聯(lián)補(bǔ)償裝置的危害。為減少諧波電流流入電容器和合閘涌流，可串適當(dāng)?shù)碾娍蛊鳌Ｆ涓锌怪祽?yīng)在可能產(chǎn)生的任何諧波下，均使電容器回路的總電抗為感抗，從而消除諧振的可能。
如對(duì)6脈沖整流線(xiàn)路，有5次以上諧波，XL=4.5%～6%XC；對(duì)有3次諧波的線(xiàn)路XL=（12%～13%）XC。
為了防止可能出現(xiàn)鐵磁諧振，一般應(yīng)采用無(wú)鐵芯電抗器。
電力系統(tǒng)中有非線(xiàn)性（時(shí)變或時(shí)不變）負(fù)載時(shí)，即使電源都以工頻50HZ供電，當(dāng)工頻電壓或電流作用于非線(xiàn)性負(fù)載時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生不同于工頻的其它頻率的正弦電壓或電流，這些不同于工頻頻率的正弦電壓或電流，用富氏級(jí)數(shù)展開(kāi)，就是人們稱(chēng)的電力諧波。
隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，大功率可控硅的廣泛應(yīng)用，大量非線(xiàn)性負(fù)荷增加，特別是電子技術(shù)、節(jié)能技術(shù)和控制技術(shù)的進(jìn)步，在化工、冶金、鋼鐵、煤礦和交通等部門(mén)大量使用各種整流設(shè)備、交直流換流設(shè)備和電子電壓調(diào)整設(shè)備，電熔煉設(shè)備、電化學(xué)設(shè)備、礦井起重設(shè)備、露天采掘設(shè)備、電氣機(jī)車(chē)等與日俱增，同時(shí)種類(lèi)繁多的照明器具、娛樂(lè)設(shè)施和家用電器等普及使用，使得電力系統(tǒng)波形嚴(yán)重畸變。
2、諧波的危害
電力諧波的主要危害有：
a、引起串聯(lián)諧振及并聯(lián)諧振，放大諧波，造成危險(xiǎn)的過(guò)電壓或過(guò)電流；
b、產(chǎn)生諧波損耗，使發(fā)、變電和用電設(shè)備效率降低；
c、加速電氣設(shè)備絕緣老化，使其容易擊穿，從而縮短它們的使用壽命；
d、使設(shè)備（如電機(jī)、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、測(cè)量?jī)x表、電力電子器件、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、精密儀器等）運(yùn)轉(zhuǎn)不正常或不能正確操作；
e、干擾通訊系統(tǒng)，降低信號(hào)的傳輸質(zhì)量，破壞信號(hào)的正確傳遞，甚至損壞通信設(shè)備。
3、諧波的治理
1）諧波治理標(biāo)準(zhǔn)
GB/T 14549—93 《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》
該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同電壓等級(jí)各次諧波允許注入值都作了具體規(guī)定（略），其規(guī)定公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值
2）諧波治理
諧波治理就是在諧波源處安裝濾波器，就近吸收諧波源產(chǎn)生的諧波電流，現(xiàn)在廣泛采用的濾波器為無(wú)源濾波器，另外有利用時(shí)域補(bǔ)償原理的有源濾波器，這種濾波器的優(yōu)點(diǎn)是能做到適時(shí)補(bǔ)償，且不增加電網(wǎng)的容性元件，但造價(jià)較高。無(wú)源濾波裝置，吸收高次諧波，而所有濾波支路對(duì)基波呈現(xiàn)容性，正好滿(mǎn)足無(wú)功補(bǔ)償要求，不必另裝并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置，這種方法經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便，國(guó)內(nèi)外廣泛采用。
濾波器的種類(lèi)。濾波器大致分為以下六種類(lèi)型，如圖:
(a)—單調(diào)諧波濾波器；(b)—雙調(diào)諧濾波器；
(c)—一階高通濾波器；(d)—二階高通濾波器；
(e)—三階高通濾波器；(f)—“c”式高通濾波器。
單調(diào)諧濾波器通頻帶窄，濾波效果好，損耗小，調(diào)諧容易，是使用最多的一種類(lèi)型。
雙調(diào)諧濾波器可替代兩個(gè)單調(diào)諧濾波器，只有一個(gè)電抗器（L1）承受全部沖擊電壓，但接線(xiàn)復(fù)雜，調(diào)諧困難，僅在超高壓系統(tǒng)中使用。
一階高通濾波器因基波損耗大，一般不采用。
二階高通濾波器通頻帶很寬，濾波效果好，既可調(diào)諧振點(diǎn)，又可調(diào)諧曲線(xiàn)銳度，并可防意外共振與放大，因此也有以二階寬通帶做低次濾波器。
三階高通濾波器一般用電弧爐濾波。
“C”式高通濾波器，用于電弧爐濾波，對(duì)二次諧波特別有效。
4、補(bǔ)償
企業(yè)中由于大量的電力負(fù)荷是感性負(fù)荷，因此企業(yè)的自然功率因數(shù)較低，如不采用人工補(bǔ)償，提高功率因數(shù)，將造成如下不良影響：
a、降低發(fā)電機(jī)的輸出功率，當(dāng)發(fā)電機(jī)需提高無(wú)功輸出，低于額定功率因數(shù)運(yùn)行時(shí)，將使發(fā)電機(jī)有功輸出降低；
b、降低了變電、輸電設(shè)備的供電能力；
c、使網(wǎng)絡(luò)電力損耗增加（網(wǎng)絡(luò)中的電能損失與功率因數(shù)平方數(shù)成反比）；
d、功率因數(shù)愈低，線(xiàn)路的電壓降愈大，使得用電設(shè)備的運(yùn)行條件惡化；
e、月均功率因數(shù)低于0.9（小型低壓用戶(hù)或農(nóng)業(yè)用電為0.8），將受到“電力罰款”。
上述可見(jiàn)，提高功率因數(shù)不僅對(duì)電力系統(tǒng)，而且對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重大意義。
在考慮提高功率因數(shù)時(shí)，應(yīng)首先提高企業(yè)用電設(shè)備的自然功率因數(shù)，當(dāng)采取措施后還達(dá)不到供電部門(mén)要求時(shí)，采用人工補(bǔ)償裝置。一般除在容量較大、經(jīng)常運(yùn)行的恒速機(jī)械（如水泵、空壓機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、電動(dòng)發(fā)電機(jī)組等）上采用同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償外，其它的應(yīng)安裝并聯(lián)電容器進(jìn)行補(bǔ)償。
1）并聯(lián)電容器補(bǔ)償容量的計(jì)算
QC = α P30 qc
ＱＣ：需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功容量，kvar；
P30:全企業(yè)有功計(jì)算負(fù)荷，ＫＷ；
α：平均負(fù)荷系數(shù)，取0.7～0.8；
qc:補(bǔ)償率，kvar/KW 可在有關(guān)手則查得，也可按下式計(jì)算：
2）并聯(lián)電容器的裝設(shè)地點(diǎn)
a、集中補(bǔ)償方式。將高壓電容器集中安裝在總降壓變電所或功率因數(shù)較低、負(fù)荷較大的配電所高壓母線(xiàn)上。
b、分散補(bǔ)償。對(duì)用電負(fù)荷分散和功率因數(shù)較低的車(chē)間變電所，采用低壓并聯(lián)電容器安裝在低壓配電室。
C、就地補(bǔ)償。對(duì)距供電點(diǎn)較遠(yuǎn)的大、中容量連續(xù)工作制的電動(dòng)機(jī)（如風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)、球磨機(jī)等），應(yīng)采用電動(dòng)機(jī)無(wú)功功率就地補(bǔ)償裝置。它不僅提高功率因數(shù)，且減少線(xiàn)路損失，減小總電流，提高變壓器負(fù)載率有明顯效果。但單機(jī)補(bǔ)償容量不宜過(guò)大，應(yīng)保證電動(dòng)機(jī)斷電時(shí)不致因自激磁出現(xiàn)過(guò)激磁，否則易損壞電動(dòng)機(jī)。就地補(bǔ)償裝置與電動(dòng)機(jī)共用一臺(tái)斷路器，同時(shí)投切。
3）對(duì)高次諧波的抑制措施
為了減少和避免高次諧波對(duì)并聯(lián)補(bǔ)償裝置的危害。為減少諧波電流流入電容器和合閘涌流，可串適當(dāng)?shù)碾娍蛊鳌Ｆ涓锌怪祽?yīng)在可能產(chǎn)生的任何諧波下，均使電容器回路的總電抗為感抗，從而消除諧振的可能。
如對(duì)6脈沖整流線(xiàn)路，有5次以上諧波，XL=4.5%～6%XC；對(duì)有3次諧波的線(xiàn)路XL=（12%～13%）XC。
為了防止可能出現(xiàn)鐵磁諧振，一般應(yīng)采用無(wú)鐵芯電抗器。
聲明：本信息內(nèi)容的真實(shí)性未經(jīng)電源在線(xiàn)網(wǎng)證實(shí)，僅供參考。
