諧波濾除裝置

1、諧波濾除裝置POWER上海殷家集團有限公司目錄概述主要技術指標外型尺寸和參數 整機及主要部件圖使用條件工作原理元器件特性裝置與負載連接檢測方法使用范圍案例分析 概述一、 諧波的概念在一些現在工業或商業的動力系統中， 有時會出現一些原因莫明 的故障或事故。例如，在額定負荷范圍內，有些變壓器或電纜會出現異 常溫升，有些出現補償電容器或熔斷器發熱燒毀、 一些測控元件或控制 保護設備產生異常誤差或誤動作、 負荷開關失控、 生產工藝或產品質量 不穩定等問題。 而且，事件后的調查往往發現上述出問題的設備在事前 性能和狀態都是好的， 那么，引起這些故障或事故的原因是什么呢？如 果這些故障或事故只是偶然出現一

2、次； 那其起因有很多可能； 但如果 在相同條件下多次或經常出現同類問題， 那我們因該有所警覺； 最可能 的起因只有一個電力諧波及其影響。在理想情況下，電源提供的電壓和電流具有標準 50Hz 頻率的正弦 波形，但在實際中供電電壓和電流的波形由于某些原因產生畸變， 即疊 加了諧波成分，電力諧波是一些頻率為基波頻率整數倍的正弦波分量， 又稱高次諧波。諧波成分的多少， 反映了電壓和電流實際波形偏離理想波形的畸變 程度，所以說，電力諧波是反映動力系統電能質量好壞的一個重要指標。諧波的產生和傳播在用電系統中，產生諧波的根本原因是由于具有非線形阻抗特性的 用電設備（又稱非線形負荷）用電的結果。這些非線形負荷

3、在工作時 從電網取用非正弦電流， 就是說，即使電流給這些負荷供給的是正弦 波形的電壓，但由于它們具有電流不隨著電壓同步變化的非線形的電 壓-電流特性，使得流過電網的電流是非正弦波形的，即這種電流是 由基波與諧波成分組成， 結果使其波形產生畸變。 諧波電流流經電網 阻抗，形成諧波電壓，導致電源系統的電壓波形畸變，使電能質量變 壞，從而影響同一供電系統的其它負荷設備。三、 諧波的危害 1）供用電系統中的諧波危害主要表現在以下幾個方面： 供電設備在高頻分量作用下，集膚效應增大、渦流、磁滯等影響 增加，引起異常過熱，損耗大為增加。由于諧波頻率的疊加影響導致頻率不穩，使旋轉電機轉速不穩， 附加損耗增加，

4、使用電設備機械振動加大，甚至發生機械諧振。諧波成分使電流和電壓波形發生畸變， 波峰的畸變會使對峰值敏 感的設備或元件受影響（如過電壓引起擊穿或過電流引起誤動） ，而 波形過零點的畸變直接對測控元件或設備產生干擾和誤動。 2）以下為易受諧波影響的主要設備：變壓器、旋轉電機：鐵芯磁感應環流增加，大大加大電氣設備發 熱損耗增加功耗；加速絕緣老化，影響設備壽命。電線電纜：集膚效應增大，發熱損耗增加；加速絕緣老化，影響 壽命。 電力電容器組： 諧波電壓會加速電容器的老化， 使電容器的損耗系數 增大，附加損耗增加，從而容易發生故障和縮短電容器的壽命。另一 方面，電容器的電容與電網的感抗組成的諧振回路的諧振

5、頻率等于或 接近于某次諧波分量的頻率時， 就會產生諧波電流放大， 使得電容器 及熔斷器因過熱、過電壓等而不能正常運行甚至燒毀。 供用電設備：旋轉電機轉速不穩，供用電設備機械振動加大，甚至發 生機械諧振。 測控元件或設備：受諧波干擾而出錯或誤動。如負荷開關誤跳、產生 測控設備失控或不穩定。四、諧波的消除我公司生產的 LHC 諧波濾除裝置是針對電網低壓側不同頻率點 的高次諧波（3次、5次、7次、11次）進行吸收的一種無源濾 除裝置，它主要適用于中頻爐、直流電動機、馬達、靜態變流器、焊 接設備、電弧爐等非線形負載的企業。 該裝置主要采用了電抗器和電 容器在不同頻率點處發生諧振， 從而在該頻率點產生很

6、低的阻抗， 以 至達到吸收該次諧波的目的， 因此，避免將諧波電流返送到電力變壓 器，大大地降低了電網的諧波量，同時，又有利于用戶電力變壓器長 期有效的運行， 降低功耗及電力元器件額外發熱和損失， 提高了設備 和其他電器組件運行的可靠性和安全性。 該裝置還可提供約 15%的基 波（50Hz）無功功率補償，且有一定的節電效果。因此，使用該裝 置是最經濟的投資， 且投資費用一般于 814個月左右即可收回。 同 時，國家為規范其電網電能質量， 已開始強制對一些諧波分量大的廠家進行了不同程度的罰款和停產LHC 系列產品廣泛應用于制造業、加工業、煤礦、冶金工業中 的感應加熱、商業建筑中的電梯、風機、商業和

7、工業建筑樓宇中的計 算機及其他重要負載所用的不間斷電源。主要技術指標1、額定工作電壓：三相四線 380±20%（可設定）2、容量：（每個 GGD 柜容量為 500KVA ）允許 5 次諧波容量最大電流為140A，允許7次諧波容量最大電流為90A。3、諧波電流吸收率對于 5 次諧波吸收率平均為 75%對于 7 次諧波吸收率平均為 70%4、電壓諧波畸變率（在公共連接點）W 5% THDu （400V）5、無功補償量：約 60360kvar6、自動保護功能：過流保護：5次諧波時動作點電流為 130A， 7次諧波時動作點 電流為 80A。過熱保護：電抗器溫度105C時（最大溫升60C）,保

8、護動作。保護形式：電阻限流方式。7、裝置啟動及停止方式：自動。8、連續工作溫升電抗器溫升不大于60 C。電容器溫升不大于30 C。9、顯示方式：電壓、電流、視在功率、有功功率、無功功率、功 率因數、過壓值。10、外型：標準GGD柜。外型尺寸和參數系統電壓2001100V基波頻率50/60HZ每柜輸出容量約 60360kvar柜體尺寸W x D x H (mm)600 x 800 x 2200800 x 800 x 22001000X 800x 2200防護等級IP20執行標準電能質量 公用電網諧波GB/T14549-93電能質量 電力系統頻率允許偏差GB/T15945-95電能質量 供電電壓允

9、許偏差GB12325-90電能質量電壓允許波動和閃變GB12326-2000電能質量 三相電壓允許不平衡度GB/T15543-95IEEE-519 Q/TSH12-2001諧波吸收3次、5次、7次、11次如有特殊規格要求，請洽洵本公司相關人員整機及主要部件圖使用條件LHC諧波濾除裝置正常使用條件:1、 環境濕度：-25 °C 55 °C2、 海拔高度：w 1000m3、 相對濕度：w 90%(25C)4、 安裝場所應無嚴重影響本裝置的絕緣氣體、蒸汽、化學沉積、 灰塵、污垢及其他爆炸性和侵蝕性介質。5、 安裝場所應無嚴重振動。6、 凡不符合上述規定的特殊使用條件，應由使用單位

10、和我廠協商 確定。工作原理+ 140V-140V1、綜合電壓失真波形+ 140V-140V2、五次諧波波形(250HZ+ 140V-140V3 50Hz正弦波形輸電及配電系統是根據頻率恒定，并在電壓及電流波形是正弦波的條件下運行而設計的。然而非線形負載如：晶閘管、整流器、電弧 爐中頻爐等連接至系統會產生大量的諧波電流而導致系統電壓及電 流波形畸變。為了消除電力系統上的諧波，使用諧波濾波器是最佳的方法，同 時在基波頻率亦可產生無功功率補償。諧波濾波器是由電容器、串聯電抗器所組成的。諧波濾波器中的 電容器容量是依據在基波頻率時，系統所需補償的無功功率和各次諧 波電流而設計的。而電抗器的電感值的選擇

11、是依據在該次諧波頻率 時，能與電容器產生串聯諧振回路而設計的， 結果使諧波濾波器在該 次諧波頻率時形成非常低的阻抗，讓大部分的該次諧波電流流入諧波 濾波器。C5JcdL C1 sL5L7L11Ih典型的諧波濾波器，大部分為 5次、7次、11次、13次（如上圖 所示）。諧波濾波器的柜體是由鋼板組合而成， 其中包含電磁接觸器、 熱繼電器、電抗器、電容器，通常諧波濾波經熔絲再接至匯流排。諧波濾波器和自動投切電容器柜的控制方式皆依據負載所需的 無功功率，由功率因數調整器自動調整。諧波濾波器是針對客戶現場需求而設計， 并保證達到最好的無功 功率補償及吸收諧波的特性以達到有效的投資效益。其主回路工作過程，

12、如下圖：對于LC主回路，其特征阻抗為Z0=(L/C)1/2回路Q值為Q=Z0/ Ro, Ro為等效電阻與限流電阻之值，Q值決定了 LC回路的吸收率，PC為 有源分路的調節器， 受控于諧波電流檢測控制單元， 控制器則提供系 統的無功狀態，二者通過運算來解決 PC的運行方式，此外，當電抗 器L的溫度過高時，將優先斷開 PC而使Ro投入了保護裝置在過大 的諧波電壓下電抗器的壽命，由此完成了一個完整的LC濾波吸收工作方式。ABCKM5KM7C5諧波電流丁諧波電流檢測控制1檢測控制L7諧波電流 檢測控制L11L5低壓諧波濾波系統示例圖元器件特性一、 電容器1、使用法國和德國材料的電介質，干式并具有自復性

13、。2、內部每一元件均含（a）過電流保護（b）溫度過高保護（c）壓力過大保護3、內無釋放電阻，才用外接線圈釋放。4、電容器內部未用保險絲，采用壓力保護架。5、沒一單元均有接線盒、接地端子，以確保用電安全。6、額定頻率 50Hz/60Hz 均有。7、絕緣基準 3KVrms/15Kvcrest 。8、電力損耗低（內無釋放電阻） <0.4W/kvar 重量輕。9、可耐 1.1 倍的連續過電壓。10、可耐 1.3 倍的連續過電流。11、適用溫度范圍-40 °C/D （+50C）。12、 設計年、制造及實驗依據IEC、VDE BS并適合大部分國家及 國際標準之要求。13、經UL及CSA審核

14、通過。二、 電抗器1、未用鐵芯，而是采用空芯銅排制成，原因：（ a） 鐵芯噪音大。（ b） 易飽和產生諧振。（c）必須使Q值降低（Q值愈高，磁場愈強）。2、線圈絕緣：使用多元酯薄膜或樹脂與玻璃纖維混合而成。3、絕緣等級B級（130C）或F級（155C）。4、周圍溫度-40 C /+40 C,最大亦可要求55C。5、制造標準： IEC289/VDE0532。三、 主接觸器1、采用機電一體化開關（一個周波內，沖擊電流可達額定電流的 10倍）。2、模塊采用進口可控硅。四、諧波控制器1、比流器：5A 0.7VA （Burden）。2、輸出接點容量2.0A, 400VAC3、所有經設定之值不受電壓變動而

15、影響其操作程序。4、斷電后自動將有輸出接點跳脫，。復電后再依序投入。5、頻率：50Hz或 60Hn6、適用溫度范圍0+50 C。7、體積小，重量輕。裝置與負載連接該裝置與負載上的連接為并聯方式，其公共連接點（ PCC外接 入系統三相電源，裝置到PCC處的連接線應考慮到諧波電流值， 選擇 導線截面應考慮電流趨膚效應的影響，其電流密度應按 2.5A/mm選 擇。本裝置采用70 mn2塑膠電線作為與PCC的連接導線。因國際上 IEC標準規定的諧波電壓及電流允許量是與公共連接點（ PCC處短 路容量有關的，如下圖表（國際標準）所示：表1.1公用電網諧波電壓（相電壓）限值國家標準電網額定電壓KV電壓總諧

16、波畸變率%各次諧波電壓含有率%奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.6104.03.21.6353.02.41.2663.02.41.21002.01.60.8表 1.2 IEEE-519PCC 諧波電流限值（lh/11） %Ih/I1奇次諧波hTHD（ %h<1111< h<1717< h<2323<h<3535<h<204.02.01.50.60.35.020-507.03.52.51.00.58.050-10010.04.54.01.50.712.0100-100012.05.55.02.01.015.0>1000

17、15.07.06.02.51.420.0表1.3 PCC諧波電壓限值（Vh/V1 ） %2.3-69kV69-138kV>138kV單次諧波電壓限值3.01.51.0電壓諧波總畸變限值5.02.51.5對于0.4kV等級諧波限制的允許量，國際通用標準和國內標準為5%這也作為本裝置的驗收標準檢測方法檢驗裝置的諧波效果應在PCC出處進行，選擇ANALYST206鉗型 電能分析儀（簡稱LEM表）或采用美國FLUKE43B型電能分析儀，測 試數據包括諧波電流分量、 線總電流波形圖、諧波電壓分量、以及（相） 電壓波形圖。LEM表最多可儲存8份數據，FLUKE43B表最多可儲存20份數據， 二者可通

18、過微機接口打印出測量結果，同時也可在線監測。 適用范圍本裝置使用 3、5、7、11 次等高次諧波的吸收，主要針對非線形 負載，對于如整流電鍍、變壓器、中頻爐、電弧爐、變頻器及其他諧 波分量大的裝置應針對其主諧波特征進行測量再決定濾波裝置的諧 波吸收次數和容量，其基本工作方式相同。LHC系列濾波裝置的優點在于運行穩定可靠，成本比有源濾波裝置低得很多， 尤其適用于諧振點少于 3個的特定負載。 其缺點就是對 于諧振點大于 3個的負載， 其占地面積大，成本上升，這時應考慮有 源濾波為主。案例分析 癥狀一：一個汽車制造廠在組裝線輸送機上有很多電子調速驅動裝 置，并使用了無功補償電容來修正功率因數，不久他們就發現，電容 器的損壞率很高； 同時輸送線設備的控制精度經常出錯， 導