關(guān)于召開 2024 山西省煤炭學(xué)會煤礦智能化委員會年會暨千人智庫科創(chuàng)服務(wù)站工作會的通知

國家標(biāo)準(zhǔn)GB3485—83中第1.14條規(guī)定：“企業(yè)要采取相應(yīng)措施抑制用電設(shè)備諧波分量的產(chǎn)生。”本文對諧波的產(chǎn)生、危害作分析，并提出抑制措施，以提高電能質(zhì)量，改善電器設(shè)備運(yùn)行環(huán)境。

1、諧波的產(chǎn)生   

 企業(yè)供電設(shè)備中，存在著許多引起高次諧波電流的因素。主要是晶閘管整流裝置、電弧煉鋼爐、電焊機(jī)、變壓器等這些電壓與電流呈非線性關(guān)系的元件。例如，接入電網(wǎng)的晶閘管整流裝置，相當(dāng)于在電力系統(tǒng)內(nèi)裝設(shè)了高次諧波發(fā)生器。諧波的成分及幅值與整流器的接線、控制角α、重疊角γ和負(fù)荷的特性等因素有關(guān)。諧波電流的大小，在變壓器一次電流為梯形波（當(dāng)整流變壓器為Y，yo接線時）的理想情況下，其諧波電流有效值為

I=I₁/n

 式中：I₁—基波電流有效值，A        n —諧波次數(shù)

2、諧波的危害        

諧波源所產(chǎn)生的高次諧波，其影響不止局限于一個企業(yè)或一條線路，而是普遍地使與母線相聯(lián)的所有線路上的發(fā)、供、用電設(shè)備的電壓和電流波形發(fā)生畸變，其危害歸納起來主要有：

（1）使電網(wǎng)的電壓和電流波形發(fā)生畸變，導(dǎo)致電能指標(biāo)變壞；

（2）使電氣設(shè)備如電動機(jī)、發(fā)電機(jī)、移相電力電容器等的鐵損增加而過熱；

（3）使電器設(shè)備的電介質(zhì)加速老化，絕緣壽命縮短；

（4）諧波電流的存在使感應(yīng)式電氣測量儀表指示不準(zhǔn)確，影響控制、保護(hù)、檢測裝置的工作精度和可靠性；

（5）對電子控制、音頻控制、繼電保護(hù)等系統(tǒng)，造成誤觸發(fā)、誤動作等現(xiàn)象；

（6）對音頻電話及通信產(chǎn)生噪音和干擾，嚴(yán)重影響通話質(zhì)量。尤以16-21次（即800-1050Hz）諧波分量的干擾作用最強(qiáng)。

（7）若移相電容器配置不當(dāng)時，可能在某一高次諧波的作用下引起諧振。

因此，國家規(guī)定企業(yè)向電網(wǎng)注入的各次諧波電流不得超過允許值，對高壓末級6kv或10kv系統(tǒng)而言，其允許值如表1所示。

若企業(yè)采取措施后仍超過表1規(guī)定的允許值，那么也不應(yīng)超過表2中諧波電壓畸變率指標(biāo)，否則還應(yīng)進(jìn)一步采取措施使之降低。

3、抑制方法  

（1）整流變壓器采用Y/Δ或Δ/Y接線  

三相晶閘管整流裝置的整流變壓器，采用Y/Δ或Δ/Y接線 時，可抑制3的倍數(shù)次的高次諧波。其特點(diǎn)是：在三相系統(tǒng)內(nèi)，通過傅氏級數(shù)分解可以看出，所有3的倍數(shù)次的高次諧波分量，其幅值相等，相位一致。

①當(dāng)整流變壓器采用Y/Δ接線 時，如圖1所示，當(dāng)高次諧波電流從晶閘管裝置反竄到變壓器副邊繞組內(nèi)時，其中3的倍數(shù)次的高次諧波電流i_3Σ因相位一致，即在Δ接繞組內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流，能量消耗在繞組的電阻中，在繞組端子上就不會出現(xiàn)3的倍數(shù)次的高次諧波電勢，所以自然就抑制了3的倍數(shù)次的高次諧波。

②當(dāng)整流變壓器采用Δ/Y接線 時，如圖2所示，當(dāng)高次諧波電流從晶閘管裝置反竄到變壓器副邊繞組內(nèi)時，其中3的倍數(shù)次的高次諧波電流因無回路可通，所以自然就被抑制而不存在，但將導(dǎo)致鐵心內(nèi)出現(xiàn)3的倍數(shù)次的高次諧波磁通。這些高次諧波磁通（三相相位一致）將使變壓器原邊繞組各相內(nèi)產(chǎn)生3的倍數(shù)次的高次諧波電勢，從而產(chǎn)生3的倍數(shù)次的高次諧波電流，因為它們相位一致，只能在Δ繞組內(nèi)環(huán)流，將能量消耗在繞組電阻中，故原邊繞組端子上不會出現(xiàn)3的倍數(shù)次的高次諧波電勢。

因此，在整流變壓器采用Y/Δ或Δ/Y接線 時，其電源端的高次諧波中都無3的倍數(shù)次諧波，而只有5、7、11、13、17等次諧波。

（2）增加整流器的脈沖次數(shù)，改善電網(wǎng)電壓波形

晶閘管整流裝置的脈波次數(shù)越多，則整流后的電壓或電流脈動曲線越平坦，高次諧波電壓含有率K₀（高次諧波電壓有效值/無負(fù)荷控制時的直流電壓，%）越低，并且晶閘管的控制角α（0≤α≤90⁰）越小，高次諧波電壓含有率越低，因而可通過三相電源組成的各相整流電路的利用，降低高次諧波電壓含有率，提高電能指標(biāo)。

（3）采用濾波電路，改善電網(wǎng)電能指標(biāo)

調(diào)諧濾波器有L-R-C等元件組成串聯(lián)諧振回路，由于它對諧波電流來說，阻抗很小，因此，能吸收諧波，不讓其注入電網(wǎng)。

對于電網(wǎng)中的5、7、11、13等次諧波，有針對性地裝設(shè)調(diào)諧濾波電路，濾波器采用單諧振串聯(lián)L-R-C回路三相Y接，并聯(lián)于整流變壓器側(cè)母線上，L、R、C參數(shù)的選擇根據(jù)想去掉哪一次高次諧波而定，按下式選擇L和C：

              kωL-     =  0    

式中：k— 要濾去的諧波次數(shù)，如5、7、11等

R值的選擇根據(jù)能限制濾波回路的電流值以確保L和C的安全為原則。

加裝濾波電路后，可將高次諧波部分濾除，就能保證總的電壓畸變率極限值不超標(biāo)。