谐波滤除装置汇总.docx

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1、谐波滤除装置POWER上海殷家集团有限公司SHANGHAIINGAGROUPCO。 LTD 目录概述主要技术指标外型尺寸和参数整机及主要部件图使用条件工作原理元器件特性装置与负载连接检测方法使用范围案例分析 概述一、谐波的概念在一些现在工业或商业的动力系统中， 有时会出现一些原因莫明的故障或事故。例如，在额定负荷范围内，有些变压器或电缆会出现异常温升，有些出现补偿电容器或熔断器发热烧毁、 一些测控元件或控制保护设备产生异常误差或误动作、 负荷开关失控、 生产工艺或产品质量不稳定等问题。 而且，事件后的调查往往发现上述出问题的设备在事前性能和状态都是好的， 那么，引起这些故障或事故的原因是什么呢

2、？如果这些故障或事故只是偶然出现一次； 那其起因有很多可能； 但如果在相同条件下多次或经常出现同类问题， 那我们因该有所警觉； 最可能的起因只有一个电力谐波及其影响。在理想情况下，电源提供的电压和电流具有标准 50Hz 频率的正弦波形，但在实际中供电电压和电流的波形由于某些原因产生畸变， 即叠加了谐波成分，电力谐波是一些频率为基波频率整数倍的正弦波分量，又称高次谐波。谐波成分的多少，反映了电压和电流实际波形偏离理想波形的畸变程度，所以说，电力谐波是反映动力系统电能质量好坏的一个重要指标。二、谐波的产生和传播在用电系统中，产生谐波的根本原因是由于具有非线形阻抗特性的用电设备（又称非线形负荷）用电

3、的结果。这些非线形负荷在工作时从电网取用非正弦电流， 就是说，即使电流给这些负荷供给的是正弦波形的电压，但由于它们具有电流不随着电压同步变化的非线形的电压 -电流特性，使得流过电网的电流是非正弦波形的，即这种电流是由基波与谐波成分组成， 结果使其波形产生畸变。 谐波电流流经电网阻抗，形成谐波电压，导致电源系统的电压波形畸变，使电能质量变坏，从而影响同一供电系统的其它负荷设备。三、 谐波的危害1）供用电系统中的谐波危害主要表现在以下几个方面：供电设备在高频分量作用下，集肤效应增大、涡流、磁滞等影响增加，引起异常过热，损耗大为增加。由于谐波频率的叠加影响导致频率不稳，使旋转电机转速不稳，附加损耗增

4、加，使用电设备机械振动加大，甚至发生机械谐振。谐波成分使电流和电压波形发生畸变， 波峰的畸变会使对峰值敏感的设备或元件受影响（如过电压引起击穿或过电流引起误动） ，而波形过零点的畸变直接对测控元件或设备产生干扰和误动。2）以下为易受谐波影响的主要设备：变压器、旋转电机：铁芯磁感应环流增加，大大加大电气设备发热损耗增加功耗；加速绝缘老化，影响设备寿命。电线电缆：集肤效应增大，发热损耗增加；加速绝缘老化，影响寿命。 力 容器 ： 波 会加速 容器的老化，使 容器的 耗系数增大，附加 耗增加，从而容易 生故障和 短 容器的寿命。另一方面， 容器的 容与 网的感抗 成的 振回路的 振 率等于或接近于某

5、次 波分量的 率 ，就会 生 波 流放大， 使得 容器及熔断器因 、 等而不能正常运行甚至 。供用 ：旋 机 速不 ，供用 机械振 加大，甚至 生机械 振。 控元件或 ：受 波干 而出 或 。如 荷开关 跳、 生 控 失控或不 定。四、 波的消除我公司生 的 LHC 波 除装置是 网低 不同 率点的高次 波（ 3 次、 5 次、 7 次、 11 次） 行吸收的一种无源 除装置，它主要适用于中 炉、直流 机、 达、静 流器、 接 、 弧炉等非 形 的企 。 装置主要采用了 抗器和 容器在不同 率点 生 振， 从而在 率点 生很低的阻抗， 以至达到吸收 次 波的目的， 因此，避免将 波 流返送到

6、力 器，大大地降低了 网的 波量，同 ，又有利于用 力 器 期有效的运行， 降低功耗及 力元器件 外 和 失， 提高了 和其他 器 件运行的可靠性和安全性。 装置 可提供 15%的基波（ 50Hz）无功功率 ，且有一定的 效果。因此，使用 装置是最 的投 ， 且投 用一般于 814 个月左右即可收回。 同 ，国家 范其 网 能 量， 已开始 制 一些 波分量大的厂家进行了不同程度的罚款和停产。LHC 系列产品广泛应用于制造业、加工业、煤矿、冶金工业中的感应加热、商业建筑中的电梯、风机、商业和工业建筑楼宇中的计算机及其他重要负载所用的不间断电源。主要技术指标1、额定工作电压：三相四线38020%

7、（可设定）2、容量：（每个 GGD 柜容量为 500KVA）允许 5 次谐波容量最大电流为 140A，允许 7 次谐波容量最大电流为 90A。3、谐波电流吸收率对于 5 次谐波吸收率平均为75%对于 7 次谐波吸收率平均为70%4、电压谐波畸变率（在公共连接点）5% THDu（400V）5、无功补偿量：约60360kvar6、自动保护功能：过流保护： 5 次谐波时动作点电流为130A，7 次谐波时动作点电流为 80A。过热保护：电抗器温度105时（最大温升 60），保护动作。保护形式：电阻限流方式。7、装置启动及停止方式：自动。8、连续工作温升电抗器温升不大于60。电容器温升不大于30。9、

8、示方式： 、 流、 在功率、有功功率、无功功率、功率因数、 。10、 外型： 准 GGD 柜。外型尺寸和参数系 2001100V基波 率50/60Hz每柜 出容量约 60360kvar柜体尺寸6008002200WDH（mm）800800220010008002200防 等 IP20 能 量公用 网 波 GB/T14549-93 能 量 力系 率允 偏差 GB/T15945-95 行 准 能 量供 允 偏差 GB12325-90 能 量 允 波 和 GB12326-2000 能 量三相 允 不平衡度GB/T15543-95IEEE-519Q/TSH12-2001 波吸收3 次、 5 次、 7

9、次、 11 次如有特殊 格要求， 洽洵本公司相关人 整机及主要部件图使用条件LHC谐波滤除装置正常使用条件：1、环境湿度： -25 55 2、海拔高度： 1000m3、相对湿度： 90%（25）4、安装场所应无严重影响本装置的绝缘气体、蒸汽、化学沉积、灰尘、污垢及其他爆炸性和侵蚀性介质。5、安装场所应无严重振动。6、凡不符合上述规定的特殊使用条件，应由使用单位和我厂协商确定。工作原理+140V+140V+140V-140V-140V-140VOmes20msOmes20msOmes20ms1、综合电压失真波形2、五次谐波波形（ 250Hz）3、50Hz正弦波形输电及配电系统是根据频率恒定，并在

10、电压及电流波形是正弦波的条件下运行而设计的。然而非线形负载如：晶闸管、整流器、电弧炉中频炉等连接至系统会产生大量的谐波电流而导致系统电压及电流波形畸变。为了消除电力系统上的谐波， 使用谐波滤波器是最佳的方法， 同时在基波频率亦可产生无功功率补偿。谐波滤波器是由电容器、 串联电抗器所组成的。 谐波滤波器中的电容器容量是依据在基波频率时， 系统所需补偿的无功功率和各次谐波电流而设计的。而电抗器的电感值的选择是依据在该次谐波频率时，能与电容器产生串联谐振回路而设计的， 结果使谐波滤波器在该次谐波频率时形成非常低的阻抗， 让大部分的该次谐波电流流入谐波滤波器。C5C7C11s L5IhL7L11典型的

11、谐波滤波器，大部分为5 次、 7 次、 11 次、 13 次( 如上图所示 ) 。谐波滤波器的柜体是由钢板组合而成，其中包含电磁接触器、热继电器、电抗器、电容器，通常谐波滤波经熔丝再接至汇流排。谐波滤波器和自动投切电容器柜的控制方式皆依据负载所需的无功功率，由功率因数调整器自动调整。谐波滤波器是针对客户现场需求而设计，并保证达到最好的无功功率补偿及吸收谐波的特性以达到有效的投资效益。其主回路工作过程，如下图：1/2对于 LC主回路，其特征阻抗为Z0=（L/C） 回路 Q值为 Q=Z0 / R0，R0 为等效电阻与限流电阻之值，Q 值决定了 LC 回路的吸收率， PC为有源分路的调节器， 受控于

12、谐波电流检测控制单元，控制器则提供系统的无功状态，二者通过运算来解决PC的运行方式，此外，当电抗器 L 的温度过高时，将优先断开 PC，而使 R0 投入了保护装置在过大的谐波电压下电抗器的寿命，由此完成了一个完整的 LC 滤波吸收工作方式。A B C400V50HzKM5KM7C5C7谐波电流检测控制LOADKM11谐波电流C11 谐波电流检测控制检测控制L5L7L11QQQ低压谐波滤波系统示例图元器件特性一、电容器1、使用法国和德国材料的电介质，干式并具有自复性。2、内部每一元件均含（a）过电流保护（b）温度过高保护（c）压力过大保护3、内无释放电阻，才用外接线圈释放。4、电容器内部未用保险

13、丝，采用压力保护架。5、没一单元均有接线盒、接地端子，以确保用电安全。6、额定频率 50Hz/60Hz 均有。7、绝缘基准 3KVrms/15Kvcrest 。8、电力损耗低（内无释放电阻）0.4W/kvar 重量轻。9、可耐 1.1 倍的连续过电压。10、 可耐 1.3 倍的连续过电流。11、 适用温度范围 -40 /D（+50）。12、 设计年、制造及实验依据IEC、VDE、BS，并适合大部分国家及国际标准之要求。13、 经 UL及 CSA审核通过。二、电抗器1、未用铁芯，而是采用空芯铜排制成，原因：（a）铁芯噪音大。（b）易饱和产生谐振。（c）必须使 Q值降低（ Q值愈高，磁场愈强）。2

14、、线圈绝缘：使用多元酯薄膜或树脂与玻璃纤维混合而成。3、绝缘等级 B 级（ 130）或 F 级（ 155）。4、周围温度 -40 /+40 ，最大亦可要求55。5、制造标准： IEC289/VDE0532。三、主接触器1、采用机电一体化开关（一个周波内，冲击电流可达额定电流的10 倍）。2、模块采用进口可控硅。四、谐波控制器1、比流器： 5A 0.7VA（Burden）。2、输出接点容量 2.0A，400VAC。3、所有经设定之值不受电压变动而影响其操作程序。4、断电后自动将有输出接点跳脱， 。复电后再依序投入。5、频率： 50Hz或 60Hz。6、适用温度范围 0.+50 。7、体积小，重量

15、轻。装置与负载连接该装置与负载上的连接为并联方式，其公共连接点（PCC）外接入系统三相电源， 装置到 PCC处的连接线应考虑到谐波电流值，选择导线截面应考虑电流趋肤效应的影响，其电流密度应按2选2.5A/mm择。2本装置采用70 mm塑胶电线作为与PCC的连接导线。因国际上IEC 标准规定的谐波电压及电流允许量是与公共连接点（PCC）处短路容量有关的，如下图表（国际标准）所示：表1.1公用电网谐波电压（相电压）限值国家标准电网额定电压电压总谐波畸各次谐波电压含有率%KV变率 %奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.6104.03.21.6353.02.41.2663.02.41.

16、21002.01.60.8表 1.2 IEEE-519PCC 谐波电流限值（ Ih/I1 ）%Ih/I1奇次谐波 hTHD（%）h11 11h17 17h2323h3535h100015.07.06.02.51.420.0表 1.3 PCC 谐波电压限值（ Vh/V1 ） %2.3-69kV69-138kV138kV单次谐波电压限值3.01.51.0电压谐波总畸变限值5.02.51.5对于 0.4kV 等级谐波限制的允许量， 国际通用标准和国内标准为5%，这也作为本装置的验收标准。检测方法检验装置的谐波效果应在PCC出处进行，选择 ANALYST2060钳型电能分析仪（简称LEM表）或采用美国

17、FLUKE43B型电能分析仪，测试数据包括谐波电流分量、 线总电流波形图、谐波电压分量、以及（相）电压波形图。LEM表最多可储存8 份数据，FLUKE43B表最多可储存 20 份数据，二者可通过微机接口打印出测量结果，同时也可在线监测。适用范围本装置使用 3、5、7、11 次等高次谐波的吸收，主要针对非线形负载，对于如整流电镀、变压器、中频炉、电弧炉、变频器及其他谐波分量大的装置应针对其主谐波特征进行测量再决定滤波装置的谐波吸收次数和容量，其基本工作方式相同。LHC系列滤波装置的优点在于运行稳定可靠，成本比有源滤波装置低得很多，尤其适用于谐振点少于3 个的特定负载。 其缺点就是对于谐振点大于

18、3 个的负载，其占地面积大，成本上升，这时应考虑有源滤波为主。案例分析症状一：一个汽车制造厂在组装线输送机上有很多电子调速驱动装置，并使用了无功补偿电容来修正功率因数，不久他们就发现，电容器的损坏率很高； 同时输送线设备的控制精度经常出错，导致次品率上升。问题分析：无功补偿电容器和配电网的感抗偶合，在高于基波的频率上形成谐振，在没有谐波分量存在时，通常不会有什么问题。但当使用电子调速驱动装置或整流换流设备， 使回路中出现谐波时， 就可能产生与补偿电容相关的谐振放大， 从而引起过电压和大电流， 在烧损补偿电容的同时，也干扰了正常生产。症状二：一个大型印刷中心， 在用新的高效电子驱动替代了机械式电

19、机调速装置后，生产线恢复不久，供电变压器就发生了故障。问题分析：新的电子驱动产生的谐波电流引起变压器过热， 并导致最终的故障，这种情况对母排、电缆、及电机等都有可能发生。症状三：一铝材厂功率因数为0.85 ，厂内工程师为免交力率附加费，计划进行无功补偿，但补偿电容安装以后功率因数却只有 0.72 。问题分析：按规定，供电部门对功率因数过低的用户收取额外的费用（力率附加费），对低于 0.9 的功率因数通常有较高的收费比例。一般感应符合（电机）吸收无功引起的功率因数低下，可通过电容补偿无功来提高功率因数。 对有大量谐波分量的用户， 功率因数是基波位移功率因数（ DPF）和一个较下的谐波分量的结合。当谐波分量较为显著时，使用补偿电容放大了谐波电流， 使电路的综合功率因数更差。对以上案例其最终解决方法就是要把各用电系统谐波分量降到一定范围以内，而选择适当的补偿和滤波方案是达到这一目标的最有效、简便实用的途径