谐波治理培训

1、电能质量（二）电能质量（二）谐波治理谐波治理个人简介 刘成军 男国家注册电气工程师（供配电） 国家一级注册建造师（机电） 安徽大学工学学士（电气工程及其自动化） 合肥工业大学工程硕士（柔性交流输电系统） 近十年来一直致力于电能质量领域，圆满完成数百个高、低压动态无功补偿、谐波治理等电能质量项目。 一、谐波的概念 基波：我国电网采用频率50Hz的正弦波； 3次谐波：50*3=150Hz频率的正弦波； 5次谐波：50*5=250Hz频率的正弦波； 7次谐波：50*7=350Hz频率的正弦波； 11次谐波：50*11=550Hz频率的正弦波； 13次谐波：50*13=650

2、Hz频率的正弦波；谐波的分类正负零序谐波二、谐波的产生 谐波的产生主要是来自下列具有非线性特性非线性特性 的电气设备 (1)具有铁磁饱和特性的铁芯没备 如变压器、电抗器等 此种设备产生谐波较少(2)以具有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备 气体放电灯、交流弧焊机、炼钢电弧炉等 这种负荷谐波含量大且有低次、偶次谐波(3)以电力电子元件为基础的开关电源设备 如：各种电力变流设备(整流器、逆变器、变频器)、相控调速和调压装置，大容量的电力晶闸管可控开关设备等 三、谐波的危害 (1)对旋转电机的影响： 谐波对旋转电机的危害主要是产生附加的损耗和转矩。由于集肤效应、磁滞、涡流等随着频率 的增高而使在旋

3、转 电机的铁心和绕组 中产生的附加损耗 增加。降低使用寿 命 。 （2）对变压器的影响： 谐波电流使变压器的铜耗增加，特别是3次及其倍数次谐波对三角形连接的变压器，会在其绕组中形成环流，使绕组过热；破坏变压器绝缘，降低变压器使用寿命。 (3)对输电线路的影响： 在集肤效应的作用下，谐波电流使输电线路的附加损耗增加。 谐波还使三相供电系统中的中性线的电流增大，导致中性线过载 容易激励出较大 的谐波谐振和谐 波放大，造成绝 缘击穿的事故 (4)对电力电容器的影响： 会加速电容器的老化，容易发生故障和缩短电容器的寿命 ； 和系统引起谐振导致电容器鼓肚、烧毁、爆炸！ （5）影响继电保护和自动装置的工作

4、和可靠性： 会引起发保护误动(若误动引起跳闸，则后果严重) 6、使测量和计量仪器的指示和计量不准确; 7、干扰通信系统的工作; 8、对用电设备的不良影响; 四、谐波治理的现状及治理方法 20世纪20年代和30年代在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变 1982年国际电工委员会第一次制定了通用电气设备产生谐波的限制标准IEC-55 1982年第一台实用的有源电力滤波器投入运行 无源滤波器 无源电力滤波器是传统的补偿无功和抑制谐波的主要手段； 无源电力滤波器由电力电容器、电抗器和电阻器适当组合而成。 滤波装置通常由若干个无源滤波器并联而成，每个滤波器在一个谐波频率附近或者在某一

5、个频带内呈现低阻特性，从而吸收谐波电流，使流入交流系统的谐波电流减小，达到抑制谐波的目的。 滤波器投入电网中工作时，往往与谐波源并联滤除特定次谐波电流。在基波下，滤波器通常呈容性，除了起滤波作用外，还可兼顾无功补偿的需要。 无源滤波器的形式 工程上实用的无源滤波装置一般由一组或数组单调谐滤波器组成，每组单调谐滤波器调谐于需要滤除的谐波频率上或者谐波频率附近，当需要滤除更高频率的谐波电流而幅值又较小时可以再加一组高通滤波器。 谐波电流谐波电流LOADLOAD负载负载谐波的方向谐波的方向谐波电压谐波电压谐波电压谐波电压LOAD谐波电流谐波电流I5 , I7 ,I11 谐波电压谐波电压谐波电压谐波电

6、压谐波流向谐波流向RPF无源滤波装置的形式低压滤波柜高压滤波柜高压户外式滤波无源滤波主要元件低压电容器低压电容器高压电容器高压铁心电抗器低压铁心电抗器空心电抗器无源滤波的优点 因其结构简单； 电压和容量可以做的很大； 在吸收谐波的基础上还可以补偿无功，改善功率因素； 维护方便； 造价低，运行费用也低； 对某一次高次谐波的吸收效果明显； 设计制造经验成熟。 因此成为传统的补偿无功和抑制谐波的主要手段。有源滤波APF 新型电力电子装置，它能对大小变化的谐波以及变化的无功进行补偿。它的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而极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含

7、基波分量。 有源滤波器外型50A100A300A有源滤波柜有源滤波柜主要有50A，100A两种规格可以有50和100A组合成150A 200A 250A 300A有源滤波的优点 1)实现了动态补偿，可对频率和大小都变化的谐波以及变化的无功功率进行补偿，对补偿对象的变化有极快的响应。 2)可同时对谐波和无功功率进行补偿，补偿无功功率时不需要储能元件，补偿谐波时所需要储能元件容量也不大，且补偿无功功率的大小可做到连续调节。 3)即使补偿电流过大，有源电力滤波器也不会发生过载，并能正常发挥补偿用。 4)受电网阻抗的影响不大，不容易和电网阻抗发生谐振。 5)能跟踪电网频率的变化，故补偿性能不受电网频率

8、变化的影响。 6)既可对一个谐波和无功源单独补偿，也可对多个谐波和无功源集中补偿。谐波标准供电系统高次谐波的产生源 包括铁磁饱和型、电子开关型和电弧型三大类。 一、磁饱和型设备（变压器、电动机、电抗器等） 铁芯设备谐波电流特点： 2、中性点接地变压器含有大量3及3倍次谐波电流； 3、有角形绕组变压器线电流中无三倍次频谐电流。 1、i0 为尖顶波，含有3、5、7等奇次谐波电流； 2、谐 波大小与电压有关，U高、 i0 大，谐波大。 变压器中的谐波电流： 1、配电变谐波问题突出；供电系统高次谐波的产生源（影响较大的谐波源，中频炉） 1、单相全控桥式整流 理想单相桥式整流交流侧电流为连续周期方波，只

9、含有2K1次谐波电流，不含直流和偶次谐波分量。供电系统高次谐波的产生源 理想三相桥式整流交流侧电流为断续周期方波，只含有6K1次谐波电流。 2、三相全控桥式整流供电系统高次谐波的产生源 理想6 相桥式整流交流侧电流为连续周期梯型波，含有12K1次谐波电流。 3、6相桥式整流 右图为用Y/y12和Y/d11接线整流变压器组成的6 相桥式整流 电路单相电路图。 图a谐波电流和图b谐波电流两者结合构成 6 相桥式整流电路 的谐波电流如图c所示。 理想6 相桥式整流直流侧的波头脉动数P=12。供电系统高次谐波的产生源特征谐波和非特征谐波 特征谐波整流装置理想情况下产生的谐波。 换流装置交流侧为谐波电流

10、源，特征谐波为h=KP 1； 换流装置直流侧为谐波电压源，特征谐波为h=KP。 例如：单相全波，P=2，产生1、3、5、7次谐波； 三相半波，P=3，产生2、4、6、8次谐波； 三相全波，P=6，产生5、7、11、13次谐波。 可见，整流波形波头脉动数P越大，谐波次数h越高，对应的h次谐波电流值Ih越小。 非特征谐波 指控制角不等，电压、阻抗不对称等因素产生次数不定的谐波。难以进行数值分析。供电系统高次谐波的产生源谐波 电力机车为波动性很大的、大功率单相整流负荷，有不对称、非线性、波动性和功率大等的特点，将产生高次谐波和基波负序电流。 1、牵引网的供电方式 两站距离4050Km； 供电距离20

11、25Km； 供电电压110/27.5KV。 2、机车电路与电流波形 电力机车电路和注入电网电流波形如图所示。由于采用单相全波整流，不采取措施将产生很大的谐波。供电系统高次谐波的产生源谐波供电系统高次谐波的产生源谐波特点 1）在工作状态产生谐波。治理为车载或投切方式； 2）单相全波整流P=2，典型谐波为奇次谐波； 3）电力机车谐波为典型谐波电流源； 4）产生的谐波含量大、次数低（P=2），影响大。 4、谐波分析 1）注入牵引变电站的谐波电流，为多辆机车谐波电流的叠加，运行方式变化大、计算复杂，通常只能实测； 2）注入电网的谐波电流为不平衡谐波，可能包含正序、负序、零序性质的谐波； 治理电力机车谐波的滤波器有特殊要求。供电系统高次谐波的产生源谐波特点（影响最大） 1、产生随机性、三相不平衡谐波和基