谐波治理说明

关于谐波的说明TOC\o"1-5"\h\z概述 3\o"CurrentDocument"第一部分:谐波的危害 3第二部分:谐波的治理方案 10\o"CurrentDocument"第三部分:谐波治理经济效益分析 10\o"CurrentDocument"附录：标准规范中对谐波含量的要求 12工厂配电系统是生产正常进行的重要保障，其稳定安全运行直接影响到工业生产的顺利进行和厂房电气安全，而电力成本在工业厂房中也是比较大的能耗点。在大量变频、整流设备大量使用的今天，谐波对设备安全经济运行存在着很大的威胁。由于卷烟厂大量应用基于变频技术的泵类、传动方面的控制，谐波源设备很多，使得厂内电力谐波超标，影响到设备和系统的正常运行，使在日常维护中电容和电机的维护量大幅增加。这种威胁在卷烟厂已经转换成了实际的电气故障，并在短期影响着生产的安全正常进行，在长期造成设备的寿命减短的问题。随着滤波技术的发展，有源滤波器在烟草行业中的应用，将会逐渐变成一种趋势。，本次项目研究的方向为减少谐波对现有设备的影响，根据本项目测试的数据和其他卷烟厂的测试、治理方案，提出采用有源滤波器进行谐波治理，解决谐波问题对能耗和设备安全的影响的方案，并详细阐述该方案的必要性和优缺点，最后对采用有源滤波方案进行谐波治理的经济效益进行初步分析。第一部分：谐波的危害1、谐波对烟草行业的危害随着现代科技迅猛发展，卷烟厂内的供电设施和用电设备中非线性负荷（变频、整流等）比重讯速增大，包括电能谐波、电压波动和电磁干扰等方面的供电质量正迅速恶化，对厂房内的电气安全和设备运行等带来了新的问题。近年来谐波问题给工业厂房带来的巨大影响越来越被人们所重视，由于谐波产生的电容烧毁、火灾、设备击穿等问题已经逐渐被人们所认识。由于烟草厂房有其固有的与其他行业不同的特殊设备，其制丝、打叶、输送、除尘等设备都是很典型的谐波污染源，这些生产设备当其启动的时候会产生较大的冲击电流，并伴随着产生大量的谐波电流，当其稳定运行时，谐波含量也很高。这些谐波问题已经在对我们厂房的其他设备甚至是这些谐波源设备本身造成了很大的影响，会出现诸如电容电抗频繁烧毁、计算机系统频繁出错死机、设备发热、绝缘易老化烧毁等问题，同时设备也极易老化。这些危害影响了系统的安全，也增大了设备损耗，具体危害表现如下：对能耗影响增加供配电系统传输能耗引起电缆、电机等用电设备附加发热引起电气设备震动谐波使配电系统功率因数过低'难以提升对设备影响易引起谐波谐振导致补偿电容组过流烧毁干扰整流与自控系统正常运行使变压器、电机工作容量降低谐波集肤效应使载流导体导电能力和设备工作容量下降3次以及3倍次谐波在中性线叠加易导致零序保护动作断路器开关开断能力下降，误动几率迅速上升甚至出现烧损

对安全影响3次以及3倍次谐波在中性线叠加易导致附加发热的火灾隐患谐波导致保护和自动装置误动或失灵引发非正常断电和设备中断事故电子装置因干扰误动作计量仪表误差增大电磁干扰影响，导致控制系统与计算机程序错误、无故重启、死机开关、控制与保护系统异常启动与停机2、烟草企业谐波问题及其危害分析卷烟厂车间内有大量大容量的非线性设备，通过我公司对各地卷烟厂内设备大量的测试数据分析，主要有以下几个工序谐波的问题比较突出。2.1、空调、除尘、除湿设备2.1.1、特征谐波这部分设备主要是采用六脉动的变频技术驱动电动机，其特征谐波为6K±1次谐波，主要有5、7、11、13、17、19等各次，在设备正常运行状况下，其谐波电流总畸变率在30%左右，电压总畸变率也较高，在4%左右，有些系统甚至达到7%左右。实测波形见下图。a、谐波电压（上）/电流（下）波形图IMEPLOTEVENTRealTimeViewCH1,2,33P4W[INTERNALMEMORY-0.841k : : 2011/08/0116:33:58.681 [）帆帆光标浇动设定16:33:591.2500kA/diuIMEPLOTEVENTRealTimeViewCH1,2,33P4W[INTERNALMEMORY-0.841k : : 2011/08/0116:33:58.681 [）帆帆光标浇动设定16:33:591.2500kA/diu:1.2500A/diu避皮柱状图清单b、谐波电流参数列表b、谐波电流参数列表c、谐波电压参数列表^表[No,630B/0116:44:52.3...|■=■||回||^^|嫌表[No.630B/0116:44:52.3...|■=■||回嫌表[No.630B/0116:44:52.3...|■=■||回||^^|次数(A)次数次数(A)10.9638k180.0002k350.0123k20.0019k190.0193k360.0004k30.0097k200.OOOTk370.0081k40.0005k210.0001k380.0020k50.2555k220.0005k390.0002k60.0006k230.0138k400.0010k70.0784k1240.0002k410.0015k80.0007k250.0124k420.0004k90.0018k260.0009k430.0017k100.0005k270.0001k440.0008k110.0619k280.OOOTk450.0007k120.0002k290.0111k460.0001k130.0306k300.0002k470.0077k140.0006k310.0099k480.0002k150.0003k320.0014k490.0043k160.0005k330.0004k500.0004k170.0259k340.0014kTHD29.02(%)_V][LOG 3际破▼||iHarm在上述系统的实测分析中，可以看到，系统的谐波电流畸变率、电压畸变率、频波成值都很高，电流波形图严重失真，电压波形呈锯齿状失真，谐波频谱宽且各次的含量都较大，对控制系统会造成很大影响，使系统误动作或宕机等。同时K值较高使系统的热损耗很大，增加了系统损耗，也降低设备的寿命。2.1.3、结论综上可得，卷烟厂内空调除尘除湿设备的谐波问题不容忽视，且由于这类设备在卷烟厂内配电容量中所占比例很大，设备功率很大，其产生的谐波问题就更会对整个系统产生很大的影响，因此必须进行相应的治理保证系统的稳定安全运行。2.2、制丝线（空压机、泵类、切丝机、切梗机等设备）2.2.1、特征谐波在现代化的卷烟厂中，这部分设备开始逐渐采用六脉动的变频技术进行驱动，以实现降低能耗，提高效率的目标，但变频器的引入也带来了大量的谐波污染，该生产线主要的特征谐波为K土1次谐波，主要有5、7、11、13、17、19、23、25等各次，在设备正常运行状况下，其谐波电流总畸变率在25%左右。实测波形见下图。a、谐波电压（上）/电流（下）波形图b、谐波电流参数列表c、谐波电压参数列表婿 表［Mo.l09/0211:15:25.01...|■=■||回||^^|螭谐猝！1表［No.l09/0211:15:25.01...亘甚|CH2二|(LJNEAR二J|l 二||VALUE二||iHarm|CH2二J|UNEAR=J 二］|VALUEiHarmt次数的次数的1次数(%)次数次数的I次数A 100.0018 0.01350.64A..............1100.00118I 0.00350.2520.13191.44360.0120.00190.26360.0130.40200.01370.9130.23200.00370.4040.08210.08380.0140.01210.03380.00519.71220.01390.1252.08220.00390.0660.03231.31400.0260.01230.30400.017T.T5240.01410.5770.57240.00410.2780.02251.15420.0280.00250.26420.0190.19260.01431.1190.02260.01430.54100.02270.12440.01100.01270.05440.01114.65280.01450.18110.41280.01450.10120.01290.97460.02120.00290.43460.01132.39300.01470.68130.3T300.00470.35140.01310.97480.01140.00310.41480.01150.10320.00490.91150.03320.01490.50160.02330.09500.01160.01330.03500.00172.2334 | 0.01THD 22.19(%)170.3434"I— 0.00THDT2.59(%)2.2.2、 数据分析在上述系统的实测分析中，可以看到，系统的谐波电流畸变率、很高，电流波形图严重失真，谐波频谱宽且各次的含量都较大，对控制系统会造成很大影响，使系统误动作或宕机等。功率因数偏低，一般在0.85左右，功耗较大。2.1.3、 结论制丝线的谐波主要来源于各种设备的变频驱动设施，分布很广，涉及设备较多，且单台电动机的容量都不是很大，宜对其进行集中侧的谐波治理保证系统安全稳定运行。2.3、输送设备（皮带/震动输送机、喂料机、物料提升机等）2.3.1、特征谐波在现代化的卷烟厂中，这部分设备开始逐渐采用六脉动的变频技术进行驱动，以实现降低能耗，提高效率的目标，但变频器的引入也带来了大量的谐波污染，该生产线主要的特征谐波为6K土1次谐波，主要有5、7、11、13、17、19、23、25等各次，在设备正常运行状况下，其谐波电流总畸变率在25%左右。实测波形见下图。b、谐波电压（上）/电流（下）波形图

婿 [No.l09/0210:29:20.053Ext(Stop)]U|xl▼|婿 [No.l09/0210:29:20.053Ext(Stop)]U|xl▼|I|x2 — 1cycle/di T|x20 ▼|1100he/divCHl-3:200.00¥/div CHI CH2 CH3T4c、谐波电压参数列表b、谐波电流参数列表国▼||UNEAE二J|l 二||VALUE▼||iHarm1次数的1次数的1次数的1.1...............1100.00180.02350.8520.10192.84360.0230.80200.01370.3040.04210.11380.00527.63220.03390.0960.03233.15400.0179.17240.05410.4480.02254.26420.0190.13260.02430.21100.022T0.25440.01116.65280.04450.02120.02293.98460.01133.81300.06470.08140.01313.25480.01150.03320.02490.18160.02330.15500.01173.32340.02THD31.33(%)赠谐密!1表[Edl09/0210:29:20.05...|□||B||^^|嫌谐龄!1表[内口,109/0210:29:20.05...Iu||回||^^|2.3.2、数据分析在上述系统的实测分析中，可以看到，系统的谐波电流畸变率、电压畸变率、频波龙值都很高，电流波形图严重失真，电压波形呈锯齿状失真，谐波频谱宽且各次的含量都较大，对控制系统会造成很大影响，使系统误动作或宕机等。同时K值较高使系统的热损耗很大，增加了系统损耗，也降低设备的寿命。2.3.3、结论综上可得，卷烟厂内输送设备的谐波问题不容忽视，且由于这类设备在卷烟厂内配电容量中所占比例很大，设备功率很大，其产生的谐波问题就更会对整个系统产生很大的影响，因此必须进行相应的治理保证系统的稳定安全运行。2.4、照明设备卷烟厂一般采用大功率的气体放电灯对厂房进行照明，这类灯具是比较典型的非线性设备，产生较大的3次和3的倍数次谐波，单台气体放电灯的谐波量较小，对系统影响不大，但当大空间照明采用大量该类灯具时，由于3次和3的倍数次谐波在中性线上的叠加特性，其产生的热损耗将会对系统造成较大的影响。2.5、谐波对卷烟厂的潜在影响分析对于低压系统来说，谐波产生的干扰就不可忽视，谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，给周围的通信系统和公用电网以外的设备带来危害。在烟草行业中，谐波污染对生产电力系统的危害严重性主要表现在：烟草行业内制丝线等自动化生产线采用了大量的PLC等控制系统，靠其精确控制工艺过程中的各种原材料的配比。谐波含量过大时，特别是谐波电压含量过大时，电磁干扰会串入控制系统中，影响系统的正常运行，造成网络闪断，误动作等问题，对卷烟厂的生产造成很大影响。谐波对供电线路产生了附加谐波损耗。由于集肤效应和邻近效应，使线路电阻随频率增加而提高，造成电能的浪费；由于中性线正常时流过电流很小，故其导线较细，当大量的三次谐波电流流过中性线时，会使导线过热、绝缘老化、寿命缩短、损坏甚至发生火灾。谐波影响各种电气设备的正常工作。对电机的影响除产生附加功率损耗、发热、机械振动和噪声和过电压；对断路器，当电流波形过零点时，由于谐波的存在可能造成电压过高，这将使开断困难，并且延长故障电流的切除时间。谐波使电网中的电容器产生谐振。工频下，系统装设的各种用途的电容器其电路比系统中的感抗要大得多，不会产生谐振，但谐波频率时，感抗值成倍增加而容抗值成倍减少，这就有可能出现谐振，谐振将放大谐波电流，导致电容器等设备不能运行，甚至被烧毁。谐波引起公用电网局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述危害大大增加，甚至引起严重事故。谐波电压含量过大将使继电保护和自动装置出现误动作，并使仪表和电能计量出现较大误差；谐波对其他系统及电力用户危害也很大：如对附近的通信系统产生干扰，轻者出现噪声，降低通信质量，重者丢失信息，使通信系统无法正常工作；影响电子设备工作精度，使精密机械加工的产品质量降低；设备寿命缩短，通讯设备工况变坏等。第二部分：谐波治理经济效益分析1、本项目谐波治理的效益体现1.1、 配电系统达标：谐波电压和谐波电流等项电能指标均符合国家标准，从而保证电网安全、可靠、经济运行。1.2、 减少设备损坏率谐波对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电机的铁心和绕组中产生的附加损耗增加。高谐波增加设备内电机的附加损耗，增加变频电机的轴电蚀损坏和震动发热，设备上的能耗很大，不利于节能，而且使设备损坏率大幅提高。常见的损坏可能来自变频器、电机轴承等部件。使用有源滤波器后，电气指标达到国家标准，高频的谐波电流大幅减少，使得集肤效应减弱，由于谐波造成的电机轴承震动发热等现象没有了，设备运行会更加稳定，设备运行在相对理想的磁滞曲线下，零部件运转也就更平滑，损坏现象将大幅减少，设备寿命提高。1.3、 节能：降低电能损耗，提升变压器的设备利用容量对于用电单位而言，治理谐波可以降低电流在电缆中的集肤效应，从而降低电网损耗，提高设备使用率，可以降低变压器空载损耗及负载损耗、输电线路的线损。变压器运行时高次谐波电流直接进入变压器的励磁线圈，在绕组中引起感应电流，使之发热产生损耗，导致输出功率降低，噪音比正常时要大，振动等现象。经大量实际工程统计，在对谐波完全治理后，可提升变压器的供电容量20%，减少线路损耗可达30%以上，这些都将直接产生节能的效益。1.4、 提高功率因数：采用具有动态无功调节功能的有源滤波设备，将决定性改善目前设备功率因数低，系统能耗大的现状，实现功率因数在各种负载水平下的动态自动调节，确保功率因数比目前的水平提高一步，实现节约能效。由于谐波的存在，当功率因数达到某一个高度的时候，就无法再进一步提高，那是因为谐波的存在抑制了电容补偿的顺利进行，所以，要解决功率因数过低的情况，就必须要解决谐波波问题。本项目中，就地进行有源滤波器设置，可以就地抑制高谐波，补偿无功功率，一机多能，减少投资。1.5、改善供电系统电压和电流稳定性，间接改进工艺质量和效率。大量的