■ 中國建筑東北設(shè)計研究院有限公司、日立高新技術(shù)（上海）國際貿(mào)易有限公司大連分公司 王書暉 王書杰

1 引言

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，大量的信息技術(shù)設(shè)備和電力電子裝置被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，同時也將大量諧波注入公用電網(wǎng)，給公用電網(wǎng)和用電設(shè)備帶來嚴重危害，干擾了人們正常的工作和生活，因此必須對諧波加以治理，提高電能質(zhì)量。

2 諧波的定義

供電系統(tǒng)對諧波的定義是對周期性交流量進行傅立葉級數(shù)分解，得到的頻率與工頻相同的分量為基波分量，得到的頻率為基波頻率大于1整數(shù)倍的分量為諧波分量。即：

A0:周期函數(shù)f(t)的恒定分量（或直流分量）

A1mCOS(w1t+ψ1)：基波分量，其周期或頻率與原周期函數(shù)相同

其他各項統(tǒng)稱為高次諧波，即2次，3次…

3 諧波源

諧波是由非線形負荷引起的，當(dāng)正弦波電壓施加在非線形負荷上時，電流就變成非正弦波，非正弦波電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生壓降，會使電壓波形也變?yōu)榉钦也āＨ缃駨V泛使用的負載大部分是非線形的，如整流器、變頻器、UPS、電梯、空調(diào)、氣體放電燈、復(fù)印機、家用電器等，根據(jù)資料記載，當(dāng)前重要的諧波源依次是電力整流裝置、家用電器以及大型電弧爐，這些非線形負荷的大量涌現(xiàn)，使得供配電系統(tǒng)中注入電網(wǎng)中的諧波電流增大，引起供電電壓畸變，嚴重影響電能質(zhì)量。如下圖所示，一個供配電系統(tǒng)終端所連接的非線形負荷引起的諧波電流流向電網(wǎng)在A點引起電壓畸變，從而使通過A點供電的所有設(shè)備都加上一個畸變電壓。

4 諧波的危害

根據(jù)以往同類項目測試報告分析，系統(tǒng)中存在大量的諧波會造成系統(tǒng)電能利用率低，造成了浪費；造成系統(tǒng)電源畸變，影響了系統(tǒng)供電質(zhì)量。同時還對其它供電及用電設(shè)備造成危害，縮短設(shè)備使用壽命，存在安全隱患，其主要危害表現(xiàn)為：

1）電力變壓器、電力線路，電流諧波將增加銅損，電壓諧波將增加鐵損，綜合效果是使變壓器溫度上升，影響其絕緣能力，并造成容量裕度減小。諧波也可能引起變壓器繞組及線間電容之間的共振，及引起鐵心磁通飽和或歪斜，而產(chǎn)生噪聲。因此，諧波的泛濫將會嚴重地威脅用戶的供配電系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定的運行。

2）電動機：輸出諧波對電動機的影響主要有，引起電動機附加發(fā)熱，導(dǎo)致電動機的額外溫升，電動機往往要降容使用，由于輸出波形失真，增加電動機的重復(fù)峰值電壓，影響電動機的絕緣，嚴重諧波還會導(dǎo)致電動機失速，造成損壞。

3）電力電容器組：一般電容器的標準規(guī)范，規(guī)定其最大電流只允許10%的超載，但實際運轉(zhuǎn)時，由于諧波的影響，以致常發(fā)生嚴重過載。由于電容器之阻抗，隨頻率的增加而減少，故諧波產(chǎn)生時，電容器即成為一陷流點，流入大量電流，因而導(dǎo)致過熱、增加介電質(zhì)的應(yīng)力，甚至損壞電力電容器。當(dāng)電容器與線路阻抗達到共振條件引起諧振時，會造成母線設(shè)備全部燒毀。

4）變頻、開關(guān)設(shè)備：由于諧波電流的存在，開關(guān)設(shè)備在起動瞬間產(chǎn)生很高di/dt的電流變化率，致使增加暫態(tài)恢復(fù)電壓的峰值，以致破壞絕緣。

5）保護電器：電流中含有諧波，必產(chǎn)生額外的轉(zhuǎn)矩，改變電器的動作特性，以致引起誤動作。

6）計量儀表：電能表等計量儀表，因諧波而會造成感應(yīng)轉(zhuǎn)盤產(chǎn)生額外的電磁轉(zhuǎn)矩，引起誤差，降低精確度，嚴重時造成儀表損壞，重要儀表價格昂貴，損壞會帶來巨大損失。

7）電力電子設(shè)備：在多種場合，電子設(shè)備常會產(chǎn)生諧波的電流源，且很容易感受諧波失真而誤動作。

8）其它還有如照明設(shè)備、通信設(shè)備、電視及音響設(shè)備、電腦設(shè)備、載頻遙控設(shè)備等都容易受諧波的干擾而影響其正常的工作或減少其使用壽命。

9）酒店、辦公樓等大量節(jié)能燈、辦公設(shè)備會產(chǎn)生大量的三次諧波，疊加到中性線上，產(chǎn)生3倍于相線的諧波電流，留下嚴重的安全隱患，據(jù)考證，70%的火災(zāi)由電氣引起，且大部分是中性線問題。

5 諧波的抑制

為限制供配電系統(tǒng)中諧波的傳播，提高系統(tǒng)中設(shè)備的抗干擾力，通常采取以下措施來治理諧波。

a將非線形負荷放置在系統(tǒng)上端,因為短路容量的降低，會造成總諧波分量的降低，因此，宜盡可能的將非線形負荷連接至靠近電源端的位置，以利減小諧波的騷擾。

b將非線形負荷與敏感負荷分別由不同母線供電，以減少電源電壓畸變對敏感設(shè)備的干擾。

c對裝置中含有大功率設(shè)備或重要設(shè)備時，宜采用專用變壓器供電。

d合理選擇變壓器的接線方式，變壓器不同的接線方式，可以減少特定次數(shù)的諧波。Dy接線可降低3次諧波，DZ5接線可降低5次諧波，Dyd可降低5、7次諧波。

e選擇合適的濾波設(shè)備。

6 無源濾波器、有源濾波器的區(qū)別

目前，濾波器大體分為三類：無源濾波器、有源濾波器、混合濾波器。下面以表格的形式對無源濾波器和有源濾波器加以比較，而混合濾波器則是吸收了這兩種濾波器的長處。

7 濾波器在改造項目中的應(yīng)用

對于已經(jīng)運行的配電系統(tǒng)，在進行諧波治理前，必須采用專業(yè)的儀表對配電系統(tǒng)進行全面的諧波檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果制定相應(yīng)的選型方案。以下是施耐德AccuSine有源濾波器在內(nèi)蒙古某移動公司UPS系統(tǒng)抑制諧波及節(jié)電改造項目中的應(yīng)用。本工程共有兩組高頻電源及6臺UPS，采用8臺AccuSine/3L-100A分別治理這8臺負載的諧波。諧波測量采用的儀表是FLUKE434的電能質(zhì)量分析儀，并利用其軟件進行諧波分析，投運數(shù)據(jù)按照這8臺負載的編號順序排列，下面僅給出一組投運檢測數(shù)據(jù)。

以上數(shù)據(jù)嚴格按照協(xié)定標準列出對比表格，數(shù)據(jù)測試時系統(tǒng)設(shè)備均為正常工作狀態(tài)，其中全部計算數(shù)據(jù)均在檢測5～10分鐘得出，選取全時段計算平均值的典型數(shù)據(jù)列出，測試取樣位置均為負荷電源進線端，為濾波器針對補償?shù)恼鎸嵭Ч麛?shù)據(jù)；測試數(shù)據(jù)表明：在濾波器投入前，系統(tǒng)電壓、電流諧波注入值均超出相關(guān)協(xié)定標準，而在濾波器投入運行后全部達標，可以使供電質(zhì)量和用電環(huán)境得以優(yōu)化，可有效的保障UPS低壓配電系統(tǒng)的安全運行；同時，濾波器投入后使得設(shè)備工作電流大大減小，且開啟無功補償功能后，功率因數(shù)皆由原來的0.78～0.80升為0.94以上，達到了既濾波又有一定節(jié)能功效的效果。（注：協(xié)定標準為：濾波效果為電壓、電流畸變率小于5%）

《電氣裝置應(yīng)用（設(shè)計）指南》 施耐德電氣

《建筑物供配電系統(tǒng)諧波抑制設(shè)計規(guī)程》 DBJ/T11-626-2007