GB17625谐波标准的挑战与对策.doc

中国航天科工集团第二研究院706所版权所有GB17625谐波标准的挑战与对策中国航天科工集团第二研究院七六所 吕典什么是GB17625随着企业现代化建设的进程和节能降耗技术改造的实施，电力谐波造成的危害已经到了不能忽视的程度。电力谐波导致自动控制系统误动作，变压器过热，跳闸，无功补偿装置烧毁，给现代化制造系统带来了严重的危害。这主要是因为现代化工业的核心是计算机控制技术，计算机对电能质量的要求比较严格。而企业节能降耗改造中大量使用变频器，变频器是严重的电磁干扰源，特别是它工作时产生的谐波电流，对现代化制造系统的危害十分严重，主要体现在：l 继电保护器误动作，意外跳闸l PLC工作异常、仪表读数错误l 无功补偿电容不能投切或者烧毁l 变压器过热、噪声增加越来越多的人开始认识到控制谐波的重要性。控制谐波最有效的方法就是使电力电子设备满足国家标准GB17625，这是一个针对谐波电流发射的标准。这个标准对电力电子设备的谐波电流提出了明确的规定，具体数值如表1所示。这个标准对各次谐波电流都有明确的限制要求，用畸变率表示。某次谐波的畸变率就是该次谐波电流的幅度与基波幅度的比值。如果接入电网的设备都满足GB17625的要求，就可以完全避免谐波导致的各种潜在风险。表1：GB17625对电力电子设备的谐波电流发射限制谐波次数畸变率谐波次数畸变率321.6210.6510.7230.977.2250.893.8270.6113.1290.7132310.7150.7330.6171.2191.1偶次谐波8/n，或0.6熟悉电能质量领域的人都知道，关于谐波的常用标准是GB14549和IEEE519，这两个标准与GB17625是什么关系呢？简而言之，GB14549或IEEE519是针对电网提出的谐波限制要求。电力公司使用这个标准来保证公共电网的质量满足要求。GB17625是针对接入电网的设备提出的谐波限制要求，当接入电网的设备满足这个标准时，就不会对电网造成危害。因此，设备制造商有义务使所制造的设备满足这个标准的要求，电力公司有权利限制不满足GB17625的设备接入电网。另一方面，设备的采购方有权利要求所采购的设备满足GB17625，否则，企业会承受巨大的经济损失。企业承受的经济损失来自两个方面。第一，设备在运行时，会对用户的内部电网产生危害，造成制造系统的故障，降低产量，增加废品率；第二，设备运行后，企业不能满足GB14549的要求，需要对电力公司承担责任，接受处罚。综上所述，GB14549体现了电力公司与电力用户之间的责任关系。GB17625体现了设备制造商与设备用户之间责任关系。满足GB17625是一个挑战企业在安装设备时，要考虑设备是否满足GB17625标准。这对于规避谐波风险具有重要的意义。因此，凡是向欧美市场出口的设备，必须要满足各标准的要求。治理谐波的方法是使用谐波滤波器。虽然目前广泛使用的方法是在变频器的前端安装电抗器，但是使用电抗器的效果远达不到GB17625标准的要求。使用不同电抗率的电抗器时，变频器的谐波电流与GB17625的比较。表2 变频器前安装不同电抗器时的谐波电流谐波次数GB17625要求不同串联电抗器对应的谐波畸变率3%4%5%6%7%510.7%40%34%32%30%28%77.2%16%13%12%11%10%113.1%7.3%6.3%5.8%5.2%5%132%4.9%4.2%3.9%3.6%3.3%171.2%3%2.4%2.2%2.1%0.9%191.1%2.2%2%0.8%0.7%0.4%普通的谐波滤波器也不能满足要求。一方面，这个标准对于谐波的限制比较严格，更主要的是，作为设备级的谐波滤波器，必须满足以下要求：1) 滤波效果确定：滤波器与特定设备组合起来后，谐波电流发射必须是确定的，与系统的参数无关，这样才能确保设备安装了滤波器后，满足特定的要求；2) 不吸收上游谐波电流：配装了滤波器的设备可以应用在任何电网环境中，有些电网会有较大的谐波电压，设备级的谐波滤波器不允许吸收来自上游的谐波电流，否则，当上游谐波较大时，会导致滤波器过载；3) 不与系统发生不良作用：配装了谐波滤波器的设备可能在任何系统中使用，而任何情况下都不允许与系统之间发生不良的相互作用，例如于系统发生谐振，放大谐波电流。4) 不会导致超前的功率因数：设备配装了滤波器，功率因数要达到0.98以上，不允许出现过大的感性无功功率和容性无功功率。普通的陷波电路型的谐波滤波器不能保证满足要求，因为陷波电路型的谐波滤波器的滤波器效果与系统的阻抗有关，滤波效果不稳定。最严重的是，陷波电路型的谐波滤波器还可能带来不良的后果，包括：1) 吸收上游谐波电流：陷波电路的谐波滤波器为谐波电流提供了一个低阻抗通路，使负载发出的谐波电流被旁路，而不进入电网。但如果电网上有谐波，也同样会流过滤波器，导致滤波器过载（损坏）；2) 与系统发生不良作用：陷波电路的谐波滤波器并联接入电网后，等效为接入了一组电抗器件，它在某些频率会与系统中的电抗发生谐振，造成不稳定，严重时，会导致系统损坏；3) 导致超前的功率因数：陷波电路的谐波滤波器发出较大的容性无功功率，这虽然在某些场合是好事，但是对于大部分电力电子设备，这是不希望的，过大的容性无功功率会导致电网不稳定；HTHF谐波滤波器为满足GB17625提供了保证航天科工集团第二研究院706所，在20余年军用电磁兼容技术的基础上，开发了HTHF系列谐波滤波器，当与各类6脉整流电路配套时，能够保证完全满足GB17625标准的要求。表3是一台离心式风级的控制柜（内含变频器）的测试结果。从表中可知，安装HTHF滤波器后，完全能够满足GB17625标准的要求。HTHF通用谐波滤波器分为开放式结构和独立机箱（机柜）结构两种，开放式结构没有机箱或机柜，仅有机芯，适合于自备机柜的用户；独立机箱（机柜）结构可以在现场单独摆放，连接简单。表3：22kW离心风机控制柜的滤波效果谐波次数GB17625要求滤波器前电流畸变率滤波器后电流畸变率321.6510.766.87.677.243.92.893.81.30.5113.19.01.81327.81.6150.700171.25.60.9191.14.70.8结束语以变频器为主的节电设备的广泛使用，在预期获得节电的效益的同时，要重视谐波电流导致的潜在风险，这种风险体现在三个方面：第一，导致配电系统出现过热、跳闸、无功补偿柜损坏等故障；第二，自动控制系统出现不稳定现象，降低产能，增加废品；第三，