泵房谐波分析治理

1、-一、前言在实习过程中，发现转水泵房有严重的谐波污染，因其有变频器、开关电路、电动机等非线性设备，其产生的高低次谐波，对电网产生严重污染，使电器设备容易损坏、设备使用寿命降低、控制系统产生误动作，并且谐波会使相关导线的阻抗和温度上升，使电能损耗增加，企业的生产效率和经济效益受到很大影响。测试结果显示：泵房供电系统高次谐波含量高达60.7，下级电网谐波污染严重，功率因数降低，并对上级电网中部分电气设备和仪器造成损坏。消除泵房谐波对电网的影响，减少电网损耗，提高供电质量，已是迫在眉睫的问题。二、谐波产生的原因 1、是发电源质量不高产生谐波：发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到

2、绝对均匀一致和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。2、是输配电系统产生谐波：系统电网中大量变压器的励磁电流含有奇次谐波成分，当变压器空载或者过励磁时更为严重，并由此够成了主要的稳定性谐波源；当电网中投切空载变压器或者电容器时，其合闸涌流注入电网也形成突发性的谐波源。电力系统作用在同一线路中的数个不通频率正弦电势，使得电路中的电流成为各个不同频率电流分量的叠加值，从而形成谐波电流。 3、是用电设备产生的谐波：非线性用电设备是产生谐波的主要原因，由于非线性设备产生谐波电流通过系统网络注入到系统电源中，畸变电流流经系统阻抗使母线电压发生畸变，使电能质量受到污染。我处电网系统中产

3、生谐波的主要设备是硅整流设备、UPS和供水系统中变频启动柜等设备。它们在电网中取用基波电流的同时，产生出高次谐波电流注入系统。三、对电器设备的危害1、谐波对通信系统的影响 电力线路上流过的5、7、11等幅值较大的奇次低频谐波电流通过磁场耦合，在邻近电力线的通信线路中产生干扰电压，干扰通信系统的工作，影响通信线路通话的清晰度，而且在谐波和基波的共同作用下，触发电话铃响，甚至在极端情况下，还会威胁通信设备和人员的安全。2、谐波对用电设备的危害 主要是因为谐波对电网的大量注入引起的电压失真度。电压失真度上升，意味着电源已经不再是纯净的正弦波，因此凡用电设备不论自身是线性负载还是非线性负载都会受到电压

4、失真度的影响。例如：谐波会使电视机、计算机的图形畸变，画面亮度发生波动变化，并使机内的元件出现过热，使计算机及数据处理系统出现错误；保护装置异常动作, 开关误跳闸等；伺服电机产生脉动，异步交流电机产生振动，噪音增大等；负载电路中产生传导干扰，数据传送故障、通讯、广播间断并伴有工频交流噪声等；含有电感、电容器件的电路温度升高，损耗增大，提前老化，使用寿命明显缩短等。3、谐波对供电设备的危害供电设备主要指电力变压器、电缆、发电机、电力电容等。由于谐波在这些设备上产生明显的集肤效应使得：电力变压器、发电机等铁磁设备损耗明显增大，产生过热，绝缘提前老化；电缆产生过热，绝缘提前老化；电力电容器介质损耗增

5、大、过热、甚至爆炸；中线电流明显增大。谐波对电网负担的加重由于非线性负载通常功率因数较低，造成：无功功率极度增大；电流有效值增大；电网的可用容量下降；电网的品质变坏，波形失真，频率改变等；利用发电机组供电的用户，发电机出力明显不足，过热，噪音大，振动大等。四、转水泵房产生谐波的原因 泵房的1泵、2泵、3泵的启动和停止是由一型号为TD2000的变频器控制。变频器节能效果明显，调节方便维护简单，网络化等优点，但它的非线性，冲击性用电的工作方式，带来的干扰问题亦倍受关注。对于一台变频器来讲，它的输入端和输出端都会产生高次谐波，输入端的谐波会通过输入电源线对公用电网产生影响。 变频器大量使用了晶扎管等

6、非线性电力电子元件，不管采用哪种整流方式，变频器从电网中吸取能量的方式均不是连续的正弦波，而是以脉动的断续方式向电网索取电流，这种脉动电流和电网的沿路阻抗共同形成脉动电压降叠加在电网的电压上，使电压发生畸变，这种非同期正弦波电流是由于频率相同的基波和频率大于基波频率的谐波组成。五、转水泵房产生谐波的测量1、电能质量的测量分析变频器方便、高效和巨大利益的同时，对电网注入了大量的谐波和无功功率，使电能质量不断的恶化。通过Fluke43B电能质量分析仪采集的数据，对以下数据进行分析：谐波次数电流值电压值1212.85229.25 22.020.04 32.370.22 41.410.04 5137.

7、5310.93 60.620.04 782.784.85 80.440.04 90.530.13 100.530.04 1114.941.44 120.620.04 1315.031.44 140.350.04 150.350.09 160.530.04 178.70.61 181.230.04 195.191.05 200.180.04 210.090.09 222.020.04 234.570.61 241.410.04 252.990.70 系统谐波电流以5,7次为主，并含有大量11次谐波。并且系统谐波电流含量高达60以上，并且五次谐波电压高达10.93V.下图为功率的测量图形，测量即时

8、功率为49KVA、功率因数为0.80以及有功值和无功值。由于负载为非线性负载，系统有谐波电流，导致电流波形为非正弦波。2、治理谐波的方案抑制电力系统高次谐波的方法很多，常用的有以下几种：（1） 减少注入电网的谐波电流（2）增加换流装置的触发脉冲相数换流装置是供电系统的主要谐波源之一。理论分析表明，换流装置在其交流侧与直流侧产生的特征谐波次数分别为pk±1和pk(p为整流相数或脉动数，k为正整数)。当脉动数由p=6增加到p=12时(其特征谐波次数分别为12k±1和12k)，谐波电流的幅值与谐波次数成反比，即，从而大大地降低了谐波电流的有效值。但是过多的增加触发脉冲数，不仅增加

9、了设备的成本，而且增加了调整和维修的困难。（3）增装动态无功补偿装置，提高供电系统承受谐波的能力在技术经济分析可行的条件下，可以在谐波源处装设动态无功补偿装置：静止无功补偿装置(SVC-Static Var Compensator)或更先进的静止同步补偿装置(STATCOM Static SynchroncusCompensator)，以获得补偿负荷快速变动的无功需求、改善功率因数、滤除系统谐波、减少向系统注入谐波电流、稳定母线电压、降低三相电压不平衡度等，提高供电系统承受谐波的能力。（4）加装滤波装置(包括无源滤波和有源滤波装置)为了减少谐波对供电系统的影响，最根本的思想是从产生谐波的源头抓

10、起，设法在谐波源附近防让谐波电流的产生，从而降低谐波电压。防止谐波电流危害的方法，一是被动地防御，即在已产生谐波的情况下，采用传统的无源滤波方法(由一组无源元件：电容器、电抗器和电阻器组成的调谐滤波装置)，在某次谐波上，形成该次谐波的低阻抗通道来虑除5、7、11、13等幅值较大的谐波，减轻谐波对电气设备的危害。另一种方法是主动的预防谐波电流的产生，即有源滤波方法。其原理是利用可关断电力电子器件产生与负荷电流中的谐波分量大小相等，相位相反的电流来消除谐波。六、有源滤波器治理谐波的方案1、有源滤波器和无源滤波器的比较分析 无源滤波器在谐波性质和含量频繁变化的场合不适用，但有源滤波器可以实时响应和消

11、除迅速变化的谐波； 无源滤波器设计是根据现场情况完成的，一旦系统容量增加或负载性质发生变化，很容易使滤波器过载，而有源滤波器自动限制100额定输出。 无源滤波器在系统中呈容性，如果系统功率因数较高，容易发生过补偿，改变系统阻抗，可能与系统发生谐振，而有源滤波器不改变系统阻抗保证系统阻抗系数安全。 谐波电流大量流过无源滤波器的电容和电抗器，使其容易老化和烧毁，有源电力滤波器一般使用寿命在15年以上。 无源滤波器的全频谱滤波能力高达到5060，而有源滤波器滤波效果可以达到90以上。 从体积上看，每套无源滤波器包含多套单调谐波滤波器，体积大，安装不方便，而有源滤波器体积小巧，甚至可以不断电安装。所以

12、从多方面考虑，有源滤波器的性能要优越于无源滤波器。结合泵房产生谐波的实际情况，选择有源滤波器治理谐波方案。2、有源滤波器治理谐波的方案转水泵房的配电系统是由两台变压器给一个200kVA的变频器供电，再有变频器控制3台水泵。变频器是典型的非线性负载，在工作过程中会产生大量的谐波，污染电网，对电网和设备造成严重的危害，本谐波治理方案根据转水泵房供电系统谐波测试数据，提出的谐波治理方案。电容器阻抗随电流频率的增大而减小，谐波频率是基波的数倍甚至十几倍。因此电容器对谐波呈现低阻抗，在含有谐波的系统中，会有大量谐波电流流过电容器，使电容发生失效，过载甚至击穿。另外，因为系统阻抗很小，我们可以把系统等效为

13、一个电感，这时系统与补偿电容器构成并联回路，系统中的谐波源可以等效为一电流源，产生各种频率的谐波电流，在某一特殊频率下，电容和电感构成的回路阻抗会呈现无限大，产生并联谐振，电容两端电压会迅速升高，发生电容击穿甚至爆炸。有源滤波器AccuSine可以彻底消除引起电容器故障的谐波，将治理后的谐波电流畸变率降低到5以下，保证系统和电容器安全稳定运行。根据对转水泵房配电系统初步了解，可将有源滤波器装在非线性负荷接入点的母线处。AccuSine变频器有源滤波器谐波治理的原理主要分为外部原理和内部原理。（1）外部原理AccuSine有源电力滤波器并联于电网系统中，通过实时检测非线性负载产生的谐波电流，AccuSine快速产生与其大小相等、方向相反的补偿电流并注入系统，从而将电源侧电流补偿为正弦波，达到滤除谐波的目的。工作原理如图所示：（2）内部原理如内部原理图所示，断路器合闸后，AccuSine首先通过预充电电阻对DC母线的电容器充电，当母线电压Vdc达到额定值后，预充电接触器闭合。直流电容作为储能元件，为通过IGBT逆变器和内部电抗器向外输出补偿电流提供能量。同时，直流电容器通过电源PCB向内部的控制PCB和电子电路提供工作电源。AccuSine通过外部CTe采集电流信号送至控制PCB的谐波分离模块，该模块将基波成分分离，将谐波成分送至调节和