中容電力補償設備有限公司研製生產的低壓諧波濾除裝置是專用於低壓電網3次、5次、7次、11次、13次及以上的諧波無源濾波裝置。適用於中頻冶煉、變頻、軋鋼、整流設備等的環境。該裝置採用了電感和電容器組成串聯諧振吸收迴路，有效的將負載產生的諧波加以吸收，從而避免將諧波電流返送到電力變壓器，大大降低電網的諧波量，同時有利於用戶電力變壓器的運行，降低功耗，提高設備和其它電器組件的可靠性。此外該設備還提供一定容量的無功功率補償，提高用戶負載的運行效率。該裝置分綜合控制櫃和電抗櫃，視用戶要求不同，配置的濾除諧波次數也不同。通常一套ZRTBBL系統可濾除3種諧波。系統的操作可分自動運行和手動操作。

1.2諧波的基本定義及基礎知識

1.2.1領域內關鍵詞語的基本概念

★ 諧波：（harmonic） 對週期性交流信號量進行傅立葉級數分解，得到頻率為基波頻率大於1的整數倍的分量。我國供電系統頻率為50Hz，所以3次諧波的頻率150HZ。5次諧波的頻率為250 Hz。7次諧波的頻率為350 Hz。11次諧波的頻率為550 Hz，13次諧波的頻率為650 Hz。

★ 公共連接點：（PCC）用戶接入電網的連接處。

★ 總諧波畸變率：（THD）週期性交流量的諧波含量的方均根值與基波分量的方均根值之比（用百分數表示）。電壓總諧波畸變率以THDU表示，電流總諧波畸變率以THDI表示。

★ 諧波源（harmonic source）：向公用電網注入諧波電流或在公用電網中產生諧波電壓的電氣設備。

★ 感性無功：電動機，變壓器在能量轉換過程中建立交變磁場，在一個週期內吸收的功率和釋放的功率相等，這種功率叫感性無功功率。

★ 容性無功電容器在交流電網中接通時在一個週期內，上半週期的充電功率和下半週期的放電功率相等，不消耗能量，這種充放電功率叫容性無功功率。

★ 功率因數：有功功率與視在功率的比值稱為功率數。

★ 功率因數調整電費：實行兩部分電價制度的用電企業，供電部門根據用戶平均功率因數而加收或減免的電費，稱為功率因數調整電費

1.2.2諧波的產生和危害

● 諧波的產生

諧波主要是由於大容量整流或換流設備以及其它非線性負荷，導致電流波形畸變造成的。我們對這些畸的變交流量進行傅立葉級數分解，即可得到50Hz的基波分量和頻率為基波分量整數倍的諧波分量。

● 諧波的危害

    ★ 影響供電系統的穩定運行：供配電系統中的電力線路與電力變壓器，一般採用電磁繼電器，感應式繼電器或新式微機保護進行檢測保護，在系統中這些屬於敏感元件，繼電器受到高次諧波的影響容易產生誤動作，微機保護由於採用了整流采樣電路，也及易受到諧波的影響導致誤動或拒動，這樣諧波嚴重威脅供電系統的穩定與安全運行。

★ 影響電網的質量：高次諧波能使電網的電壓與電流波形發生畸變，另外相同頻率的諧波電壓與諧波電流要產生同次諧波的有功功率和無功功率，從而降低電網電壓，增加電路損耗，浪費電網容量。

    ★ 影響供電系統的無功補償設備：供電系統變電站均有無功補償設備，當諧波注入電網時容易造成高壓電容過電流和過負荷，使電容異常發熱：另外諧波的存在還會加快電容器絕緣介質的老化，縮短電容的使用壽命。

★ 影響電力變壓器的使用：諧波的存在會使電力變壓器的銅損和鐵損增加，直接影響變壓器的使用效率；還會造成變壓器噪聲增加，縮短變壓器的使用壽命。

  ★ 影響用電設備：諧波的存在會造成異步電機電動機效率下降，噪聲增大；使低壓開關設備產生誤動作；對工業企業自動化的正常通訊造成干擾，影響電力電子計量設備的準確性。

1.2.3治理諧波及補償無功功率的重要性

採用專門的濾波裝置能夠有效的濾除高次諧波，同時向電網提供容性無功功率，其重要性主要表現在以下方面：

    ★ 濾除高次諧波能夠定化用電環境，降低視在功率，減少諧波電流在用電設備和輸配電設備中的發熱，直接節省有功功率；消除由於諧波產生的震動，延長電器的使用壽命；有效的消除對敏感元件的影響。

★ 由於濾波迴路是由電抗器和電容器串聯形成的，所以在濾波的過程中能向電網注入容性無功，提高了功率因數，這樣就能避免供電部門高額的功率因數調整電費，由於無功電流的抵消，也相當于提高了配電設備的容量，減少了線損。無功功率補償還能提升末端的電網電壓，對優化用電環境有很重要的意義。

    在設計濾波器時，首先應滿足各種負載水平下對諧波限制的技術要求，然後在次前提下，使濾波器在經濟上最為合理。除以上經濟分析外，設計濾波器還應注意以下兩點：

1）單調濾波器的諧振頻率會因電容，電感參數的偏差或變化而改變，電網頻率會有一定的波動，這將導致濾波器失諧。設計時應保証在正常是諧的情況下濾波裝置仍能滿足各項要求。

2）電網阻抗變化對濾波裝置尤其是其中的單調諧濾波器的濾波效果有較大影響，而更為嚴重的是，電網阻抗與濾波裝置有發生並聯諧振的可能，設計時應充分予以考慮。

1.3項目業主有關情況

根據用戶提供的供電系統資料可知，該配電系統中頻生產線上現有供電變壓器1台，容量均為1600KVA，低壓單母線運行，電壓變比為10/0.4，帶3臺大功率中頻電爐。由於中頻機採用的是晶閘管整流技術，在工作時不同程度地產生了一定的諧波發生量，根據用戶提供的參數及我公司對其它同類型項目的諧波測試數據分析可知，中頻機工作時，在用戶配電系統中，3次諧波電流含量可達到7%以上，5次諧波電流含量可達到22%以上，7次諧波電流也可達18%以上，諧波電流及諧波電壓畸變率將會遠遠超出國標《電能質量 公用電網諧波》GB/T 14549-93的國家標準限值。高次諧波電流注入上端10KV電網，將導致電力系統中高次諧波含量迅速增長，引起供電電壓波形畸變，增加了線損和用電設備的損耗，造成了多餘的能耗，同時影響電網其他用電設備的正常運行，降低了電能質量，對設備的安全運行造成了安全隱患。同時由於設備運行時隨着負荷的變化功率因數變化也較大，低負荷時只有0.75左右，這將產生多餘的無功損耗，給用戶造成較大無功罰款，使用戶蒙受了較大的電費損失。

為了保証設備正常運行、供電系統可靠供電和節約電能，需要對該設備採取抑制諧波電流的技術措施，同時考慮補償基波無功功率。根據我國有關電網電壓質量的標準規定，以及目前國內外在諧波治理方面的研究成果，採用濾波兼動態補償技術方案，針對該整流產生的特征諧波分別設置濾波迴路，吸收諧波電流，同時也起到補償基波無功功率、節約電能的作用。

中容電力補償設備有限公司公司生產的諧波治理設備具有動態跟隨負荷的變化的特性，能有效提高電網的電能質量、功率因數和節約電能，同時提高整個用電系統運行的可靠性及設備運行效率，降低運行成本和設備維護費用，延長設備的使用壽命，給用戶帶來明顯的經濟效益。

1.4中頻負載產生的諧波對電網及設備的影響

中頻電源根據整流脈數可以分為6脈整流，12脈甚至24脈，根據工作時的功率因數可以分為恆功率中頻機與普通中頻機。整流的相數越高，產生的諧波量就越低，對電網的影響就越小，危害大大降低。

中頻電源由於採用的電氣傳動為晶閘管整流技術，所以在工作時除了功率因數較低外，同時也產生高次諧波，若中頻電源變壓器單個繞組側採用的是六脈動整流技術，則產生的諧波主要以3，5，7，11，13次為主。

高次諧波對電網主要影響：引起電氣設備發熱，振動，增加損耗，縮短壽命，干擾通訊，使可控硅誤觸發，部分繼電保護誤動作，電氣絕緣老化損坏等。

 方案設計

2.1 設計依據

2.1.1 業主提供的現場技術數據

l 供電系統一次圖

l 變壓器參數

1600/10  10／0.4KV　D,yn11　取Ud＝4.5％  　1台

l 負載資料

表1 負載參數

電力變壓器參數					負載參數
變壓器名稱	額度容量（KVA）	數量	一次/二次電壓（KV）	連接組別	負載名稱	功率	數量(台)
電力變	1600	1台	10/0.4KV	Dyn11	中頻機	總容量1000KW	共3台
					電動機	總容量200KW	共5台

2.1.2諧波含量現場測試/估算數據

l 諧波數據分析

本方案在低壓側進行濾波和無功補償，所以需要計算低壓側諧波電流，整流器為6脈動可控整流，諧波源產生的特征諧波為：

(────正整數1,2,3,4……)

諧波電流均按設備正常工作狀態計算，然後根據最大負荷電流校驗最不利情況下的諧波電流值。諧波電流計算公式按以下公式：

式中：─諧波次數；─網側基波電流；─諧波電流修正係數；

諧波電流修正係數Kx

諧波次數	5	7	11	13	17	19	23	25
實測修正係數	1.3	0.8	0.9	0.7	0.8	0.6	0.7	0.5

各諧波源的網側基波電流按下式計算：

6脈動整流電路

式中：─基波電流；─直流側電流；─效率（取0.93）

以下為用戶中頻機額定負荷工作時的諧波發生量：

表一　諧波發生量（估算值，以其它同類型用戶作參考）

設備名稱	網側電壓	諧波電流						備註
		3TH	5TH	7TH	11TH	13TH
1600變	0.4KV	90A	430A	250A	---	---		因低壓側以六脈整流方式工作的設備較多，故高壓側的5、7次諧波含量較大。
1600變	10KV（估算）	3.68A	17.2A	10A	---	--

版   本	日    期	測 試 人	方案編輯	審 核	批   准	說   明
01	2010—10-26	單博博	單博博

A． 基本情況 

時間：2010-10-23-23：00

測試儀器：FLUKE434 三相

一次系統接先圖                             電壓趨勢圖                  

電流趨勢圖                               A相電壓電流趨勢圖  

B相電壓電流趨勢圖                        C相電壓電流趨勢圖    

電流諧波總失真率                                總基波電流

電壓電流諧波總失真含量                      總電能功率

2.2 設計要達到的技術要求

根據業主的要求，對變壓器進行低壓靜態無功功率補償，補償后變壓器二次側的平均功率因數大於0.92，諧波達到國家標準。

l 考核點（PCC）：10KV進線處。

l 考核指標：

1) 月平均功率因數：＞＝0.92。

2) 諧波電流一般不超過國標限值（GB／T14549－93），如表2

3) 電壓總畸變率不超過國標，如表3。

標準 電壓 KV	基準短路容量 MVA	諧波次數及諧波電流允許值
		2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
0.38	10