導語：如何才能寫好一篇諧波電流，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞　諧波電流：有源濾波器：工廠電系統

隨著電力電子技術的不斷發展。越來越多的大容量可控硅整流設備、各種變流器和變頻器在工業生產中被廣泛應用。這些非線性負載一方面向電網注入諧波電流。另一方面又是工廠供電系統中的終端用戶。因此。可有效地就地抑制諧波電流，以減小其對整個電力系統造成的危害，具有十分重要的意義。

1　諧波定義

供電系統諧波的定義是對周期性非正弦電量進行傅立葉級數分解。除了得到與電網基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值(n=fn／f1)稱為諧波次數。電網中有時也存在非整數倍諧波，稱為非諧波(Non-harmonics)或分數諧波。諧波實際上是一種干擾量，使電網受到“污染”。電工技術領域主要研究諧波的發生、傳輸、測量、危害及抑制，其頻率范圍一般為2≤n≤40。

2　諧波源

向公用電網注入諧波電流或在公用電網上產生諧波電壓的電氣設備稱為諧波源。具有非線性特性的電氣設備是主要的諧波源。例如帶有功率電子器件的變流設備，交流控制器和電弧爐、感應爐、熒光燈、變壓器等。我國工業企業也越來越多的使用產生諧波的電氣設備。例如晶閘管電路供電的直流提升機、交一交變頻裝置、軋鋼機直流傳動裝置、晶閘管串級調速的風機水泵和冶煉電弧爐等。這些設備取用的電流是非正弦形的，其諧波分量使系統正弦電壓產生畸變。諧波電流的量取決于諧波源設備本身的特性及其工作狀況，而與電網參數無關。故可視為恒流源。

各種晶閘管電路產生的諧波次數與其電路形成有關，稱為電路的特征諧波。對稱三相變流電路的網側特征諧波次數為：

n=kp±1　k=1、2、3…(正整數)

式中p為一個電網周期內脈沖觸發次數(或稱脈動次數)。除特征諧波外，在三相電壓不平衡，觸發脈沖不對稱或非穩定工作狀態下，上述電路還會產生非特征諧波。進行諧波分析和計算最有意義的是特征諧波，如5，7，11，13次等。

當電網接有多個諧波源時。由于各諧波源的同次諧波電流分量的相位不同。其和將小于各分量的算術和。

變壓器激磁電流中含有3，5，7等各次諧波分量。由于變壓器的原副邊繞組中總有一組為角形接法。為3次諧波提供了通路，故3次諧波電流不流入電網。但當各相激磁電流不平衡時，可使3次諧波的殘余分量(最多可達20％)進入電網。

3　諧波限值

為使電網諧波電壓保持在允許值以下，必須限制諧波源注入電網的諧波電流量。大多數工業發達國家相繼制定了電網諧波管理的標準或規定。諧波管理標準的制定是基于電磁相容性的原則，即在一個共同的電磁環境中，電氣設備既能正常工作，又不得過量地干擾這個環境

我國已于1993年頒布了限制電力系統諧波的國家標準《電能質量：公用電網諧波》，規定了公用電網諧波電壓限值和用戶向公用電網注入諧波電流的允許值。

電壓或電流的正弦波形受諧波影響而畸變的程度用諧波電壓或電流含有率表示：

HRVn=(Un/U1)100％

HRIn=(In/11)100％式中Un、In為第n次諧波電壓、電流有效值；

U1、I1為基波電壓、電流有效值。

4　諧波危害

諧波增加電氣設備的熱損耗。干擾其功能甚至引發故障。另外諧波可對信息系統產生頻率藕合干擾。

1)電動機

諧波電壓在電動機短路阻抗上產生的諧波電流和電動機負序基波電流I―起使設備產生附加熱損耗，并且在電動機起動時容易發展成干擾力矩。諧波電流和負序基波電流有效值之和一般不得大于電動機額定電流Ie的5％－10％。

如果電動機不是按額定功率連續運行，可以允許短時超出上述限值。

2)電容器

諧波可使電容器過流發熱。

有關規程規定電容器長期工作電流不得超過1.3倍額定電流(Ie=1CUn)。位于諧波源附近的電容器或者濾波電容器通常按較高的電流有效值特殊制造。

3)電子裝置

諧波電壓可使晶閘管觸發裝置發生觸發錯誤，甚至導致設備故障。諧波也會對電網音頻控制系統和計算機產和不良影響。

4)通訊系統

在2.5kHz以下導線間電感電容藕合作用隨頻率呈近似線性上升，特別是較高次諧波會對通訊及信息處理設備產生干擾。

在工廠供電系統中，一般設置無源濾波器來抑制諧波電流，由于濾波器中的電容器組成本較高。而且轉折頻率確定較為粗糙。因此濾波效果并不十分理想。電力有源濾波器作為一種用于動態抑制諧波電流和補償無功功率的新型電力電子裝置，它可以對大小、頻率都在變化的諧波電流和變化的無功功率進行補償。因此，有源濾波器具有良好的濾波效果。

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關鍵詞：諧波；節能

中圖分類號：TU2 文獻標識碼：A

現代工礦企業中，由380V交流變頻器啟動的泵類及風機類等感應電動機調速方式已得到廣泛應用，由于其生產所需物料流量和電機轉數n成正比，且電機軸功率又與n3成正比。因此通過調節電機轉數不僅可快捷方便地調節生產物料流量，而且節能效果十分可觀。

但是，由于目前低壓交流變頻器基本采用三相橋式整流——逆變方式，對所供電的變

壓器來說，它實際上就是個六脈波整流的，以產生5次7次等諧波為主的諧波發生源，盡管

變頻器本體要求有諧波治理功能，但隨著制造廠家和變頻器接入總容量的不同，這一諧波源

注入的諧波量也不同。根據國標GB/T14549—1993規范規定，電壓為380V供電系統內注入

公共點的諧波電流允許值如下：

基準容量Sj=10MVA時380V電網各次諧波電流允許值（表一）

諧波次數 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 17

允許電流Igh(A) 78 62 39 62 26 44 19 21 16 28 13 24 11 12 18

如果注入的諧波電流超出上述允許值，將對連接于同一配電系統內的用電設備造成嚴重不良影響。

以某商場變電所為例：變電所內一臺10/0.4KV，容量為2000KVA變壓器，同時供電給15臺總容量約1200KW的380V變頻器調速循環水泵，盡管均在額定負載下正常運行，但變壓器和電動機卻溫升異常高，特別是功率因數補償用用電容器柜，不僅過熱，甚至無法投入運行。經現場實測，發現5及7次以上諧波電流超標1至2倍，后經諧波治理，才消除上述異常現象。

綜上所述，對電氣工程設計而言，能夠通過計算，預先判定車間變壓器接入多大容量的變頻器才不致使注入的諧波電流超標？一旦超標又怎樣在補償功率因數的同時進行諧波治理？而不是在生產時出現問題后才補救！

本文提出的計算方法，經工程實例驗證，在回答上述問題方面作為判據應用是可行的（并不是精確的諧波計算），具體內容如下：

1、三項系統中應計算的各次諧波

三相系統中由于共對稱性，偶次諧波被抵消而不存在，3及3的倍數諧波所構成的零序諧波在線電壓中不存在；只有3k+1次構成的正序諧波7、13、19……次和3k-1構成的5、11、17……次負序諧波，為方便應用，只對三相變頻器注入的5、7、11、13、17次諧波電流進行估算，亦滿足工程要求。

2、按照國標GB/T14549—1993的規定值（表一）折算變壓器諧波電流允許值

現以實例說明:有一臺10/0.4KV，容量S=1600KVA，短路阻抗Δu%=6%的變壓器，已有其它380V負荷470KW，自然功率因數0.78，另外供電給變頻器調速電機總容量680KW，要求

將變壓器0.4KV側提高到0.9以上，并判別諧波電流是否超標和采取治理措施。

（1）供電系統圖：

（2）1600KVA變壓器的諧波電流允許值：

變壓器最大短路容量Sk=S/Δu%=1600/0.06=26.7MVA

各次諧波電流允許值按下式折算

Ib·h=Sk·IG·h/Sj

式中Sj——表（一）基準容量10MVA

IG·h——表（一）各次諧波電流允許值

按上式折算結果如下：

1600KVA 0.38KV側諧波電流允許值表（二）

諧波次數 5 7 11 13 17

電流允許值Ib·h（A） 165.54 117.48 74.76 64.08 48.06

注：為簡化計算，只取5~17次諧波即可

（3）變壓器諧波電流允許值的總有效值：

Ib·e=

=

=161A

3、計算實際接入的變頻器總諧波電流有效值

（1）變頻器總接入容量PF=680KW

總有效電流IF=PF/U=680/x0.38=1033A

則總基波電流IFj=IF/1.05=1033/1.05=984A

（注：在三相六脈波整流電路中，可近似取有效電流等于1.05倍基波電流值）

由上訴基波電流值可推算出5、7、11……次諧波電流值，見表（三）

總功率為680KW的變頻器各次諧波電流值表（三）

諧波次數 5 7 11 13 17

電流允許值Ib·h（A） 196.8 140.6 89.5 75.7 57.9

（2）計算實際接入的變頻器總諧波電流有效值：

IF·e=

=275A

4、判定結果和對策

（1）判定結果：

根據上述計算，1600KVA變壓器允許輸入的諧波電流有效值為161A,而接入系統的變頻器產生的總諧波電流有效值為275A，超出114A，判定結果為諧波電力超標。

（2）對策：

按照實例要求，用電負荷功率因數應提高到0.9以上，并對超標諧波電流進行治理。

鑒于技術和經濟綜合考量，用電負荷中的純無功功率可采用移相電容器作為動態補償：

例題中P=470KW,COSφ=0.78。目標值取COSφM=0.92

則補償的電容器無功功率 Qc=470（tgφ-tgφm）

=470（0.8-0.426）

=176kvar

而由變頻器諧波電流有效值產生的這種畸變功率則可用技術上比較成熟的靜止無功發生器（SVG）治理，但由于其價格昂貴，所以只對超標部分諧波畸變功率補償即可：

超標部分電流：

I=IFe-Ib·e

=275A-161A

=114A（忽略IFe和Ib·e的相位差）

則靜止無功發生器（SVG）容量為

QSVG=UI

= x 0.38KV X 114A

=75KVAR

這樣針對不同補償對象采用不同解決方案，既穩妥可靠，又經濟實用。

5、結尾語

上述計算方法僅為電氣工程設計中就接入變壓器的低壓變頻器總量是否會造成諧波電流超標，提供一種判定手段，以利于對諧波污染程度的進一步研究和解決。

參考文獻：

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關鍵詞　地鐵,信號系統,電磁干擾,諧波,不平衡電流  

車輛的電力牽引系統多采用軌道作為其回流線,與軌道電路利用同一對鋼軌傳輸電能和信息。盡管從系統設計、工程技術(回流線、平衡棒、迷流網、軌旁選頻)等環節做了許多防范,然而,直流電力牽引對軌道電路信息是否具有干擾以及干擾機制尚無定論。上海軌道 交通 1、2、3號線均采用直流電力牽引方式,與我國電氣化鐵路的交流電力牽引有很大的不同。直流電力牽引對地鐵信號系統的電磁干擾 研究 作為一個新的課題,值得研究探討。 1　牽引供電方式       上海軌道交通的直流1500v牽引供電系統采用“浮空”供電方式(即正、負極均不接地)。圖1為地鐵牽引供電系統示意圖。其中,牽引變電所正極接觸網(圖中線1)車輛負載(圖中線2)輪對軌條回流線(圖中線3)牽引變電所負極(圖中線4),構成供電系統主回流。另外,由于鋼軌直接敷設在整體道床中(整體道床中預制鋼筋組成排流網),鋼軌對地并非完全絕緣而形成迷流(圖中線5),經迷流收集網和二極管回流到牽引變電所的負極,以減緩洞體和道床中鋼結構骨架的電化腐蝕。       目前 上海軌道交通牽引供電方式有兩種:①直接用高壓三相電網電壓,由牽引變電所6相牽引變壓器變壓,經全波整流形成相對平滑、12脈波的1500v直流電壓;②由前、后各相移7.5°的2組6相牽引變壓器,并聯成12相電壓,再經全波整流形成具有24脈波的1500v牽引電壓,給牽引接觸網供電。以后一種方式為例,12相全波整流24脈波的1500v“直流”電壓,經 計算 其理想波形的脈動系數僅為50/1500≈3.3%。應該說,它對信息傳輸系統的影響很小。因此,研究電力牽引對軌道電路傳輸系統的影響,切入點應該是在列車運行期間,由于電源波動、整流件換向、大負載變化、列車起動或制動、供電臂切換、車輛逆變[2]等產生的諧波的影響以及不平衡電流的影響。 2　牽引電流的諧波對信號系統的影響       通過在線動態監測,當全線僅一列試驗車運行時,牽引電壓、電流隨列車運行狀態而有明顯變化。實際監測結果如圖2所示。

從該圖中可以看出:       接觸網1500v“直流”電壓波動范圍為1400~1800v,且時有突變;       列車制動時逆變反饋電壓增幅近100v;       接觸網直流電流波動范圍為0~1400a,與列車運行關系密切。減速滑行不耗能,且時有逆變反饋電壓;       接觸網交流電流波動,峰峰值近100a,其諧波能量應予以特別關注。       測試結果說明,接觸網電壓、電流隨列車狀態而有明顯變化。它們產生的相對高能諧波成分可能會隨機地介入到地鐵信號傳輸系統的頻帶內。 3　牽引電流不平衡對信號系統的 影響       兩側軌道阻抗的不平衡會造成牽引電流在兩軌條上流過不相等的電流值,從而在軌間形成不平衡電壓差δv=v左軌條-v右軌條。該電壓差和軌道電路信號疊加,其諧波極有可能干擾軌道電路信號的正常傳輸。 3.1　牽引電流不平衡系數       牽引電流不平衡示意圖如圖3所示。

牽引電流不平衡系數[3]       式中:is1為第一根鋼軌中的牽引回流電流;is2為第二根鋼軌中的牽引回流電流。 3.2　牽引電流不平衡對軌道電路影響測試       在現場按圖4所示對牽引電流不平衡進行了測試。i棒的中心是牽引電流回流點,選取a、b兩點,來比較兩條鋼軌上的牽引電流。測試的電流波形如圖5所示。

根據前面 分析 ,在直流電力牽引方式下,牽引電流的直流部分不會對信號造成干擾,所以只分析牽引電流的交流部分的不平衡系數。       由非正弦信號有效值的定義式:       式中:t為周期;i為周期電流;u為周期電壓;i0~in為各次電流諧波分量;u0~un為各次諧波電壓分量。

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【關鍵詞】電動汽車；交流充電樁；EMI濾波器

基于國家的新能源產業政策和國網公司關于大力推進電動汽車充電站建設的工作思路，充分調研充電站設備的市場現狀，按照充電站功能設置，主要分為四個功能子模塊，分別為：配電系統、充電系統、電池調度系統、充電站監控系統。根據模塊做好電動汽車充電設備的研發和 監控工作。主要生產的充電站設備包括高、低壓配電柜、濾波無功補償裝置、電能監控設備、計量計費設備、發電上網設備、電池自動化更換工具、整車充電機、模塊電池以及監控系統的大中型充電站、電池更換站中使用設備，還包括公共場所和家庭使用的充電樁。

1 交流充電樁簡介

交流充電樁，又稱交流供電裝置，是指固定在地面或墻壁，安裝于公共建筑（辦公樓宇、商場、公共停車場等）和居民小區停車場或充電站內，采用傳到方式為具有車載充電機的電動汽車提供人機交互操作界面及交流充電接口充電，并具備相應測控保護功能的專業裝置，功率一般不大于7KW。

交流充電樁由樁體、電氣主回路、控制模塊、人機交互模塊組成。采用復費率電子式電能表，帶485接口；在充電樁進線端加裝防雷器，防雷器帶有信號輸出回路，提供防雷器動作信號；選用的進線斷路器自帶漏電保護功能；采用微型斷路器配置操作機構，具有帶符合分斷能力和過流保護能力。

2 充電（站）樁諧波源分析

位于蘇州市供電公司院內的電動汽車充電樁，由配電室內三相電引至室外配電箱再分配至各個充電樁，充電樁供電電壓均為單相220V，配備電子計費以及信號遠傳功能。我們在總配以及每個充電樁內分別安裝了在線檢測儀表，共六處數據采集點，以高速采樣記錄在充電過程中諧波含量的變化情況。

充電樁配電以及測點（黑圈部分）示意圖：

圖1 充電樁總線-1

由于所測五臺充電樁充電對象均為海馬汽車公司生產同款車型，因此單臺數據相差甚少，在此只對總線數據進行分析。由圖1：在單臺充電負載上電初期電流由0安培逐漸增大至9.99安培直至穩定，電流諧波畸變率會隨著電流的變化出現閃變，最高達到73%，隨著充電電流的穩定也會隨之穩定接近于3%。

圖2 充電樁總線-2

由圖2：在兩臺充電樁同時工作功率接近于4kw，電流諧波畸變率接近于3%，諧波量較小，且相對平穩。

圖3 充電樁總線-3

由圖3：在三臺充電樁同時工作有功功率接近于在6kw左右，電流諧波畸變率接近于15.6%，較之前有增加趨勢。

圖4 充電樁總線-4

由圖4：在四臺充電樁同時工作有功功率接近于在8kw左右，電流諧波平均畸變率最大接近于4%，較之前有減小趨勢。

圖5 充電樁總線-5

由圖5：在五臺充電樁同時工作有功功率接近于在10kw左右，電流諧波平均畸變率正常為3%左右，但在最后斷電瞬間諧波畸變率最大超過60%。

圖6 充電樁5線

由圖6：單相電流奇次諧波畸變率已超過40%，如若多臺充電樁同時工作對電網產生一定的危害。

3 充電（站）樁產生諧波造成的危害

充電（站）樁采用的充電機是非線性設備，運行時會影響電力系統的電能質量。充電（站）樁對電力系統的影響主要體現在造成諧波污染和電網功率因數下降等方面。諧波污染對電力系統產生的危害主要有：

（1）對電費計量系統：將諧波電流計為有功電流，造成用戶多支出電費。

（2）對計算機和一些其他電子設備：較高的諧波可導致控制設備誤動作，進而造成生產或運行中斷。

（3）對變壓器：諧波電流可導致銅損和雜散損耗增加，諧波電壓則會增加鐵損，加劇變壓器發熱，而且諧波也會導致變壓器噪聲增加。

（4）對功率因數補償電容器：諧波引起的發熱和電壓增加會導致電容器使用壽命的縮短，導致機械存在受損危險。諧波引起 中局部的并聯諧振和串聯諧振將導致諧波電壓和電流會明顯地高于在吳諧振情況下出現的濾波電壓和電流。

（5）對電子設備：電壓諧波畸變率會導致控制系統對電壓過零點與電壓為點的判斷錯誤，是控制系統失控。

（6）對發動機和電動機：機械振動會受到諧波電流和基波頻率磁場的影響，如果機械諧振頻率與電氣勵磁頻率重合，可發生共振進而產生很高的機械應力。

（7）對電子設備和繼電保護：導致電子保護式低壓斷路器之固態跳脫裝置不正常跳閘。電網上一般的諧波很可能對由序分量過濾器組成啟動元件的保護及自動裝置產生干擾。

目前國際上公認，諧波的“污染”是電力系統的公害，必須采取措施加以限制。供電部門為了避免諧波問題的副作用，對用戶與電網公共耦合點上的諧波電壓和諧波電流水平，都給出諧波的允許標準。國家標準規定負荷接入系統前必須滿足諧波標準GB/T 14549-1993《電能質量 公用電網諧波》。

4 EMI濾波器的作用

電源線是干擾傳入設備和傳出設備的主要途徑，通過電源線，電網的干擾可以傳入設備，干擾設備的正常工作，同時設備產生的干擾也可能通過電源線傳到電網上，干擾其他設備的正常工作。因此，必須在設備的電源進線處加入EMI濾波器，這種濾波器是低通濾波器，它只允許設備正常工作頻率信號進入設備（一般來說就是工頻50HZ，60HZ或者中頻400HZ），而對高頻的干擾信號有較大的阻礙作用。

EMI濾波器的主要作用就是抑制交流電網中的高頻干擾對設備的影響和抑制設備對交流電網的干擾；主要功能是允許某一部分頻率的信號順利的通過，而另外一部分頻率的信號則受到較大的抑制，它實質上是一個選頻電路。

濾波器中，把信號能夠通過的頻率范圍，稱為通頻帶或通帶；反之，信號受到很大衰減或完全被抑制的頻率范圍稱為阻帶；通帶和阻帶之間的分界頻率稱為截止頻率；理想濾波器在通帶內的電壓增益為常數，在阻帶內的電壓增益為零；時間濾波器的通帶和阻帶之間在一定頻率范圍內的過渡帶。

高頻開關電源由于其在體積、重量、功能密度、效率等方面的諸多優點，已經被廣泛地應用于工業、國防、家電產品等各個領域。在開關電源應用于交流電網的場合，整流電路往往導致輸入電流的斷續，這除了大大降低輸入功率因數外，還增加了大量高次諧波。同時，開關電源中功率開關管的高速開關動作（從十幾KHZ道數MHZ），形成了EMI騷擾源。從已發表的開關電源論文可知，在開關電源中主要存在的干擾形式是傳導干擾和進場輻射干擾，傳導干擾還會注入電網，干擾接入電網的其他設備。

減少傳導干擾的方法有很多，諸如合理鋪設地線，采取星型鋪地，避免環形地線，盡可能減少公共阻抗；設計合理的緩沖電路；減少電路雜散電容等。除此之外，可以利用EMI濾波器衰減電網與開關電源對彼此的噪聲干擾。

一般我們常把干擾分為共模干擾和差模干擾兩大類。所謂共模干擾就是任何載流導體與參考地之間不希望有的電位差；而差模干擾則是任何兩個載流導體之間不希望有的電位差。這兩種干擾的來源可以從以下兩個方面進行考慮：

共模干擾的來源：

架空導線載傳輸的過程中會受到周圍空間電磁環境的輻射，火線、中線和安全地上所感應的信號的輻射值和相位幾乎是相等的，由于安全地線要和大地相連接，所以就形成了火線、中線和安全之間的共模干擾。

差模干擾的來源：

共用一條輸電線的不同設備，當其中的某一設備進行切換操作時，火線和中線之間會形成幅值大致相等而相位相反的信號，這種信號就是差模干擾。簡單地說，共模干擾就是兩個都是進去，而差模干擾則是一進一出。

EMI濾波器是一種由電感和電容組成的低通濾波器，它能讓低頻的有用信號順利通過，而對高頻干擾有抑制作用。怎么樣才能抑制這些高頻干擾信號呢？無非就是要在信號進入設備之前把它遏制，也就是說，在輸入電路部分對高頻干擾形成所謂的阻抗失配。

圖7 EMI濾波器的設計結構

圖7中的L就是共模電感，它是在同一個磁環上繞制兩個繞向相反，匝數相同的線圈所形成的，它只對共模干擾有抑制作用，對差模干擾卻沒有抑制作用，我們可以從物理的角度來解釋；當電網輸入共模干擾時，這兩種方向相同的縱向噪聲電流由右手螺旋定則可知，兩個線圈產生的磁通順向串連磁通相加，電感呈現出高阻抗，阻止共模干擾進入開關電源。同時也阻止了開關電源所產生的干擾向電網擴散，以免污染交流電網。而差模干擾電流和在L1和L2中所產生的磁通，它們反向串連，磁通相互抵消，感抗為零。差模干擾和工頻交流電在形式上是一樣的，所以共模電感對差模干擾和工頻交流有用信號都沒有影響。

5 治理后的諧波分析

圖8 總諧波趨勢圖

由圖8：治理后的電流總畸變率相對保持在5%一下（在電網電壓下降閃變時畸變率最高達到45%）按照單項最高充電電流20A計算，畸變電流均在8A以下，相對較小。

圖9 電流平均諧波趨勢圖

由圖9：治理后電流平均諧波畸變率非常地小，電網質量非常的干凈。

圖10 整體趨勢圖

由圖10整體趨勢圖三相電流諧波電流遠遠低于國家規定值：

依據GB/T14549-1993電網質量公用電網諧波對注入公共連接點的諧波電流允許值的規定，如下表：

圖11 電壓諧波趨勢

由圖11，治療后的電壓諧波畸變率在負載變動的情況下仍保持在2%，完全符合0.38KV電壓總諧波畸變率低于5%相關規定。依據GB/T14549-1993電網質量公用電網諧波對公共電網諧波電壓限值的規定，如下表：

6 結論

該套充電裝置治理后整體電壓諧波畸變率以及畸變電流均滿足國家相關規定，只有在單臺設備上電以及斷電瞬間電流諧波畸變率較大些。

由于很多充電裝置安裝在普通的商業區、居民區，因此變壓器的容量較小，距離變壓器的距離較遠，因此，與工業場合相比，諧波電流發射會導致更嚴重的諧波電壓。這些諧波電壓會導致電網上的信息設備、電子設備、家用電器等工作異常。因此諧波的問題我們應當時刻予以重視和關注。

參考文獻：

篇5

關鍵詞：淺層沉淀 波形斜板 側向流沉淀 側向流波

以“淺層沉淀”原理為理論基礎的斜板、斜管沉淀技術在水處理領域得到廣泛的應用，出現了不同水流方向與不同型式的斜板、斜管組合的多種沉淀裝置。長春中日友好水廠從工藝到設備全部引進的側向流普通斜板沉淀池和哈爾濱三水廠由國外提供技術參數的側向流帶翼斜板沉淀池先后投產，成為我國大型水廠采用側向流沉淀技術的開端。

北京市市政設計研究總院在異向流波形斜板沉淀技術研究的基礎上，綜合側向流的長處和波形板的特點，進行了側向流波形斜板沉淀工藝試驗研究，獲得并確定了側向流波形斜板沉淀工藝的結構特征和設計參數。此項成果已在北京市第九水廠二期、三期工程(各50萬 m3／d)和深圳市筆架山水廠改造工程(32萬m3/d)中采用。此項成果九三年獲北京市科技進步獎，九六年被建設部列為重點科技推廣項目，被國家科委列入《國家級科技成果重點推廣計劃指南》項目。

1 側向流波形斜扳沉淀工藝的提出

1.1 沉淀池設計理論

沉淀池設計基本理論，主要有兩條內容。

其一，理論上100％去除的最小顆粒沉速與池深無關，而決定于沉淀池單位沉淀面積通過的流量，稱為表面負荷率。

F＝Q／A

(1)

式中　F——表面負荷率 (m3/m2·s)

Q——流量 (m3/s)

A——沉淀面積 (m2)

其二，懸浮顆粒在理想沉淀池中的去除率只取決于沉淀池的表面負荷率，而與其它因素如池長、池深、水平流速及沉淀時間無關。

E＝ui／F

(2)

式中　E——懸浮顆粒去除率

ui——具有小于截留速度的顆粒沉速

1.2 實際沉淀池的沉淀效率

上述設計理論是建立在理想沉淀池的三項假設上的，即沉淀區的水流在任何一點處的流速完全相同、懸浮顆粒的濃度及分布在池深方向上完全一致并在沉降過程中沉速不變和任何顆粒一觸及池底就被有效去除。

而實際沉淀池內的流速不可能完全相同，而是具有一定的流速分布；沉淀池中的絮體不僅大小不一，且具有繼續絮凝現象，在沉降過程中顆粒濃度及分布在池深方向上主要由于同向絮凝作用而不會完全一致，沉速也會發生變化；到達池底的顆粒，由于沉淀池結構等方面因素不一定能被全部除去。

由于實際沉淀池與理想沉淀池存在明顯差異，因此相同表面負荷率情況下實際沉淀池去除率將大大低于理想沉淀池，用下式表示：

Er＝K·Ea

(3)

式中 Er——實際去除率

Ea——理想去除率

K——系數(K＜I)

影響 K值的主要因素：其一是因反應的完善程度而產生的絮體性質，即礬花的密度、大小和均勻性。礬花的密度在很大程度上受水質和混凝劑品種與投加量的制約，而礬花的大小及均勻性主要取決于絮凝反應的形式與性能。其二則是沉淀池的結構型式，能否使反應后的礬花及時有效地與水體分離而去除。

1.3 側向流波形斜板沉淀工藝設想

利用斜板或斜管增大沉淀面積是提高沉淀效率行之有效的措施。按照水流方向與沉泥下滑方向的關系，分為同向流、異向流(逆向流)和側向流(橫向流)。同向流或異向流沉淀時，水流動力對懸浮顆粒所受重力都有較大影響或干擾。側向流則不然，水流方向與沉泥下滑方向相互垂直，對下滑影響較小，因而可獲得較理想的沉淀效果。

以往的側向流平板斜板因其剛度低為減少變形采用增加板厚和設置肋結構等方法，致使材料用量大，并為了安裝上盡量減少支撐結構占用過水斷面而不得不采用復雜的懸吊裝置。這些結構與安裝上的缺陷加之造價較高限制了側向流沉淀技術的應用。

為克服平板斜板的上述不足，研究用波形板代替平板。波形板在與平板板厚相同的情況下，其剛度較平板增大一個數量級，因此可適當減薄而節約材料。在波形板兩端部設置支撐節點構成斜板箱，組成沉淀單元，可以在沉淀池中重疊放置，靈活而方便地組合安裝，且無需懸吊結構，將大大降低造價并簡化制作與安裝的工作量。

2 側向流波形斜板沉淀試驗研究

2.1 試驗流程與試驗裝置

試驗裝置的設計規模為25m3／h，試驗工藝流程見圖 1。

原水來自某水廠進水管(庫水)，由泵提升經計量至混合槽，加藥快速混合后進入反應池，絮凝后流人沉淀池。

混合方式為快速軸流式機械攪拌。絮凝反應為波形板豎流式三段反應。

沉淀池填料為單元波形扳組。波形板全波高100mm，波長500mm，見圖2。

板斜長1500mm。波形板平行組裝，板間距60mm，傾角60°。單元波形板組寬750mm，高1000mm，沿水流方向板長4000mm，板組剖面見圖3。

2.2 驗結果

試驗原水濁度0.84～1.89NTU，水溫8～19℃。鑒于原水濁度很低，進行了配濁進水試驗，濁度為21.2～30.4NTU。

除在沉淀池出水口取樣外，在距沉淀池進水口1.75、2.75、3.75m處分設取樣管，以測定不同板長處的出水濁度。試驗中根據不同進水量、不同板長的試驗結果，考察不同板面負荷的沉淀效果。試驗結果見表 l和表2。 自然濁度進水沉淀試驗結果 1.75m板長 2.75m板長 3.75m板長 4.0m板長 進水量 容積負荷 出水濁度 容積負荷 出水濁度 容積負荷 出水濁度 容積負荷 出水濁度 m3/h m3/m3·h NTU m3/m3·h NTU m3/m3·h NTU m3/m3·h NTU 34 25.95 1.25 16.50 1.16 12.10 1.06 11.33 1.00 25 19.08 1.18 12.14 1.08 8.90 1.05 8.33 1.05 20 15.27 0.82 9.71 0.74 7.12 0.62 6.67 0.6 12 9.16 0.75 5.83 0.7 4.27 0.63 4.00 0.63 人工配濁進水沉淀試驗結果 1.75m板長 2.75m板長 3.75m板長 4.0m板長 進水量 容積負荷 出水濁度 容積負荷 出水濁度 容積負荷 出水濁度 容積負荷 出水濁度 m3/h m3/m3·h NTU m3/m3·h NTU m3/m3·h NTU m3/m3·h NTU 34 25.95 6.61 16.50 4.39 12.10 2.82 11.33 2.43 25 19.08 3.92 12.14 2.51 8.90 1.54 8.33 1.47 20 15.27 2.43 9.71 1.90 7.12 1.12 6.67 0.97 12 9.16 1.87 5.83 1.14 4.27 0.95 4.00 0.80

圖4為不同進水量時不同板長處出水濁度曲線。

將不同進水條件下容積負荷與出水濁度進行回歸，自然濁進水時相關曲線為Y=0.4064LnX－0.3067，相關系數r=0.9291(標準值rα=0.7800)；配濁進水時相關曲線為Y=2.8280LnX－4.0372，相關系數r=0.9205(標準值rα=0.7800)，見圖5。

試驗結果表明，沉淀效果令人滿意，說明波形斜板工藝結構的設計和技術參數的選擇是適宜的。

轉貼于

2.3 試驗結果分析

2.3.1 沉淀效果評價

任何沉淀工藝形式固液分離效果的水平均可以用該工藝沉淀結果與其反應出水的靜沉實驗結果相比較而進行評價。

本試驗裝置斜板安裝傾角為60°、板間距60mm，其最大沉淀距離為60/cos60°=120mm。見圖6。

沉淀水樣是斷面出水的混合樣，全部絮體下沉的平均距離為60mm。

靜沉實驗是用1000ml燒杯取沉淀前反應出水，靜沉5min后取上清液測其濁度。上清液取樣距杯底約100mm。

表3為沉淀試驗出水與反應出水靜沉實驗濁度對比數據。 沉淀出水與反應出水靜沉實驗對比 進水量 停留時間 min 自然濁度進水 NTU 人工配濁進水 NTU m3/h 沉淀 靜沉 沉淀 靜沉 沉淀 靜沉 25 4.48 5.00 1.05 1.47 1.21 2.73 20 4.28 5.00 0.74 1.90 1.10 3.39 12 4.41 5.00 0.75 1.87 1.01 2.97 平均 4.51 5.00 0.85 1.74 1.11 3.03

此表表明，沉淀池停留時間接近5min時出水濁度大大低于反應出水靜沉5min時上清液濁度， 說明本沉淀工藝可以將部分靜沉條件下難以去除的微絮體分離出去。

表4所列為與反應出水靜沉5min上清液濁度相近時的沉淀試驗條件數據。 沉淀出水濁度與靜沉實驗濁度相近時沉淀數據 進水 處理水量 板長 停留時間 容積負荷 出水濁度 靜沉濁度 條件 m3/h m min m3/m3·h NTU NTU 自然 34 2.75 2.45 16.50 1.16 1.13 濁度 25 1.75 2.11 19.08 1.18 1.21 人工 34 3.75 3.34 12.14 2.82 2.99 配濁 25 2.75 3.33 12.14 2.51 2.73

從表4可以看出，與靜沉5min上清液濁度相接近的沉淀時間遠小于5min。

上述兩表反映的評價結果說明，側向流波形斜板沉淀工藝的固液分離效果十分理想。

2.3.2 波形斜板結構特性

側向流波形斜板沉淀工藝有如此理想的固液分離效果，除側向流固有的水流與沉泥下沉方向垂直互相干擾小的特點外，更主要的還在于斜板的波形結構為板間水體中絮體的繼續絮凝提供了條件和沉泥集聚于波形板的波谷中更易于下滑與排除。

2.3.2.1 波形板間隙與繼續絮凝

波形扳間隙依波長方向而不同，其圖形分析見圖7。設間隙量在波峰及波谷處為b，其它部位均＜b，最窄處為 bm。當為正弦波時，α角30°，則bm＝b ·cosα。本試驗裝置b＝60mm，則bm＝60×0.866＝52mm。兩斜板間的水流將由于間隙的改變而不斷變化，這種適度的“蛇形”流線和流速的變化，為絮體繼續碰撞進一步絮凝創造了良好的水力條件。絮凝沉淀正是側向流波形斜板沉淀能取得滿意效果的重要因素之一。

2.3.2.2 波形結構與沉泥下滑

波形板材料為 ABS或PVC，板面平滑。沉泥沿著波峰至波谷的波面與重力合成的方向下滑、集中，在波谷底部形成泥束。這種泥束的形成是波形板特有而平板斜板所不具備的集泥形式。

沉泥下滑的基本條件是泥與水的重力差在斜面上引起的下滑力大于沉泥與上部的水面和下部的板面形成的摩擦阻力之和，見式4和圖8。

f＞fw + fp (4)

式中　f——下滑力

fw——水面對泥的阻力

fp——板面對泥的阻力

水和板面對沉泥下滑的阻力屬粘滯性阻力，與接觸面積的大小成正比。波形斜板形成的下滑泥束具有較小的接觸界面，因而阻力 fw和fp均較小，這樣相對較小的下滑力就可使泥束在波谷中下滑和從波形板組中排除。

沉泥在波谷中形成泥束和泥束的下滑所需下滑力較小這兩大特點，使相同安裝傾角的波形斜板與平板斜板相比肯定具有更高的泥水分離效果，沉淀效果更加理想。

3 沉淀裝置單元設計

正弦波構造形式的斜板，其剛度較之平板大大增加，可以構成單元化沉淀裝置。目前我們開發設計的沉淀單元計有Ⅰ型和Ⅱ型兩種，均已獲得國家實用新型專利。

3.1 Ⅰ型側向流波形斜板沉淀單元

該沉淀單元為箱型結構，即波形板組兩端連接（焊接）于支撐立板上，兩支撐立板以肋板連接，構成箱型。見圖9。

以從波形斜板側向心線垂直被切掉的上端波谷段和下端的波峰段分別作為與支撐板上下端的連接結合部位，波形斜板下端波谷部分和支撐板之間的月牙形間隙自然成為從波谷向下排泥的排泥孔，斜板上端中心線以上的波峰沿水平方向被切掉后所形成的弓形間隙作為斜板組的沖洗孔。見圖10。

北京市第九水廠二期沉淀池應用此型沉淀單元。

3.2 Ⅱ型側向流波形斜板沉淀單元

Ⅰ型側向流波形斜板沉淀單元是方形柱體便于在池中插入安裝和取出，但有相當數量的斜板長短不一，要由標準長度的斜板截取，材料有些浪費；斜板與支撐立板的連接采用焊接或粘接，制作有一定難度；還要加工沖洗孔和排泥孔，需要一定的工作量。為克服這些不足，研制開發了Ⅱ型沉淀單元。見圖11。

該型式沉淀單元亦稱側向流棱形框架波形斜板沉淀單元，由框架、波形斜板組和帶弧形托的固定件組成。單元框架是由管狀桿件構成的立體棱形框架，前后視均為平行四邊形，側視為矩形。在前后框上各設W形的一組桿件，左框與右框中間設有中間桿件，以使框架具有足夠的剛度和強度。弧形托固定件分設于前后框的上下框邊以及上下框的前框邊和后框邊中間，波形斜板的兩端分別插入其齒縫并支持于與波形板弧形相對應的框架桿件上，構成對各波形板的線型支撐并將波形板固定成板組。

該型沉淀單元使用等長的板材，從而節省材料和加工工作量；不需另行加工沖洗孔和排泥孔，便于檢查和維護，完全避免了污泥堆積又使沖洗極為便利；波形板的安裝固定由焊接或粘接改為定位式的插聯拼裝，大大減少了焊接工作量并提高了制造精度和牢固性。Ⅱ型與Ⅰ型相比，每單位容積可節約材料20%左右，并由于取消了沖洗孔和排泥孔使有效沉淀面積增加20%以上。

此型沉淀單元已在深圳市筆架山水廠擴建工程中應用。

3.3 側向流棱形框架波形斜板沉淀單元的設計與計算

由于該型沉淀單元較Ⅰ型有著顯著的優點，是Ⅰ型的改進型，因此Ⅰ型沉淀單元的設計與計算不再贅述。

3.3.1 設計參數

水平流速 5～20mm/s ， 容積負荷(Cv) 10m3/m3·h ， 水力停留時間 6min。

3.3.2 板箱尺寸與處理能力

板箱高度H(m) 1.0 1.1

板箱寬度B(m) 1.3 1.3

單箱體積m3 2.6 2.86

有效沉淀面積m2 16.6 18.4

每m3箱體處理能力(Cn)m3/h 8～15

3.3.3 板箱用量計算

3.3.3.1 按板箱容積計算

V=

(5)

式中：V——需要的板箱總容積(m3)

Q——設計處理水量(m3/h)

Cv——容積負荷(m3/m3·h)

1.2——設計安全系數

3.3.3.2 按板箱數量計算

n=

(6)

式中：　n——需要的板箱數量

Q——設計處理水量(m3/h)

Cn——每箱處理能力(m3/h)

1.2——設計安全系數

3.3.4 沉淀單元的安裝

在滿足設計參數條件下，板組單元在設計所需數量確定后，可以在沉淀池中隨意疊放，組成多種池形。見圖13。

一般波形板箱豎向疊放2～4個單元，不宜超過4個單元，以3個為宜。

板箱下面垂直水流方向以及板箱縱向兩端空間部分設檔板以防短流。

板箱上端一般潛沒水下100mm。

一般以設于波形板箱下的潛水刮泥車排泥。見圖14。

4 工程應用

4.1 北京市第九水廠二期工程

北京市第九水廠二期工程日處理能力50萬m3。工藝流程為：原水—混合—絮凝—沉淀—過濾—碳吸附—消毒—配水。沉淀采用側向流波形斜板工藝。分二個系列，每系列按25萬m3/d設計，每系列設沉淀池二座，共四池。

每池長19m、寬28m、最深處7.5m。斜板區分前后兩部分，前板箱區沿水流方向設置5排板箱、長5m；后板箱區沿水流方向設置4排板箱、長4m；中間相隔1.3m。板箱前設有4.7m長進水區，板箱后設有4.0m長出水區。斜板區由上下兩層板箱組成，板箱總高4.5m，有效高度4.0m，板箱下部為集泥區。安裝布置見圖15。

該工程波形斜板沉淀工藝板面有效系數0.75，容積負荷7m3/m3·h，水平流速14mm/s。超負荷25％時，容積負荷8.5m3/m3·h，水平流速17mm/s。

4.2 深圳市筆架山水廠改造擴建工程

該廠原處理能力18萬m3/d，平流沉淀池。97年擴建為32萬m3/d，原平流沉淀池填充波形斜板改造為側向流沉淀池，分建兩池。平面布置示意見圖16。

篇6

【關鍵詞】中性線；諧波；導線截面

前言：在三相四線制的照明線路中，如果照明光源是氣體放電燈或是調光燈具，則會在中性線上存在大量諧波電流，因此選擇中性線的截面時要考慮諧波電流的影響。

中性線上諧波電流分析

氣體放電燈或調光燈具都是非線性負載，在線路中會產生電流畸變，根據傅里葉分析，畸變電流可以分解成一系列不同頻率的正弦波。三相平衡電流的幅值按A、B、C三相出現的先后次序分為正序三相電流、負序三相電流和零序三相電流。對于三相諧波電流而言，同樣也有相序問題。正序諧波的相序與基波相序相同，比如第7、13、19、----次諧波都是正序諧波；負序諧波的相序與基波相序相反，比如第5、11、17……次諧波都是負序諧波；零序諧波不形成相序，與基波相序無關，第3、9、15……次諧波都是零序諧波。無論是正序諧波還是負序諧波，它們在中性線中的矢量和為零，不會形成電流，而零序電流在中性線中疊加，甚至高于相線電流。

下面對電流進行分析。

三相四線制線路上電流波形見圖1，中性線電流為三相電流之和，即IN=I1+I2+I3，如果三相基波電流相等，因相位角差120°，中性線上基波電流相量和為零。對于正序諧波和負序諧波分析結果與基波相同。但是對于三次及以上的零序諧波電流就不同，由于零序諧波電流在中性線上相量角處于同一相位，電流互相疊加。當相線上三次諧波電流含量為基波電流的1/3時，則中性線上的三次諧波電流就等于相線上的基波電流。其他9、15、21次等三次諧波的奇數倍諧波電流也是如此（圖1中未表示）。

照明系統諧波電流產生原因

氣體放電燈是照明線路中產生諧波電流的主要原因。氣體放電燈包括熒光燈、霓虹燈、低壓鈉燈、高壓鈉燈、高壓汞燈、金屬鹵化物燈等。

氣體放電燈作為第二代電光源，具有效率高, 壽命長, 顯色范圍寬等優點, 在照明領域得到廣泛應用。但是由于氣體放電燈的非線性和工作在弧光放電區的負阻效應，隨著氣體放電燈的大量采用, 在線路中產生嚴重的諧波污染。氣體放電燈電路本身存在產生諧波和諧波放大的條件:

（1）氣體放電燈工作在弧光放電區，具有下降的伏安特性，即通常說的負阻特性，其本身就存在產生諧波的條件，使弧光放電的電壓出現弛張振蕩。

（2）為了使工作負阻區的電弧穩定, 若采用鐵芯電感鎮流器，這又引入了諧波， 若使用普通電子鎮流器, 諧波電流也很復雜。

（3）為了提高電路的功率因數, 采用鐵芯電感鎮流器時，如并聯電容器補償, 雖然電路功率因數提高了, 但諧波電流卻會被放大。

（4）大量采用節能燈也是諧波電流產生的重要原因。使用節能燈主要產生三次諧波，諧波含量甚至高達30-50%。

（5）有調光裝置的線路中也會產生嚴重的諧波。可控硅調光器是目前舞臺上的主流調光器。 舞臺燈光用的各種調光器實質上就是一個單相的相位控制交流調壓器。由于導通角的改變，調光器輸出的電壓波形已經不再是正弦波，含有大量的諧波。

根據諧波電流選擇中性線截面

在三相四線制配電系統中，中性線的允許載流量不應小于線路中最大不平衡負荷電流，且應計入諧波電流的影響。以氣體放電燈為主要負荷的回路中，中性線截面不應小于相線截面。采用可控硅調光的三相四線配電線路，保護線的導線截面不應小于相線導線截面的兩倍。

對于電纜和穿管電線，如果存在大量的三次及其奇數倍諧波電流，就要考慮諧波電流對導體發熱的影響，尤其是對中性線導體。為此在確定存在諧波電流的回路導體截面時應除以一降低系數來放大導體截面積。

例：三相平衡照明系統，負載電流40A，采用YJV-1KV四芯電纜，沿墻明敷設，求電纜截面。

解：不同諧波電流下的計算電流和選擇結果見下表：

注：電纜截面參照《04DX101-1 建筑電氣常用數據》

從上面計算可以看出，當線路中存在大量諧波時，就不能忽視諧波電流對導線截面尤其是中性線截面的影響。因此，在進行照明電氣線路設計時，就要考慮照明電光源的選擇問題，如果大量使用氣體放電燈或調光燈等大量產生諧波的光源時，導線截面尤其是中性線的截面選擇就要按照上述計算方法來選擇。不然在將來投入使用時導線就會發熱甚至發生電氣火災。

結論

在一個大的照明區域里, 當大量使用氣體放電燈時，諧波電流帶來的危害應引起我們足夠的重視。要考慮諧波對導體截面的影響，不能按照常規方法校驗導線載流量，尤其是中性線的導線截面。中性線的熱故障和火災問題應從設計、施工、維護等各方面采用措施加以杜絕。中性線連接部分牢固可靠，接觸良好，防止斷線；中性線的保護以及巡檢中的電流測量問題，都應當求得科學有效的解決方法。

參考文獻：

[1]北京照明學會照明設計專業委員會編 《照明設計手冊》（第二版）中國電力出版社，2006年

[2]王連才等 “氣體放電燈對電路的諧波污染”《照明工程學報》第9卷第4期。

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1 諧波產生的原因

在供電系統中諧波的發生主要是由兩大因素造成的：

(1)可控硅整流裝置和調壓裝置等的廣泛使用，晶閘管在大量家用電器中的普通采用以及各種非線性負荷的增加導致波形畸變。

(2)設備設計思想的改變。過去傾向于采用在額定情況以下工作或裕量較大的設計。現在為了競爭，對電工設備傾向于采用在臨界情況下的設計。例如有些設計為了節省材料使磁性材料工作在磁化曲線的深飽和區段，而在這些區段內運行會導致激磁材料波形嚴重畸變。

2　諧波對電力系統的危害

諧波對電力系統的污染日益嚴重，諧波源的注入使電網諧波電流、諧波電壓增加，其危害波及全網，對各種電氣設備都有不同程度的影響和危害。現將對具體設備的危害分析如下：

(1)交流發電機。同步電動機及感應電動機在定子繞組和轉子繞組產生附加熱損耗，熱損耗除諧波電流銅損I2nR以外，還由于電流的集膚效應，產生附加損耗，對轉子引起熱損耗增大。對大型汽輪發電機來說，若發生多次諧波振蕩，諧波電流超過額定電流的25％時，由于上述原因可能會導致轉子局部過熱而損壞。對變壓器來說，鐵心產生熱損耗，尤其是渦流損耗大，在變壓器繞組中有諧波電流。在鐵心中感應磁通，產生鐵損。

(2)架空線路諧波電流產生熱損，較大的高次諧波電流分量能顯著地延緩潛供電流的熄滅，導致單相重合閘失敗。電纜中的諧波電流會產生熱損，使電纜介損、溫升增大。

(3)電力電容器由于諧波電流會引起附加絕緣介質損耗，加快電力電容器絕緣老化。系統諧波電壓或電流發生諧振則引起過電壓和過電流，使電氣設備絕緣損壞，引起噪聲與振動。

(4)電子計算機會由于諧波干擾發生失真，工業電子設備功能會因其被破壞。

(5)對繼電保護、自動控制裝置和計算機產生干擾和造成誤動作，造成電能計量的誤差。

(6)諧波電流在高壓架空線路上的流動除增加線損外，還將對相鄰通訊線路產生干擾影響。

3 電力系統抑制諧波的措施

為了把諧波對電力系統的干擾(污染)限制在系統可以接受的范圍內，我國和國際上分別頒布了“電力系統諧波管理暫行規定”和IEC標準，明確了各種諧波源產生諧波的極限值。

電力系統抑制諧波的主要措施有：

(1)在補償電容器回路中串聯一組電抗器

在未加X。前，略去電阻，諧波源，n母線處的諧波電壓為：Un=Xsn>In；并聯了補償電容器后，則諧波源的輸入諧波電抗為：此時諧波電壓，注入系統的諧波電流Un，Isn>In。即并聯電容器使系統的諧波被放大了。如果對應某次諧波有Xsn-Xcn=0即發生諧波，則其諧波電流、電壓都趨于無窮大。為了擺脫這一諧振點，通常在電容器支路串接電抗器，其感抗值的選擇應使在可能產生的任何諧波下，均使電容器回路的總電抗為感抗而不是容抗，從根本上消除了產生諧波的可能性。

(2)裝設由電容、電感及電阻組成的單調諧濾波器和高通濾波器

單調諧濾波器是針對某個特定次數的諧波而設計的濾波器，高通濾波器是為了吸收若干較高次諧波的濾波器。應裝設的濾波器類型、組數及其調諧頻率(濾波次數)可由具體計算決定。

(3)增加整流相數

高次諧波電流與整流相數密切相關，即相數增多，高次諧波的最低次數變高，則諧波電流幅值變小。一般可控硅整流裝置多為6相，為了降低高次諧波電流，可以改用12相或36相。當采用12相整流時，高次偕波電流只約占全電流的1％，危害性大大降低。

(4)改變繞組接線形式

當兩臺以上整流變壓器由同一段母線供電時，可將整流變壓器一次側繞組分別交替接成Y型和形，這就可使5次、7次諧波相互抵消，而只需考慮11次、13次諧波的影響，由于頻次高，波幅值小，所以危害性減小。

4　結論

(1)諧波的發生影響整個電力系統的環境，如在通訊中因發生諧波噪聲使通話質量下降，使控制和保護設備發生誤動作以及使電力裝置與系統過載，給電力系統正常運行造成危害。

篇8

關鍵詞：有源電力濾波器;諧波;MATLAB仿真

0．引言

20世紀80年代以來，隨著電力電子技術的發展，非線性電力電子器件和裝置在現代工業中得到廣泛應用，使電力系統的非線性負荷明顯增加，導致諧波危害日益嚴重，諧波治理刻不容緩[1-3]。電力系統諧波抑制措施主要有三種[4]:

受端治理:即從受到諧波影響的設備或系統出發,提高它們抗諧波干擾能力。

主動治理:即從諧波源本身出發,使諧波源不產生諧波或降低諧波源產生的諧波。

被動治理：即外加濾波器,阻礙諧波源產生的諧波注入電網,或者阻礙電力系統的諧波流入負載端。

被動治理諧波的措施：

1.采用無源濾波器PPF（Passive Power Filter,PPF,PF）或稱為LC濾波器。LC濾波器[1-6]由電容元件、電感元件和電阻元件按照一定參數配置一定的拓撲結構連接而成的濾波裝置。LC濾波器是出現最早[6]，雖然存在一些較難克服的缺點[1-6]，但因其結構簡單、設備投資少、運行可靠性較高、運行費用較低等優點，因此至今仍是應用最多的濾波方法[1-6]。

2.采用有源電力濾波器APF（Active Power Filter）。有源電力濾波器是一種用于動態抑制諧波的新型電力電子裝置，它以有對于大小和頻率都變化的諧波進行補償，其應用可克服LC濾波器等傳統諧波抑制方法缺點。隨著電力電子技術水平的發展，有源濾波技術得到極大發展，在工業上已經進入實用階段。

有源電力濾波器APF（Active Power Filter）是一種用于動態抑制諧波的新型電力電子裝置，它以有對于大小和頻率都變化的諧波進行補償[4、5]。

1．有源電力濾波器基本原理

有源電力濾波器（Active Power Filter,APF）是一類重要的電力電子在電力系統中應用的裝置，能對頻率和幅值都變化的諧波進行動態跟蹤補償，且補償特性不受系統阻抗的影響。和傳統的無源電力濾波器相比，是一種很有前途的消除或抑制負載或電網諧波手段。

圖1為最基本的有源電力濾波器系統構成的原理圖[4、5]。

圖1 并聯型有源電力濾波器系統構成

系統主要有兩大部分組成[5]，即指令電流運算電路和補償電流發生電路（由電流跟蹤控制電路、驅動電路、和主電路三個部分組成）。其中，指令電流運算電路的主要功能是檢測出補償對象電流中的諧波電流分量，即所謂得諧波檢測電路。補償電流發生電路的作用是根據指令電流運算電路得出的補償電流的指令信號，產生實際的補償電流。補償電流與負載電流中要補償的諧波電流相抵消，最終得到期望的電源電流。主電路目前均采用PWM變流器。

2．基于瞬時無功功率的ip-iq檢測方法

有源電力濾波器諧波檢測環節直接影響到諧波補償效果，快速、準確的檢測出諧波對有源電力濾波器整體性能至關重要。

基于ip－iq運算方式的諧波電流檢測法是由西安交通大學王兆安教授在二十世紀九十年代提出的，該方法可以快速檢測，即使當電壓波形有畸變，也能準確地檢測出全部諧波和無功電流。ip－iq法原理如圖2所示[6]，PLL為鎖相環。

圖2 ip－iq檢測方法原理圖

圖中

3．仿真分析

本文用Matlab對三相三線制并聯有源電力濾波器系統進行仿真研究。主要參數為：

電網：三相理想電壓源：35KV，50Hz。

諧波檢測方法：基于瞬時無功功率的ip－iq檢測方法

非線性負載：阻感性載負。

圖3－1補償前系統電流波形及頻譜分析

從實驗結果可以看出：有源電力濾波器未投入前負載電流中含有很大諧波成分。從波形及頻譜分析出電流總諧波畸變率達到27.54％。而在有源電力濾波器投入后，電流總諧波畸變率為0.56％, 對諧波起到了很好的抑制作用。

4．結論

本文研究了三相三線制并聯有源電力濾波器諧波檢測方法－基于瞬時無功功率理論的ip－iq諧波電流檢測方法，進行了基于該諧波檢測方法構建的三相三線制并聯有源電力濾波器仿真分析，結果驗證了檢測方法的準確性及該濾波裝置對諧波抑制的良好性能，具有理論及實踐意義。

參考文獻：

陳志業,尹華麗,.電能質量及其治理新技術[J].電網技術,2002,26(7):67-70.

篇9

關鍵詞:諧波危害;諧波抑制;治理措施

前言

在電力系統中采用電力電子裝置可靈活方便地變換電路形態,為用戶提供高效使用電能的手段。但是,電力電子裝置的廣泛應用也使電網的諧波污染問題日趨嚴重,影響了供電質量。目前諧波與電磁干擾、功率因數降低已并列為電力系統的三大公害。因而了解諧波產生的機理,研究消除供配電系統中的高次諧波問題對改善供電質量和確保電力系統安全經濟運行有著非常積極的意義。

1.諧波及其起源

在電力系統中諧波產生的根本原因是由于非線性負載所致。當電流流經負載時,與所加的電壓不呈線性關系,就形成非正弦電流,即電路中有諧波產生。諧波頻率是基波頻率的整倍數,根據法國數學家傅立葉(M. Fourier)分析原理證明,任何重復的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數的諧波的正弦波分量。諧波是正弦波,每個諧波都具有不同的頻率,幅度與相角。諧波可以區分為偶次與奇次性,第3、5、7 次編號的為奇次諧波,而2、4、6、8等為偶次諧波,如基波為50Hz時,2次諧波為l00Hz,3次諧波則是150Hz。一般地講,奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。在平衡的三相系統中,由于對稱關系,偶次諧波已經被消除了,只有奇次諧波存在。對于三相整流負載,出現的諧波電流是6n±1次諧波,例如5、7、11、13、17、19等,變頻器主要產生5、7次諧波。

2.諧波的主要危害

諧波污染對電力系統的危害是嚴重的,主要表現在:

2.1 諧波對線路的影響

對供電線路來說,由于集膚效應和鄰近效應,線路電阻隨著頻率的增加會很快增加,在線路中會有很大的電能浪費。另外,在電力系統中,由于中性線電流都很小,所以其線徑一般都很細,當大量的諧波電流流過中性線時,會在其上產生大量的熱量,不僅會破壞絕緣,嚴重時還會造成短路。甚至引起火災。而當諧波頻率與網絡諧振頻率相近或相同時,會在線路中產生很高的諧振電壓。嚴重時會使電力系統或用電設備的絕緣擊穿,造成惡性事故。

2.2 對電力變壓器的影響

諧波電流的存在增加了電力變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及銅損,對帶有不對稱負荷的變壓器來說,會大大增加勵磁電流的諧波分量。

2.3 對電力電容器的影響

由于電容器對諧波的阻抗很小,諧波電流疊加到基波電流上,會使電力電容器中流過的電流有很大的增加,使電力電容器的溫升增高,引起電容器過負荷甚至爆炸。同時,諧波還可能與電容器一起在電網中形成諧振,并又施加到電網中。

2.4 對電機的影響

諧波會使電機的附加損耗增加,也會產生機械震動,產生甚至引起諧波過電壓,使得電機絕緣損壞。

2.5 對繼電保護和自動裝置的影響

對于電磁式繼電器來說,電力諧波常會引起繼電保護以及自動裝置的誤動作或拒動,造成整個保護系統的可靠性降低,容易引起系統故障或使系統故障擴大。

2.6 對通信線路產生干擾。

在電力線路上流過幅度較大的奇次低頻諧波電流時,通過電磁耦合,會在鄰近電力線路的通信線路中產生干擾電壓。干擾通信線路的正常工作,使通話清晰度降低,甚至會引起通信線路的破壞。

2.7 對用電設備的影響

電力諧波會使電視機、計算機的顯示亮度發生波動,圖像或圖形發生畸變,甚至會使機器內部元件損壞,導致機器無法使用或系統無法運行。

3.諧波抑制方法

在電力系統中對諧波的抑制就是如何減少或消除注入系統的諧波電流,以便把諧波電壓控制在限定值之內,抑制諧波電流主要有三方面的措施:

3.1 采取脈寬調制(PWM)法

采用脈寬調制(PWM)技術,在所需要的頻率周期內,將直流電壓調制成等幅不等寬的系列交流電壓脈沖,這種方法可以大大抑制諧波的產生。

3.2 降低諧波源的諧波含量

也就是在諧波源上采取措施,最大限度地避免諧波的產生。這種方法比較積極,能夠提高電網質量,可大大節省因消除諧波影響而支出的費用。具體方法有:

3.2.1 增加整流器的脈動數

高次諧波電流與整流相數密切相關,即相數增多,高次諧波的最低次數變高,則諧波電流副值變小。一般可控硅整流裝置多為6相, 為了降低高次諧波電流,可以改用12相或34 相。當采用12相整流時,高次諧波電流只占全電流的10%,危害性大大降低。

3.2.2 脈寬調制法

采用PWM,在所需的頻率周期內, 將直流電壓調制成等幅不等寬的系列交流輸出電壓脈沖可以達到抑制諧波的目的。

3.2.3 三相整流變壓器采用Y- d (Y ) 或D、Y( Y) 的接線

當兩臺以上整流變壓器由同有一段母線供電時,可將整流變壓器一次側繞組分別交替接成Y型和形, 這就可使5次、7次諧波相互抵消,而只需考慮11次、13次諧波的影響,由于頻率高,波幅值小,所以危害性減小。

3.3在諧波源處吸收諧波電流

這類方法是對已有的諧波進行有效抑制的方法,這是目前電力系統使用最廣泛的抑制諧波方法。主要方法有以下幾種:

3.3.1 無源濾波器

無源濾波器安裝在電力電子設備的交流側,由L、C、R元件構成諧振回路,當LC回路的諧振頻率和某一高次諧波電流頻率相同時,即可阻止該次諧波流入電網。由于具有投資少、效率高、結構簡單、運行可靠及維護方便等優點,無源濾波是目前采用的抑制諧波及無功補償的主要手段。但無源濾波器存在著許多缺點,如濾波易受系統參數的影響; 對某些次諧波有放大的可能;耗費多、體積大等。因而隨著電力電子技術的不斷發展, 人們將濾波研究方向逐步轉向有源濾波器。

3.3.2 有源濾波器

與無源濾波器相比,APF具有高度可控性和快速響應性,能補償各次諧波,可抑制閃變、補償無功,有一機多能的特點;在性價比上較為合理;濾波特性不受系統阻抗的影響,可消除與系統阻抗發生諧振的危險;具有自適應功能,可自動跟蹤補償變化著的諧波。目前在國外高低壓有源濾波技術已應用到實踐,而我國還僅應用到低壓有源濾波技術。隨著容量的不斷提高,有源濾波技術作為改善電能質量的關鍵技術,其應用范圍也將從補償用戶自身的諧波向改善整個電力系統的電能質量的方向發展。

3.3.3 防止并聯電容器組對諧波的放大

在電網中并聯電容器組起改善功率因數和調節電壓的作用。當諧波存在時,在一定的參數下電容器組會對諧波起放大作用,危及電容器本身和附近電氣設備的安全。可采取串聯電抗器,或將電容器組的某些支路改為濾波器,還可以采取限定電容器組的投入容量, 避免電容器對諧波的放大。

篇10

關鍵詞：供配電系統；波形畸變；諧波電流；治理措施

前言

配電變壓器運行時有一種電能損耗源是諧波電流，其在系統中流動會使變壓器、配電設備及導線發熱，由此產生電能損耗。另外， 諧波電流會導致諧波電壓的產生， 從而引起高次諧波電壓畸變。我國頒布的GB/T14549-93 《電能質量?公用電網質量》標準中對高次諧波電壓(相電壓)限值有嚴格規定： 額定電壓為0.38 kV的電網中， 電壓總諧波畸變率不得超過5.0%， 各次諧波電壓含有率的奇次不得超過4.0%，偶次不得超過2.0%。同時還規定高次諧波電壓對電網的沖擊持續的時間不超過2 s ， 且兩次沖擊之間的間隔時間不小于30 s 。

一 供配電系統中的諧波現象

如某大型企業的10/0.4 kV變配電系統是由第一、第二兩個變電所組成。兩個變電所都是采用兩臺變壓器分列運行方式， 如圖1 所示。第二變電所的二號變壓器由10 kV 高壓304 斷路器控制，0.4 kV 低壓由11DP 輸出總屏控制，10DP 為與一號變壓器輸出的I 段母線的聯絡開關，12DP、13DP 為電容補償屏，14DP～22DP 為低壓饋電線路控制屏。圖2 所示為14DP 供電線路的高次諧波電流百分比含量曲線圖(上曲線)。從零時至第二天零時的一晝夜中，高次諧波電流含量一般都在10%～50%之間徘徊， 而且三相中以B 相含量為最高。高次諧波電壓百分比含量(下曲線)， 多次電壓突破5%， 達到6%的含量。

圖3 所示為15DP 供電線路的高次諧波電流百分比含量曲線圖（ 上曲線） 。從零時至第二天零時的一晝夜中， 只要線路有負荷就有諧波電流的存在， 最少都有5%以上的含量， 負荷高峰時可達30%～45%。高次諧波電壓百分比含量（ 下曲線） ， 多次電壓突破5%， 達到6%的含量。從配電所的NS6000 后臺系統檢測的數據可看到：配電所的供電電力系統中， 存在大量的高諧波電流， 由此引起的高次諧波電壓的含有量（ 特別是奇次諧波含有量） 遠遠超過了標準限值， 電壓總諧波畸變率特別高， 而且諧波電壓對本系統的沖擊持續時間長， 間隔時間短，有時NS6000 后臺系統也根本無法檢測到每次沖擊的時間間隔， 即這種沖擊長時間地停留在供配電網絡中。

二 供配電系統諧波的產生

從波形圖上可以看出， 諧波電流的含量已經超標，這必將導致系統的諧波電流出現高的畸變率。而以上兩路輸出線路的高次諧波電壓的含量雖然不是很高， 但是由于每條線路都在不同時間段存在不同程度的超高， 這會使低壓輸出的各個分支網絡的高次諧波電壓在相同時間或不同時間段內不斷大量涌入整個低壓供電系統，導致系統的諧波電壓的疊加， 使諧波電壓含量增加、諧波電壓畸變率增大。嚴格地講， 電力網絡中的每個環節， 包括發電、輸電、配電、用電都可能產生諧波， 其中產生諧波最多位于用電環節上。發電機是由三相繞組組成的， 由于發電機的轉子產生的磁場不可能是完善的正弦波， 因此發電機發出的電壓波形不可能是一點不失真的正弦波。理論上講， 發電機三相繞組必須完全對稱， 發電機內的鐵心也必須完全均勻一致， 才不致造成諧波的產生， 但受工藝、環境以及制作技術等方面的限制， 發電機總會產生少量的諧波。輸電和配電系統中存在大量的電力變壓器， 其勵磁電流的諧波含有率與它的鐵磁飽和程度直接相關。正常運行時， 電壓接近額定值， 鐵芯工作在輕度飽和范圍， 此時諧波不大。但在一些特殊運行方式下(如夜間輕負荷期間)，運行電壓偏高， 導致鐵芯飽和程度較嚴重， 致使磁化電流呈尖頂形， 內含大量奇次諧波。另外， 由于經濟原因， 變壓器所使用的磁性材料通常在接近非磁性材料或在非磁性材料區域運行。在這種情況下， 即使所加的電壓為正弦波， 變壓器的勵磁電流也是非正弦的； 如果勵磁電流是正弦波， 則電壓就是非正弦波， 從而產生諧波。用電環節諧波源更多， 晶閘管式整流設備、變頻裝置、充氣電光源以及家用電器， 都能產生一定量的諧波。高含量的諧波電壓是導致電壓總諧波畸變的直接原因。為以上分析的各斷路器供電的設備全為大型膠印設備， 裝機容量大， 感應電動機多， 變壓器多， 直流設備也多， 為1DP-B 所供電的設備的大功率的交流變頻調速的電動機裝機容量超過300 kW， 為16DP-B 所供電的設備一般采用直流電動機拖動， 不論是直流電動機還是交流變頻調速電機， 其變流裝置一般都采用大晶閘管可控整流裝置， 由于以上原因致使供電網絡中的電壓總諧波畸變率居高不下。

三 供配電系統諧波的危害

諧波是不能忽視的，其危害主要表現有以下幾方面。

3.1 諧波對電能損耗的影響

諧波增加了輸、供和用電設備的額外附加損耗， 使設備的溫度過高， 降低了設備的利用率和經濟效益。在理想的正弦波的情況下， 無功功率Q 僅僅反映了電能在電源與負載之間交換或傳遞的幅度。但是， 在諧波環境下的無功功率Q 中， 一部分反映了電能在電源與負載之間交換的幅度， 還有一部分則主要做了“ 無用功” 。這是因為多數用電設備都被設計成工作在50 Hz 的正弦波電網中， 故它們不能有效地利用諧波和間諧波電流， 于是這部分能量就只能通過發熱、電磁輻射、振動和噪音等途徑耗散掉， 成為“ 無用功” 并同時造成各種環境污染。

(1)電力諧波對輸電線路的影響

諧波電流使輸電線路的電能損耗增加。當注入電網的諧波頻率位于在網絡諧振點附近的諧振區內時， 對輸電線路和電力電纜線路會造成絕緣擊穿。

(2)電力諧波對變壓器的影響

諧波電壓的存在增加了變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及絕緣的電場強度， 諧波電流的存在增加了銅損。對帶有非對稱性負荷的變壓器而言， 會大大增加勵磁電流的諧波分量。

(3) 電力諧波對電力電容器的影響

含有電力諧波的電壓加在電容器兩端時， 由于電容器對電力諧波阻抗很小， 諧波電流疊加在電容器的基波上， 使電容器電流變大， 溫度升高， 壽命縮短， 引起電容器過負荷甚至爆炸， 同時諧波還可能與電容器一起在電網中造成電力諧波諧振， 使故障加劇。

3.2 諧波對繼電保護和自動裝置的影響

特別對于電磁式繼電器來說， 電力諧波很可能引起繼電保護及自動裝置誤動或拒動， 使其動作失去選擇性， 可靠性降低， 容易造成系統事故， 嚴重威脅電力系統的安全運行。

3.3 諧波對功率因數的影響

(1) 諧波對功率因數計算方法的影響。功率因數是指有功功率和視在功率的比值， 在系統存在諧波時的實際功率因數為：PF=P/S ，式中，P 是有功功率，S 是視在功率。在理想正弦波的情況下， 功率因數cos￠=P1/S 1， 式中，P1是基波的有功功率，S1是基波的視在功率。但是， 在諧波環境中，PF＜cos￠， 即：PF=P/S= P/S1× S1/S =PFdisp×PFdist

式中，PFdisp為位移功率因數，PFdist為畸變功率因數。

(2) 諧波對功率因數補償方法的影響。傳統的靜電電容補償方法只能解決由于電流相位滯后導致的無功功率問題， 而對由于諧波、間諧波等頻率不合所導致的無功功率卻無能為力。因此， 在諧波環境中， 計算靜電補償電容的容量時，應當扣除畸變所致的無功功率， 而且這部分無功功率必須用配置電抗器、濾波器等治理諧波的方法解決。

3.4 諧波導致配電系統地諧振風險增大

諧波會在熱效應、耐壓等方面給補償電容器帶來負面影響， 故應根據諧波狀況來調整電容器的耐壓參數。應當注意的是， 諧波還會導致電容器過載、過熱， 故諧波還會影響電容器的容量選擇。另外， 配電系統中， 無功補償電容器和變壓器電抗在一定條件下可以形成串聯或并聯諧振電路。前者從電網吸入諧振頻率及其相近頻率的諧波電流， 從而導致電容器過載， 同時在電容器和電感上產生極高的電壓， 導致相關設備絕緣擊穿； 后者將向電網注入經諧振電路放大數倍的電流， 從而導致電容器、變壓器及導線過載， 同樣也會產生極高的諧波電壓，導致相關設備絕緣擊穿。

四 諧波治理方法

4.1 三相整流變壓器采用Y、d 或D、d 聯結方式

由于3 次及3 次整數倍次的諧波電流在三角形聯結的繞組內形成環流， 而星形聯結的繞組內不可能出現3 次及3 次整數倍次的諧波電流， 因此采用Y、d 或D、d聯結的三相整流變壓器， 能消除注入供電網絡的3 次及3 次整數倍次的諧波電流。又由于供電系統中的非正弦交流電壓或電流，通常是正、負兩半波對時間軸(橫軸）是對稱的， 不含直流分量和偶次諧波分量， 因此采用Y、d或D、d 聯結的整流變壓器以后，注入電網的諧波只有5、7 、11 等次諧波了。這種方法是抑制諧波的最基本方法。

4.2 增加整流變壓器二次側的相數

整流變壓器二次側的相數越多， 整流波形的脈波數越多， 其次數低的諧波被消去的也越多。如整流變壓器相數為2×3 相時， 出現的5 次諧波電流為基波電流的18.5%，7 次諧波電流為基波電流的12%。如果整流相數增加到4×3 相時， 則出現的5 次諧波電流降為基波電流的4.5%，7 次諧波電流降為基波電流的3%， 都差不多減少到1/3 。由此可見， 增加整流變壓器二次側的相數對抑制諧波效果相當顯著。

4.3 裝設分流濾波器

在大容量“ 諧波源” （ 如大型晶閘管整流器） 與電網連接處， 裝設分流濾波器， 使濾波器各組R-L-C 回路分別對需要消除的5 、7 、11 等次諧波進行調諧， 使之發生串聯諧振。由于串聯諧振時阻抗極小， 從而使這些諧波電流被它分流吸收而不至于注入公用電網。分流濾波器接線圖如圖4 所示。

五 結語

綜上所述， 諧波治理是綜合治理過程， 是改善供電品質的重要手段。GB/T 14549-93 《電能質量―公用電網諧波》對電網各級電壓諧波水平進行了量化限制。這樣做不僅能夠改善整個網絡的電力品質， 同時也能延長用戶設備使用壽命， 提高產品質量， 降低電磁污染環境，減少能耗， 提高電能利用率。

參考文獻

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[3]劉燕燕、亓躍峰，電網諧波危害分析及在煤礦生產中的應用[J]存在現代電子技術，2005，(18).