摘要 : “圖外三談諧波”共三文：“一談”為“概述”、“二談”為“治理措施”、“三談”為“討論及建議”，總體給出諧波的整體輪廓及綜合治理的理念。本文“三談”系末篇，首先介紹了當前作法;接著對兩個不成功、一個成功的案例展開討論;最后闡述了綜合治理建議的新思路及實施步驟。鑒于整個技術(shù)尚待發(fā)展、完善，不成熟的建議僅供參考。

　　此“圖外三談諧波”為繼“圖外談?wù)彰?rdquo;、“圖外再談?wù)彰?rdquo;的姊妹篇，亦系沉思指導實踐環(huán)節(jié)教學，以“圖外談設(shè)計”形式，倡“彈指CAD，勿忘據(jù)理論”的工程觀。

　　關(guān)鍵詞 :電磁兼容; 諧波抑制;無功功率補償; 功率因數(shù);電能質(zhì)量

　　Abstract： There are three articles of "discussion about harmonics without drawing:"For the “first” article refers to “general overview”, for the “second” refers to “control measures” and for the “third” refers to “discussion and suggestion”, which totally endows philosophy upon overall outline and comprehensive treatment of harmonics. This “third” article refers to the end section, it firstly introduces current practices; and then conduct discussion on two unsuccessful cases and one successful case; finally elaborates new thoughts and implementation procedures for comprehensive treatment. In view of undeveloped and imperfect technology, immature suggestions are only for references.

　　This article of the third "discussion about harmonics without drawing” is the sister section in succession of “discussion about lighting without drawing” and “re-discussion about lighting without drawing”, which is also the thinking teaching of instruction and practice. In form of “discussion designed without drawing”, the engineering concept of “advocating both CAD and theory” prevail.

　　Key words：Electromagnetic compatibility, harmonic suppression, reactive power compensation, power factor, quality of electric energy

　　中圖分類號： R187+.7 文獻標識碼：A 文章編號：

　　1、當前作法

　　1.1諧波抑治

　　1.1.1主動治理 為使系統(tǒng)少產(chǎn)生諧波，盡可能降低諧波汚染，制定了下列各類規(guī)定：

　　1.1.1.1建筑物

　　1.1.1.1.1民用建筑物與高壓、超高壓輸電線和雷達站之間保持足夠的安全距離;

　　1.1.1.1.2除醫(yī)院醫(yī)技樓、專業(yè)實驗室等，建筑物內(nèi)不設(shè)置大型有電磁輻射的裝置、核輻射裝置和電磁輻射較為嚴重的高頻電子設(shè)備。必須安裝這些設(shè)備的醫(yī)技樓、專業(yè)實驗室等必須采取屏蔽措施;

　　1.1.1.1.3大功率射頻干擾源的設(shè)備及安裝設(shè)備的建筑物應(yīng)采取屏蔽措施---板屏蔽、網(wǎng)屏蔽、室屏蔽。

　　1.1.1.2電氣線路

　　1.1.1.2.1民用建筑低壓配電，尤其是對用電負荷主要為單相用電設(shè)備供電的配電干線設(shè)計中，中性線(N)的截面不小于相線截面積。而對大量集中使用計算機、電視等電子設(shè)備供電的場合，TN系統(tǒng)配電回路的N及PEN線的截面積不小于相線截面的2倍;

　　1.1.1.2.2電子設(shè)備和元件較多的配電線路，選用有中性線過流保護的開關(guān)電器，且適當加大斷路器的斷流容量，防止短路故障因諧波干擾導至斷流容量不足而損壞開關(guān)和設(shè)備;

　　1.1.1.2.3為X光機、CT機，核磁共振機等設(shè)備供電的變壓器及饋線，應(yīng)當盡可能降低電源阻抗。

　　1.1.1.3防止電容器對諧波的放大

　　1.1.1.3.1適當調(diào)整電容器的安裝位置，以改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù);

　　1.1.1.3.2根據(jù)可能產(chǎn)生諧振的諧波次數(shù)，確定電容器的容量，或調(diào)整電容器投切分組容量，避開諧振點;

　　1.1.1.3.3在電容器回路中串聯(lián)適當?shù)目招碾娍蛊鳎拗齐娙萜髦返闹C波電流。如為限制3～5次諧波電流，可安裝相當于電容器容量4%～6%的串聯(lián)電抗器;

　　1.1.2被動治理 對系統(tǒng)己產(chǎn)生的諧波，采用了下列方式削弱、抑制：

　　1.1.2.1 LC無源電力濾波器

　　1.1.2.1.1只對設(shè)計針對頻率的諧波效果明顯，對其它頻率的諧波效果不明顯;

　　1.1.2.1.2濾波效果與系統(tǒng)運行狀況有關(guān)，當電網(wǎng)系統(tǒng)阻抗、頻率變化時，諧波效果降低;

　　1.1.2.1.3特殊諧波或系統(tǒng)阻抗、頻率的變化，可能與電網(wǎng)系統(tǒng)阻抗發(fā)生串聯(lián)或并聯(lián)諧振，造成電壓波形畸變和諧波電流放大，引起無源濾波器過壓、過流，甚至損壞，危及電網(wǎng)穩(wěn)定;

　　1.1.2.1.4負載諧波電流過大時，可能引起無源濾波器過載，使之損壞，造成事故。

　　1.1.2.2有源電力濾波器 幾乎不受電網(wǎng)阻抗變化的影響，不存在諧波放大的危險，儲能元件容量小。對變化的諧波動態(tài)跟蹤補償?shù)挠性礊V波器，是治理電網(wǎng)諧波最有前途的措施。近年來有源電力濾波器取得長足發(fā)展，國外雖有投入實際運行，我國還處于研制階段，工程應(yīng)用尚處于初期階段。

　　1.2無功補償

　　無功補償與諧波抑治是關(guān)聯(lián)最密切、難度最大、保障電網(wǎng)質(zhì)量最重要的兩方面。無功補償?shù)漠斍白鞣ǎ?/p>

　　1.2.1同步調(diào)相機 既能補償固定的無功功率，也能對變化的無功功率動態(tài)補償。但反應(yīng)速度慢、損耗大、價昂，僅早期運用;

　　1.2.2并聯(lián)電容器 雖有發(fā)生諧振事故的可能，但方便、靈活、價廉，工程中廣為應(yīng)用。只是僅能補償固定的無功;

　　1.2.3靜止無功功率補償裝置(SVC) 以快速變化的電抗、電容構(gòu)成，能根據(jù)無功功率的需求，自動動態(tài)補償無功功率，亦可調(diào)整電圧、減少過圧、減少電圧閃爍。然動態(tài)調(diào)節(jié)基波無功時產(chǎn)生大量諧波，影響其推廣。此技術(shù)己成熟，應(yīng)用較多為下列四種：

　　1.2.3.1自飽和電抗器(SR)：由負荷電流控制飽和電抗器的磁飽和程度，負荷變化時其電抗值隨之變化，從而調(diào)節(jié)無功功率輸出的大小;

　　1.2.3.2晶閘管控制電抗器(TCR)：通過改變控制角a而改變導通時間，相當于調(diào)節(jié)電抗器的電抗達到改變無功功率輸出的目的;

　　1.2.3.3晶閘管控制高漏電抗器(TCT)：原理同TCR，晶閘管斷開時呈高電抗，接通時根據(jù)控制角調(diào)節(jié)無功功率輸出的大小。因使用了變壓器，可直接接入高圧側(cè);

　　1.2.3.4晶閘管投切電容器(TSC)：其晶閘管超前90°時接通并在斷開前一直保持此控制角，如電圧為正弦波，則流過TSC的電流亦正弦波，故無諧波產(chǎn)生，但此TSC不能在導通期間改變無功功率輸出的大小。

　　四種形式的靜止無功功率補償裝置(SVC)電路及參數(shù)對比于圖1及表1。從表1可見SR諧波來自磁飽和、非線性，TCR及TCT通過改變晶閘管控制角而調(diào)節(jié)電抗器的電抗，控制角大于90°時得不到交流電源的完整正弦波。此三種形式使用必考慮抑制它自生諧波，結(jié)構(gòu)、設(shè)計必復雜。

　　1.2.4靜止無功功率發(fā)生器(SVG) 通過不同控制，既可發(fā)出無功功率(呈容性)，也能吸收無功功率(呈感性)。但功能單一，僅調(diào)節(jié)無功功率。

　　2、案例討論

　　2.1案例1：某終端變電所裝ABB公司生產(chǎn)的串聯(lián)型諧波濾波器THF，感濾波效果欠明顯。

　　究其原因，可能是此系統(tǒng)的三次諧波在終端變電所的終端變壓器的△繞組內(nèi)己抵消，而THF濾波僅針對三次諧波,對其它高次諧波及無功補償無能為力，所以感濾波效果欠明顯。

　　建議：如仍用ABB公司產(chǎn)品，改用ABB公司新近生產(chǎn)的有源動態(tài)諧波濾波器：

　　⑴ PQFI---適用于大功率三相三線系統(tǒng);

　　⑵ PQFM---適用于較小功率三相三線系統(tǒng);

　　⑶ PQFK---適用于混合型負載(含中性線中有零序諧波)三相四線系統(tǒng);

　　⑷ PQFS---適用于商業(yè)、住宅及輕工負載(帶/不帶中性線負載)三相四線/三相三線系統(tǒng)。

　　2.2案例2：某大廈工程選用某廠ZN-TSF智能型低壓動態(tài)濾波補償成套裝置，亦感濾波效果欠明顯。

　　究其原因，可能是此大廈工程用了大量UPS，系統(tǒng)含有大量諧波。而此智能型低壓動態(tài)濾波補償成套裝置選用的是“標準抗諧振型”，僅適用于“含有少量諧波的系統(tǒng)”。

　　建議：如仍用此廠產(chǎn)品，改選“非標濾波型”，與制造廠協(xié)商按系統(tǒng)中諧波頻率及容量針對性特殊設(shè)計、生產(chǎn)。費用會升高，但能有的放矢解決問題。

　　2.3案例3：某設(shè)計辦公樓0.4/0.23kV側(cè)為單母線分段，兩段母線分別各由一臺Dyn11干式變壓器供電，左段非線性負荷少，右段母線供負荷中大型UPS多，導致系統(tǒng)諧波超標(五次、七次諧波多，五次為68A)，電流畸變大(45%)。

　　2.3.1 原始條件 原始系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)見“表2案例3原始條件”;

　　2.3.2設(shè)計方案 左段裝調(diào)諧式電抗電容器柜，著力無功功率補償;右段裝一臺70A有源電力濾波器濾除五、七次諧波，并配以調(diào)諧式電抗電容器柜著力無功補償。一次電路總方案見“圖2案例3系統(tǒng)概略圖”;

　　2.3.3 安裝位置 排除效果不明顯的電源入口及需增費用的設(shè)專用箱兩方案，選用在分配電盤或負荷中心安裝。集中治理、投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡、運行可靠、維護方便。

　　2.3.4測試結(jié)果：分析過程以美福祿克公司FLUKE-41B電能質(zhì)量測試儀測試：至31階次諧波的電壓、電流及波

　　形;電壓、電流有效值及頻率;峰值、最大值、最小值、平均值及DC;功率、功率因數(shù)、諧波失真總量、峰值因數(shù)。篩選后的數(shù)據(jù)見“表3電容器投入前后”、“表4濾波器投入前后”。通過電容器投入前后、有源濾波器投入前后的瞬時電壓及電流波形圖、諧波電流頻譜圖、基波電流趨勢圖、功率因數(shù)變化趨勢圖、濾波效果(電壓、電流波形圖及柱狀圖)圖，列表對比分析，效果較理想。

　　3、綜合治理

　　3.1新思路

　　3.1.1抑制諧波汚染和降低無功功率同時并舉是針對電網(wǎng)電源質(zhì)量品質(zhì)的兩項最關(guān)健指標、最復雜的技術(shù)難點的新舉措，對提高電能質(zhì)量有著十分重要的意義。

　　3.1.2雙管其下可以協(xié)調(diào)降無功與抑諧波彼此的尺度，避免過度無功補償導致諧振的危險，也是節(jié)省投資的技術(shù)經(jīng)濟皆顧及的綜合行為。

　　3.1.3兩類設(shè)備此兩功能多彼此交叉，可合理安排，充分發(fā)揮各設(shè)備長項及潛能，為專用、昂價、高技術(shù)設(shè)備的選用、配搭進行了新探索、新嘗試。

　　3.2實施步驟

　　當前情況下，從經(jīng)濟合理，技術(shù)可靠雙方面出發(fā)，建議綜合治理按步試行：

　　3.2.1先考慮無功功率補償 按常規(guī)計算出有功及無功負荷量，確定無功功率補償量，從而略偏大地選定補償電力電容。建議當前還是采用：

　　3.2.1.1巡測繼電投切電容器的常規(guī)作法;

　　3.2.1.2晶閘管投切電容器的TSC法。

　　3.2.2考慮抑諧先測諧 使用相應(yīng)儀器檢測系統(tǒng)的諧波次數(shù)及含量，除案例三外，檢測儀器尚多，例如：

　　3.2.2.1 TOPAS電能質(zhì)量測試儀 瑞士LEM公司生產(chǎn)，可連續(xù)跟蹤測量，了解系統(tǒng)帶負荷運行狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。此儀器參數(shù)指標為：

　　電壓精確度：0.15%

　　電流精確度：0.5%

　　采樣頻率：1kHz~64kHz

　　脈沖采樣頻率：100kHz~10kHz

　　符合EN61000-4-7 標準-A 等級

　　3.2.2.2 FLUKE-41B諧波測試儀 美國FLUKE福祿克公司生產(chǎn)，用于測量電壓、電流的諧波情況及功率因數(shù)。此儀器參數(shù)指標為：

　　電壓精確度：0.5%+2

　　電流精確度：0.5%+3

　　頻率精確度：±0.3Hz

　　3.2.2.3 美FLUKE的電能質(zhì)量分析儀還有：

　　3.2.2.3.1在線式---如FT2000L;

　　3.2.2.3.2便攜式---如F1760專家型、1750三相電能記錄型、F1740系列三相分析型、Norma系列寬頻帶型;

　　3.2.2.3.3手持式---如F430系列三相分析型、F1735三相記錄型、F43B單相型、F345鉗型。

　　3.2.3選用抑諧設(shè)備 按前述原則，針對系統(tǒng)檢測出的諧波次數(shù)及含量選用抑諧設(shè)備，而不是事先一無所知就盲目設(shè)計選型，重蹈案例一、二之覆轍。

　　3.2.4調(diào)試 安裝接線完畢，在相應(yīng)儀器檢測下對抑諧設(shè)備按系統(tǒng)參數(shù)進行現(xiàn)場實地調(diào)試，最好亦對兩端極端狀況作亦作調(diào)試。

　　3.2.5軟件 當前尚無充分理由必需使用“諧波綜合治理系統(tǒng)軟件包”智能處理，或許它是此諧波綜合治理技術(shù)進一步發(fā)展、成熟后的所取。

　　參考資料：

　　[1]萬克棟.辦公樓宇供電諧波治理與無功補償?shù)木C合研究應(yīng)用.浙大研究生論文集.2005;

　　[2]馬誌溪.供配電工程.清華大學出版社.2009;

　　[3]胡銘等.電能質(zhì)量及其分析方法綜述.電網(wǎng)技術(shù).2000第24期;.

　　[4]李令冬等.城市樓宇供電系統(tǒng)中的電能質(zhì)量問題.2002上海電能質(zhì)量國際研討會會議資料;

　　[5]李令冬等.如何在樓宇供電管理中的貫徹電能質(zhì)量標準.2002上海電能質(zhì)量國際研討會會議資料;

　　[6]韓柱亭.公用建筑的電網(wǎng)諧波及其抑制.現(xiàn)代建筑電氣設(shè)計技術(shù)文集.2003

　　[7]吳堅.清除電網(wǎng)三次諧波.低壓電器.2003第3期;

　　[8]劉國海.綜合有源電力濾波噐的研究.江蘇理工大學學報.2000第4期;

　　[9]王群等. 諧波源與有源電力濾波噐的補償特性.中國電機工程學報.2001第2期;

　　[10]許維東等.靜止同步串聯(lián)補償噐SSSC.電工技術(shù).2001第2期。