一、谐波的危害
谐波主要是由谐波源产生。
谐波对公用电网、电气设备和通信系统都会有不同程度的影响。
比如会导致电机的附加损耗,增大机械振动、噪声和过电压,使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短,以至损坏。
谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振,从而使谐波放大甚至引起严重事故。
谐波会导致继电保护和自动装置的误动作。谐波会对邻近的通信系统产生干扰,产生噪声,或导致通信系统无法正常工作。
目前解决谐波的最好方案是配置有源电力滤波器(APF)
二、哪些场所需要安装谐波治理装置呢?
在《GB/T14549-1993 电能质量公用电网谐波》规定了谐波电压限值,以及谐波电流的允许值。
在《JGJ 16-2008民用建筑电气设计规范》也规定了谐波限值和谐波治理方法,原文内容如下:
1.主要谐波源
名称 | 所属行业 |
UPS、开关电源、逆变电源 | 数据中心、通信、医院、公用事业、商业等 |
变频设备 | 工矿企业、商业、市政、、医院、民用等 |
地铁、轻轨 | 交通 |
中频炉、单(多)晶硅生产设备 | 制造业 |
电弧炉、交流弧焊机、感应加热装置 | 机械、能源、化 |
2.典型非线性负荷的谐波频谱
负荷 | 3th | 5th | 7th | 9th | 11th | 13th |
办公设备、服务器、PC | √ |
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| √ |
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自动化设备、PLC | √ |
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| √ |
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电子照明 | √ |
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通信设备 | √ | √ | √ |
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UPS |
| √ | √ |
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变频设备 |
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| √ | √ |
广播、电视演播室 | √ | √ | √ |
| √ | √ |
三、有源滤波设计容量如何确定?(这点是大家比较关注的)
谐波治理根据谐波源的集中度情况,可选择集中治理或就地治理。
对于新建项目我们很难确切的计算出系统中的谐波含量,只能采取估算的方法,计算公式如下。
若采用集中治理,有源电力滤波器容量计算公式为:
各行业谐波治理THDi推荐值
行业类型 | 典型谐波畸变率THDi |
地铁、隧道、高铁、机场 | 15% |
通讯、商业建筑、银行 | 20% |
医疗行业 | 25% |
汽车制造、船舶制造 | 30% |
化工、石油 | 35% |
冶金行业 | 40% |
若采用就地补偿方式,有源电力滤波器容量计算公式为:
负载类型 | 典型谐波含量THDi | 负载类型 | 典型谐波含量THDi |
变频器 | 30~50 | 中频感应加热电源 | 30~35 |
电梯 | 15~30 | 六脉冲整流器 | 28~38 |
LED灯 | 15~20 | 十二脉冲整流器 | 10~12 |
节能灯 | 15~30 | 电焊机 | 25~58 |
电子镇流器 | 15~18 | 变频空调 | 6~34 |
开关电源 | 20~30 | UPS | 10~25 |
考虑到要预量,上述计算值留一定的余需放大1.3倍左右,作为最终谐波容量比较合适。
例如:某银行配电系统:变压器的额定容量为1600kVA,变压器变比为10/0.4 kV。K取值为0.7,THDi取值为20%,采用集中治理方案,根据上述公式(1)可得317A,计算值放大1.3倍得出需要配置的有源电力滤波器的容量
317×1.3=412A
便于容量选择最终按照400A的容量配置。
对于改造项目,建议先进行电能质量测试后,再根据测试结果选定谐波治理的容量和安装方案。
上图
集中治理的选型方案,有源电力滤波柜建议安装在无功补偿柜与出线柜之间,这样电流采样回路最短,接线更简单,成本也更低。
另外,采样CT的安装位置也很关键,直接关系到谐波治理的准确性问题。
从安装和成本考虑,建议将采样CT安装于滤波柜和出线柜连接的那段主母排上。
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这样安装依据?
有源滤波器自身相当于一个电流源,而我们安装有源滤波器是为了治理系统负荷产生的谐波的,所以采样CT只计量负荷的电流才是最准确的,滤波的效果才能达到最佳状态。所以采样CT不能计量无功补偿柜和有源滤波柜自身的电流的。
如果有源滤波柜按照在系统末端,就需要在有源滤波柜内再安装一套CT,与系统端的CT做减法运算,得到负荷的电流。
如果采样CT安装在电网侧时,也需要在有源滤波柜内再安装一套CT,与电网侧的CT做减法运算,得到负荷的电流。
下面是三种不同的系统结构,有源滤波柜和采样CT安装位置:
如下图(供货实物图片),图片由上海正尔厂家提供,其有源滤波器采用模块化设计,单台模块容量有50A、75A、100A、150A多种规格,模块高度仅200mm,单柜最多可放置6个模块。
还有一点需要注意,在谐波源较多的系统,为防止发生电网谐振,无功补偿系统电容器应串联电抗器,除非经计算证实不会出现谐振现象。在配置有源滤波器后,也应该这样做。