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。鑒于整個技術尚待發展、完善，不成熟的建議僅供參考。

　　此“圖外三談諧波”為繼“圖外談照明”、“圖外再談照明”的姊妹篇，亦系沉思指導實踐環節教學，以“圖外談設計”形式，倡“彈指CAD，勿忘據理論”的工程觀。

　　關鍵詞 :電磁兼容; 諧波抑制;無功功率補償; 功率因數;電能質量

　　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 為使系統少產生諧波，盡可能降低諧波汚染，制定了下列各類規定：

　　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除醫院醫技樓、專業實驗室等，建筑物內不設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備。必須安裝這些設備的醫技樓、專業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備及安裝設備的建筑物應采取屏蔽措施---板屏蔽、網屏蔽、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備供電的配電干線設計中，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、電視等電子設備供電的場合，TN系統配電回路的N及PEN線的截面積不小于相線截面的2倍;

　　1.1.1.2.2電子設備和元件較多的配電線路，選用有中性線過流保護的開關電器，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和設備;

　　1.1.1.2.3為X光機、CT機，核磁共振機等設備供電的變壓器及饋線，應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適當調整電容器的安裝位置，以改變網絡參數;

　　1.1.1.3.2根據可能產生諧振的諧波次數，確定電容器的容量，或調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適當的空心電抗器，限制電容器支路的諧波電流。如為限制3～5次諧波電流，可安裝相當于電容器容量4%～6%的串聯電抗器;

　　1.1.2被動治理 對系統己產生的諧波，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濾波效果與系統運行狀況有關，當電網系統阻抗、頻率變化時，諧波效果降低;

　　1.1.2.1.3特殊諧波或系統阻抗、頻率的變化，可能與電網系統阻抗發生串聯或并聯諧振，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，危及電網穩定;

　　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。對變化的諧波動態跟蹤補償的有源濾波器，是治理電網諧波最有前途的措施。近年來有源電力濾波器取得長足發展，國外雖有投入實際運行，我國還處于研制階段，工程應用尚處于初期階段。

　　1.2無功補償

　　無功補償與諧波抑治是關聯最密切、難度最大、保障電網質量最重要的兩方面。無功補償的當前作法：

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

　　1.2.2并聯電容器 雖有發生諧振事故的可能，但方便、靈活、價廉，工程中廣為應用。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、電容構成，能根據無功功率的需求，自動動態補償無功功率，亦可調整電圧、減少過圧、減少電圧閃爍。然動態調節基波無功時產生大量諧波，影響其推廣。此技術己成熟，應用較多為下列四種：

　　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，從而調節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，相當于調節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，接通時根據控制角調節無功功率輸出的大小。因使用了變壓器，可直接接入高圧側;

　　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節電抗器的電抗，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，結構、設計必復雜。

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

　　2、案例討論

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

　　究其原因，可能是此系統的三次諧波在終端變電所的終端變壓器的△繞組內己抵消，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公司產品，改用ABB公司新近生產的有源動態諧波濾波器：

　　⑴ PQFI---適用于大功率三相三線系統;

　　⑵ PQFM---適用于較小功率三相三線系統;

　　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;

　　⑷ PQFS---適用于商業、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。

　　2.2案例2：某大廈工程選用某廠ZN-TSF智能型低壓動態濾波補償成套裝置，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，系統含有大量諧波。而此智能型低壓動態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”。

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

　　2.3案例3：某設計辦公樓0.4/0.23kV側為單母線分段，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 原始系統測試數據見“表2案例3原始條件”;

　　2.3.2設計方案 左段裝調諧式電抗電容器柜，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、結構簡、運行可靠、維護方便。

　　2.3.4測試結果：分析過程以美福祿克公司FLUKE-41B電能質量測試儀測試：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、諧波失真總量、峰值因數。篩選后的數據見“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電源質量品質的兩項最關健指標、最復雜的技術難點的新舉措，對提高電能質量有著十分重要的意義。

　　3.1.2雙管其下可以協調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，也是節省投資的技術經濟皆顧及的綜合行為。

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

　　3.2實施步驟

　　當前情況下，從經濟合理，技術可靠雙方面出發，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 使用相應儀器檢測系統的諧波次數及含量，除案例三外，檢測儀器尚多，例如：

　　3.2.2.1 TOPAS電能質量測試儀 瑞士LEM公司生產，可連續跟蹤測量，了解系統帶負荷運行狀態下的數據。此儀器參數指標為：

　　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，用于測量電壓、電流的諧波情況及功率因數。此儀器參數指標為：

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

　　3.2.4調試 安裝接線完畢，在相應儀器檢測下對抑諧設備按系統參數進行現場實地調試，最好亦對兩端極端狀況作亦作調試。

　　3.2.5軟件 當前尚無充分理由必需使用“諧波綜合治理系統軟件包”智能處理，或許它是此諧波綜合治理技術進一步發展、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的綜合研究應用.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.電能質量及其分析方法綜述.電網技術.2000第24期;.

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

　　[6]韓柱亭.公用建筑的電網諧波及其抑制.現代建筑電氣設計技術文集.2003

　　[7]吳堅.清除電網三次諧波.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.靜止同步串聯補償噐SSSC.電工技術.2001第2期。