李曼

摘 要：針對(duì)某工程運(yùn)行時(shí)諧波導(dǎo)致設(shè)備損壞的情況，本文在分析諧波狀況、比較多種解決方案的

關(guān)鍵詞：諧波；無(wú)源濾波器；有源濾波器；諧波抑制；不間斷電

上海某單位變配電室內(nèi)發(fā)生設(shè)備損壞事件：當(dāng)兩套UPS（兩臺(tái)UPS并聯(lián)冗余1+1）同時(shí)由一路市電供電后，與這兩套UPS聯(lián)絡(luò)的電容補(bǔ)償柜燒壞。本文在深入分析事件產(chǎn)生原因后，以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)以及現(xiàn)有消諧方法為基礎(chǔ)，依據(jù)具體實(shí)際情況和工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，擬定切實(shí)解決問(wèn)題的方案。

1 故障分析

該變電站由兩路10KV高壓市電環(huán)網(wǎng)供電，供電情況穩(wěn)定可靠。由一路高壓市電及一套高低壓電源系統(tǒng)，并同時(shí)利用原有的五路低壓電源供電。同時(shí)配置了一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組，作為應(yīng)急電源。油機(jī)電源經(jīng)與一路高壓市電轉(zhuǎn)換后通過(guò)聯(lián)絡(luò)柜與原有的低壓電源實(shí)現(xiàn)切換。該路高壓市電的無(wú)功功率補(bǔ)償采用低壓側(cè)集中補(bǔ)償方式，采用低壓無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置，補(bǔ)償后的高壓側(cè)的功率因數(shù)達(dá)到0.9以上。

事后用儀器對(duì)該電容柜受電端進(jìn)行了測(cè)量。測(cè)得的電流為雙羊角波形是明顯的諧波波形圖，電壓波形也有毛刺。由以上分析，初步認(rèn)定電容補(bǔ)償柜燒壞的原因是由于電路中的高次諧波導(dǎo)致。

究其原因，這些系統(tǒng)多是使用了含有整流裝置的設(shè)備。其中包括UPS、變頻設(shè)備以及開關(guān)電源等。UPS是通過(guò)整流器/充電器從交流配電系統(tǒng)中獲得電力的，所以對(duì)應(yīng)于UPS上線的配電系統(tǒng)，整流器/充電器是一個(gè)會(huì)引起諧波失真的非線性負(fù)載.一般來(lái)說(shuō)，UPS由市電電網(wǎng)中吸取能量的方式不是連續(xù)的正弦波，而是斷續(xù)的。這種脈動(dòng)電流和外電網(wǎng)沿路阻抗一起形成的脈動(dòng)電壓降疊加在電網(wǎng)電壓的正弦波上，而造成了失真，通常要求正弦波失真度<5%。

由此可得以下的結(jié)論：電流中含6k±1（k為正整數(shù)）次諧波，各次諧波的有效值與諧波次數(shù)成反比，且與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)。

在用電系統(tǒng)中，產(chǎn)生諧波的根本原因是由于具有非線性阻抗特性的用電設(shè)備（又稱為非線性負(fù)荷） 用電的結(jié)果。非線性負(fù)荷在工作時(shí)從電網(wǎng)取用非正弦電流，結(jié)果使電流波形產(chǎn)生畸變。諧波電流流經(jīng)阻抗后，形成電網(wǎng)諧波電壓；電壓波形進(jìn)而發(fā)生畸變，諧波產(chǎn)生以后，作為補(bǔ)償?shù)碾娙萜鹘M常會(huì)在高頻下發(fā)生共振故而進(jìn)一步放大諧波，從而加劇了系統(tǒng)諧波污染的情況，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，影響同一供電系統(tǒng)的其它負(fù)荷設(shè)備甚至整個(gè)系統(tǒng)的失效，將引起相關(guān)部門的高度重視。

2 實(shí)測(cè)結(jié)果

2.1 諧波源的實(shí)測(cè)結(jié)果

用電能質(zhì)量分析儀對(duì)該變配電系統(tǒng)內(nèi)部供電電網(wǎng)質(zhì)量進(jìn)行測(cè)試。實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)一步印證了上述分析結(jié)果。以下是該系統(tǒng)UPS測(cè)試前端，當(dāng)一臺(tái)120KVA的UPS單獨(dú)供電時(shí)即70%負(fù)載率情況下（UPS輸出電流顯示130，110，103A），以及在UPS旁的開關(guān)電源處所測(cè)的數(shù)據(jù)：

3 治理方案的確定

3.1 原則

要針對(duì)具體情況具體分析，因地制宜的進(jìn)行諧波治理。同時(shí)要結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分析測(cè)量結(jié)果，對(duì)遇到的諧波問(wèn)題擬不同的解決方案以咨比較后再確定最后的方案。在確定最后諧波治理方案時(shí)，應(yīng)通常考慮以下幾點(diǎn)：電氣系統(tǒng)接線圖（發(fā)動(dòng)機(jī)組和隔離變壓器的類型、功率、短路電壓、亞瞬態(tài)電抗；系統(tǒng)中各點(diǎn)的接地；負(fù)載的功率、類型；市電運(yùn)行方式等）；諧波源的具體現(xiàn)狀（包括幾次諧波、類型、大小等）；有無(wú)補(bǔ)償電容器組以及是否與系統(tǒng)發(fā)生諧振；負(fù)載停電的可能性；

3.2 分析及結(jié)論

結(jié)合目前常用消諧方法，對(duì)本工程做如下分析：

（1）移相消諧

通過(guò)自耦變壓器為整流器供電產(chǎn)生了相移，導(dǎo)致各個(gè)整流器產(chǎn)生的諧波電流重組。計(jì)算表明還剩6kp±1次諧波（p為整流器個(gè)數(shù)）。即11，13，23，25等。優(yōu)點(diǎn)是：價(jià)格最便宜；缺點(diǎn)是：只適用于至少兩個(gè)UPS并聯(lián)使用的系統(tǒng)；N個(gè)諧波源（在此UPS）相互之間一定要大小、相位、個(gè)數(shù)保持一致；系統(tǒng)擴(kuò)容不方便；移相器參數(shù)一旦定下，再改變就比較困難。

基于系統(tǒng)擴(kuò)容及安全性考慮，系統(tǒng)設(shè)計(jì)上兩臺(tái)UPS是又互為備用，如果一臺(tái)故障，另一臺(tái)就承擔(dān)所有出力，這樣的話，移相器諧波抑制的方法就不再有效，此方法就有了極大的隱患。本工程不予考慮。

（2）無(wú)源濾波器消諧

應(yīng)用無(wú)源元件（如電阻器、電感器和電容器）適當(dāng)組合，通過(guò)LC選頻網(wǎng)絡(luò)，在接近諧振頻率下，對(duì)某一頻率的諧波提供低阻抗通路，由此達(dá)到濾掉此頻率諧波的目的。利用在諧振頻率下，感抗與容抗相互抵消，只剩下電阻的阻尼作用，因而形成對(duì)諧波頻率的低阻抗通道。濾波器對(duì)諧波源呈串聯(lián)連接，同時(shí)與電源阻抗形成并聯(lián)共振電路，應(yīng)用時(shí)須注意參數(shù)的選擇避免發(fā)生共振導(dǎo)致電流放大的情況。實(shí)際工程中常存在多個(gè)頻率諧波，則須安裝多級(jí)濾波器。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)實(shí)際工程中的諧波治理問(wèn)題，本文給出了理論分析方法，實(shí)際測(cè)試結(jié)果，以及幾種成熟的諧波治理方案，是有廣泛代表性的。這一套分析方法和方案建議對(duì)實(shí)際工程的諧波治理是非常具有借鑒意義的。

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