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发表人：leehit |
发表时间：2005/9/27 18:15:00 |
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以下是关于《请问何谓三次谐波呢？》论题的回复（共4篇） |
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回复：谢谢！看了你的文章获益良多
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回复：比较全面
摘 要 三次谐波污染主要存在于低压配电网中，以建筑系统最为严重。其对电网的危害主要有：功率损耗增加、设备寿命缩短、接地保护功能失常、遥控功能失常、电网过热等；对配电站会造成电子器件误动作、电容器损坏、附加磁场、中性线过载和电缆着火。文章主要介绍了消除三次谐波的各种方法及性能比较。
关键词 三次谐波 滤波 滤波器
１ 三次谐波源
输电及配电系统规定：在频率恒定情况下，电压和电流均以正弦波波形运行。然而在非线性负荷接入系统时，产生的附加的谐波电流会引起电流和电压畸变。产生三次谐波的非线性单相负荷主要有（不考虑暂态及非正常工作状态）：
（１）荧光灯、节能灯及其镇流器；
①市场调查表明，目前国内市场绝大多数的荧光灯电子镇流器三次谐波电流含量高达８０％～９０％；
②高档的电子镇流器三次谐波电流含量分三种标准：Ｌ标准：其谐波电流含量＜３７％；Ｈ标准：其谐波电流含量＜３０％；带灯丝预热控制的
电子镇流器其谐波电流含量＜１０％。市场上的商品实际上达不到标准要求；
③节能型电感镇流器标准规定ＴＨＤＩ＜２０％，其中三次谐波电流含量占主要成分。
（２）电弧焊接设备（电弧的非线性类负荷）；
（３）计算机开关型电源及显示器（大型显示屏幕）；
（４）彩色电视机及监视器，如证券公司、体育场馆、商业中心和新闻中心的电视墙的显示幕墙。普通型彩色电视机ＴＨＤＩ可达１２７％，三次谐波电流含量高达９０％；
（５）晶闸管调压电源（如加热器、调光器、电化学电源等）；
（６）晶闸管调功电源（如加热器、电化学电源等）；
（７）整流电源（如电器的工作电源、充电器、直流传动及电化学电源等）；
（８）开关型稳压电源及ＵＰＳ；
（９）变频器（ＡＣ－ＤＣ－ＡＣ及ＡＣ－ＡＣ型）。
①变频的家用电器，如空调、洗衣机、风机、泵、微波炉；
②工业及建筑用的调速电动机；
③中频电源。
２ 三次谐波的影响
各次谐波在电路中的作用是不相同的，谐波的叠加与相序有关。同一电路中的某些谐波相互作用时，会相互减弱或相互抵消。但在更多的场合往往相互叠加，使波形发生明显的畸变。只有３次谐波出现时，波形才如图１所示（忽略，详见本期杂志）；
相线与中性线之间的非线性负荷产生三次谐波电流，并在中性线进行叠加。由于三次谐波及其倍数次谐波呈零序特征，因此中性线上的三次谐波电流是三相中三次谐波电流的代数和，会引起过载风险使所有的谐波电流造成电流和电压畸变，还形成１５０Ｈｚ的电磁场，对其周围的电子控制、保护及通信设备和系统产生干扰，主要表现为：
（１）因为三次谐波的零序性，低压母线上的三次谐波电压主要与中性线的三次谐波电流有关；
①当变压器接法为Ｙ－Ｙｎ０时，零序性的三次谐波电流将成为励磁电流，在此零序励磁电抗上产生较大的压降，即三次谐波电压，很容易造成低压母线上的电压总畸变率超标；
②当变压器接法为△－Ｙｎ０时，１０ｋＶ侧的变压器绕组形成三次谐波电流流通的回路，该回路阻抗为变压器漏抗，远较零序励磁阻抗小为２０倍左右，从而不会在低压母线产生很大的三次谐波电压，见图２（忽略，详见本期杂志）；
（２）如果低压三相的三次谐波电流不平衡，则存在正序和负序的三次谐波分量：
①如果配电变压器为Ｙ－Ｙｎ０接线，低压侧正序和负序的三次谐波电流会在高压侧绕组感应出三次谐波电压，对高压侧产生影响；
②如果配电变压器为△－Ｙｎ１１接线，低压侧正序和负序的三次谐波电流在高压侧绕组感应出的三次谐波电流在△绕组形成环流，对高压侧产生的三次谐波影响要比变压器为Ｙ－Ｙｎ０接线时小，但增加了变压器高压绕组的损耗。
（３）由于中性线中三相负荷不平衡引起的工频电流和三次谐波电流的叠加有可能大于相电流，当三相的三次谐波平衡时，由于Ｙ－Ｙｎ０接线的变压器铁芯中零序的三次谐波无通路，磁通只能经铁心、空气和外壳等构成回路，产生附加损耗和局部过热；而在Ｙ－Ｙｎ１１接线中，△绕组为三次谐波电流提供通路，它所产生的三次谐波磁通将抵消铁芯中的原三次谐波磁通，从而使铁心中的合成磁通基本上呈正弦波，减少了附加损耗，但谐波电流的存在使Ｋ因子因谐波发热而降低变压器输送能力，正常值为１．０和电流波峰系数增大，造成供电变压器的利用率下降或过载；
（４）由于中性线中电流过大，使配电系统中性线的电缆、导线出现过负荷引起绝缘老化加速，增加了火灾隐患。主要原因有：
①国内普遍选取中性线导体的截面积是相线的５０％；
②已运行的许多按老标准设计制造的电缆中，中性线导体的截面积是相线的３３％；
③已运行的许多按新标准设计制造的电缆中，中性线导体的截面积是相线的５０％；
④中性线与相线导体选取相同截面积，无论工程设计、材料制造、安装、投入使用所占的比例都很小。
（５）由于电流和电压畸变，增加了供电系统中其他设备和材料的损耗，引起附加发热、加速绝缘老化、减少使用寿命；
（６）由于电流和电压畸变，增加了供电系统中设备和材料的振动和噪音；
（７）由于电流和电压畸变，使无功补偿电容器组由于并联谐振而损坏，电动机等绕组类设备绝缘击穿而损坏；
（８）电流和电压畸变及１５０Ｈｚ电磁场：引起测量精确度异常，对控制所需要的同步信号的捕捉与锁相条件恶化、干扰增加，从而使电子控制、测量、保护及通信设备运行不正常；
（９）对用ＵＰＳ供电的广播电视节目录制及播放系统产生附加背景噪声，并损坏ＵＰＳ设备；
（１０）使照明光源闪烁而损坏；图像显示设备频闪，显示失真；
（１１）三次谐波电流对其他设备和器材的负面影响要大于其对产生三次谐波电流的谐波源的影响。
３ 三次谐波滤波
滤波器与谐波源越近，滤波效果越好，这是减小谐波电流和谐波电压畸变的最好办法尤其适用于非线性负荷的供电点集中、又与线性负荷共由一个变压器供电的情况。如果三次谐波电流引起的三次谐波电压畸变及变压器过载是主要问题建议在主电源配电柜装设滤波器。
目前，工程中对带中性线低压供电系统降低三次谐波的方式主要有４种：
（１）被动式并联型滤波器（可以广泛使用）；
（２）被动式串联型的滤波器（由于使低压母线上的谐波电压升高，不但不能消除非线性负荷之间的相互干扰，反而增大了对线性负荷的干扰；由于增加了中性线的阻抗，引起配电系统接地故障保护灵敏度下降）；
（３）带中性线的有源滤波器；
①并联型（可以推广使用）；
②串联型（目前由于商用产品较少，很少使用）；
③并联型有源滤波器与被动式滤波器并联使用（可以推广使用）；
④串联型有源滤波器与被动式滤波器并联使用（目前由于商用产品较少，很少使用）；
⑤串联型有源滤波器与被动式滤波器串联使用（目前由于商用产品较少，很少使用）。
（４）双Ｚ接线的变压器
利用变压器原、付边绕组的曲折接线来消除电源侧谐波对负荷的影响和负荷侧谐波对电源侧的影响，具有消除谐波的功能。既可以作为供电变压器也可以作为隔离变压器，适用于三相式负荷：
①对单独的非线性负荷单独装设；
②对集中的非线性负荷装设（不能消除非线性负荷之间的相互干扰）。
３．１ 被动式并联型滤波器
３．１．１ 滤波器的构成。如图３所示（忽略，详见本期杂志）。
滤波器由电容器串联电抗器构成，谐波滤波器产生基波无功功率，以达到目标功率因数。电抗器的电感值选择使其对三次谐波形成很低阻抗的串联谐振大部分的谐波电流可被滤除。
谐波滤波器通常根据具体项目的测量结果采用标准元件组合而成，这样可以保障以合理的投资获得最佳的无功功率补偿和谐波滤波效果。
３．１．２ 滤波器与供电系统的连接
滤波器一次回路与主配电母线或分配电母线经带断路器或熔断器的馈线相并联。如图４所示（忽略，详见本期杂志）。
３．１．３ 滤波器的控制方式。见图５（忽略，详见本期杂志）。
（１）与常见的补偿电容器组一样，它可以由一台功率因数调整器、控制电容器专用接触器、投入和切除；
（２）可以根据中性线中的电流，由外部的电流继电器控制其投入和切除；
（３）滤波器与负荷控制同步。
３．１．４ 滤波器的保护方式
（１）利用滤波器进线前的带复式脱扣功能的断流器；
（２）利用滤波器进线前的熔断器；
（３）滤波器柜内的过电压、过负荷继电保护；
（４）低压金属化全膜电容器的内附熔丝保护。
３．１．５ 确定滤波器所需要的数据
（１）中性线或相线中的三次谐波电流；
（２）滤波器接入点的电压畸变（相对中性线）；
（３）需要的无功补偿功率；
（４）变压器的容量（Ｓ／ｋＶＡ）及短路阻抗百分比（Ｚｋ％）；
（５）安装地点（主配电柜或分配电柜）。
３．２ 被动式串联型的滤波器
３．２．１ 滤波器的构成
滤波器由电容器并联电抗器构成，然后串联在供电系统的中性线上。如图６所示（忽略，详见本期杂志）。
电容器电容与电抗器电感值的选择：
（１）对５０Ｈｚ工频形成很低阻抗的串联谐振，以利于三相不平衡负荷引起的负序工频电流在中性线和串接的滤波器中无障碍流通；
（２）对１５０Ｈｚ三次谐波形成很高阻抗的串联谐振，以阻碍单相非线性负荷产生的电流源性质的三次谐波电流在中性线上流通，其结果是绝大部分的三次谐波电流被阻断。
３．２．２ 滤波器与供电系统的连接
滤波器一次回路与配电系统的中性线相串连。
３．２．３ 滤波器的控制方式
通过旁路开关和旁路接触器手动投入或切除。
３．２．４ 滤波器的保护方式
利用综合的检测与保护通过旁路开关以实现下列要求：
（１）防止不平衡工频电流在滤波器两端引起的过电压；
（２）防止三次谐波电流过载；
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回复：三次谐波污染
三次谐波污染主要存在于低压配电网中。对电网危害主要有：功率损耗增加、设备寿命缩短、接地保护功能失常、遥控功能失常、电网过热等。对配电站，谐波会造成电子器件误动作、电容器损坏、附加磁场、中性线过载和电缆着火。
电网谐波产生的原因是整流器、UPS电源、电子调速装备、荧光灯系统、计算机、微波炉等电力电子设备和电器设备的使用。在这些设备集中使用的地区，如工厂车间、公寓大厦、居民小区、写字楼、酒店商厦等，谐波污染相当严重，电源质量明显下降。特别是三次谐波会产生特别高的中线电流，甚至会超过相电流值，因此造成电器设备寿命大为减短，电网过热，甚至可能引起火灾。
电力谐波也是一种污染，基于其可能造成负面影响，各国纷纷出台治理措施。主要是制定相关标准，包括对产生谐波设备的限制要求；分析现有电网和待建电网中的谐波情况，局部重组电网结构；分离或隔离产生谐波的设备，使用滤波器等。
长期以来，国内供电系统和用户较少注意到电网中谐波的危害，但电力供应和供电质量是不可分割的。我国将于今年年底或明年年初出台谐波控制强制性规范，强化对三次谐波污染的治理。国内一些企业已开始重视谐波的污染，投资安装谐波滤波器，取得了节能和提高电网品质的双重效果。
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