【正文】 (3)畸變波電源供非線性負(fù)荷。這時電度表記錄的是基波電能及部分諧波電能，后者將影響用戶用電設(shè)備的性能，因此用戶不但多交電費而且受到損失。 nk — n 次諧波的轉(zhuǎn)矩系數(shù)。 ? 對電能表的影響 目前，計量中主要采用靜電感應(yīng)式電能表。由于諧波分量的存在兩種比相器均受影響。在某些情況下，如輸出線路發(fā)生接地短路時，由于電 流中諧波分量較大，導(dǎo)致整流型保護裝置拒動。 ③ 諧波對整流型繼電器的影響 整流型繼電器的主要特點是將輸入 交流量進行整流，或者將幾個輸入交流量組合后進行整流，繼電器的動作特性取決于整流后的電壓信號 (電流信號 )及其動作判據(jù)，以兩個電氣量的環(huán)形整流比相器回路構(gòu)成的方向阻抗繼電器為例進行分析。這種繼電器中的圓盤或圓筒在磁場的作用下都將產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流和空間中另一磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)拒，推動圓盤和圓筒。 例如變壓器空載合閘時，由于斷路器三相不同期，三相勵磁涌流極不平衡，在同一母線上并列運行的所有變壓器零序回路中引起零序涌流，其波 形中含有很大的諧波分量，其二次諧波分量有時甚至大于基波分量。 mR — 磁通Φ所經(jīng)過磁路的磁阻 由 ()式可得電磁動作轉(zhuǎn)矩與線圈電流有效值的平方成正比。然而對目前仍廣泛使用的電磁式繼電器來說，諧波的威脅是存在的。諧振引起的過電壓和過電流會大大增加電容器的損耗和過熱，這往往導(dǎo)致電容器的損壞。在此條件下，當(dāng)下式成立時就會發(fā)生串聯(lián)諧振。 諧波電壓在電容器中產(chǎn)生額外的電力損耗： 232 ( ) 1 0nnn c tg U??? ?? ?? 式中 c — 電容； tg? — 介質(zhì)損耗系數(shù)； n? — n 次諧波的角頻率； nU — n 次諧波電壓有效值。 對電力變壓器內(nèi)△接法的繞組而言，雖然該接法為三次倍數(shù)的諧波電流提供了一個通路，但卻增加了繞組內(nèi)的環(huán)流。 諧波電流在變壓器中造成的附加損耗可用下式估算： 223T h T hThP I R K???? ? 式中 hI －通過變壓器的 h 次諧波電流； TR －變壓器工頻等值電阻； hTK －由于 諧波的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)使電阻增加的系數(shù)，當(dāng) h 為 11和 13 時， hTK 可分別取 、 、 和 。 根據(jù)資料記載，對于丁苯橡膠熱 5346b? ；對于阻燃電纜 5394b? ；對于聚氯乙烯電纜 5807b? 。 a －與規(guī)定失效性能相關(guān)的常數(shù) 。 對于電纜和電線來說，由于有厚厚的絕緣層和保護層，熱交換的效率必然沒有裸導(dǎo)體高，因此流過相同電流時，穩(wěn)定溫升要高一些，諧波電流引起的溫升增加量相應(yīng)也要增大。前面已經(jīng)提到，電流頻率越高，集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)就越明顯， ck 也越大。 從式可以看出影響線路損耗的因素有兩個：電 流和電阻，它們同時又分別受其他因素制約。除此之外，由于諧波電流會產(chǎn)生較高頻率的電場，這種情況下絕緣的局部放電加劇，蘭州吉利汽車工業(yè)有限公司 電能質(zhì)量問題分析及治理方案 26 介質(zhì)損耗顯著增加，致使溫升增加，也會影響絕緣壽命。 互靠近的導(dǎo)體中流過交流電流時，每一個導(dǎo)體 不僅處于自身電流產(chǎn)生的磁場中，同時還處于其他導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場中，這時各個導(dǎo)體中電流的分布和它單獨存在時不一樣，會受到鄰近導(dǎo)體的影響，這種現(xiàn)象叫做鄰近效應(yīng)。電纜的額定電壓等級越高，諧波引起的上述危害也越大。 超高壓長距離輸電線路，常采用單相自動重合閘來提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。 ? 治理方案： 在 T5 變壓器和 T6 變壓器副邊各并聯(lián)接入一臺 SPA4200A/ 有源電力濾波器的方案 ，有 源電力濾波器極快的響應(yīng)速度對焊機快速的工況實時響應(yīng)，對諧波電流有很好的治理效果 。公司建有國內(nèi)一流的電能質(zhì)量產(chǎn)品試驗站，擁有 100kVA 諧波無功電流模擬裝置、 200kVA 電網(wǎng)電壓特性模擬裝置。有源電力濾波器產(chǎn)品單機容量 30～ 400A，添補了國內(nèi)空白，在國內(nèi)最早投入工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用。 9 公司概況 西安賽博電氣有限責(zé)任公司成立于 1996 年，是西安交通大學(xué)電力電子及新能源技術(shù)研究中心和西安愛科電子有限責(zé)任公司聯(lián)合創(chuàng)辦的高新技術(shù)企業(yè)，專業(yè)從事以蘭州吉利汽車工業(yè)有限公司 電能質(zhì)量問題分析及治理方案 14 有源電力濾波器為核心的電能質(zhì)量產(chǎn)品和解決方案的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及服務(wù)。 蘭州吉利汽車工業(yè)有限公司 電能質(zhì)量問題分析及治理方案 13 8 售后服務(wù)保證 西安賽博電氣 公司坐落于西安市長安科技產(chǎn)業(yè)園，擁有一支強大的售后服務(wù)隊伍。 ? 冷卻方式：強制風(fēng)冷 。 ? 全響應(yīng)時間： ≤20 ms （濾波 10%～ 90%） 。 ? 接線方式： 三相 四線制 ? 可濾除諧波次數(shù)： 三相四線 2～ 50 次諧波 。安裝方式簡單，工作量小。 諧波治理裝置 的選型 焊接 BS2 諧波電流值為： 170 15% 25. 5T H D r m s iI I T H D A? ? ? ? ? THDI …………… 諧波電流含量 rmsI ………………… 電流有效值 iTHD ………………… 諧波電流畸變率 蘭州吉利汽車工業(yè)有限公司 電能質(zhì)量問題分析及治理方案 10 為了保證在負(fù)荷波動范圍內(nèi)能夠良好的濾除諧波，并考慮到 測試時候變壓器下負(fù)載率較低， 需留有足夠的裕量，建議在變壓器低壓負(fù)載側(cè)進線處安裝 1 臺 100A 三相三線有源電力濾波器 (APF)，型號為 SPA3100A/。補償電流與負(fù)載電流中要補償?shù)闹C波成份及無功電流相抵消，最終獲得期望的電源電流。 ? 盡管有源電力濾波器有著無源濾波器所不具備的巨大技術(shù)優(yōu)勢，但目前要想在電力系統(tǒng)中完全取代無源濾波器還 不太現(xiàn)實。電蘭州吉利汽車工業(yè)有限公司 電能質(zhì)量問題分析及治理方案 8 網(wǎng)阻抗一般較為穩(wěn)定，但難免會波動，這樣不但會影響濾波效果，而且可能引起諧振。當(dāng)電網(wǎng)短路容量大(即電源阻抗小 )時，則要求濾波器阻抗還要更小，即要求濾波器是精確調(diào)諧 (銳調(diào)諧 )，但由于部件性能的容差和變動使濾波器的設(shè)計有很大的困難； 3）諧波電流增大時，濾波器負(fù)擔(dān)隨之加重，可能造成濾波器過載； 4）有效材料消耗多，體積大。因此當(dāng)電網(wǎng)諧波阻抗降低時，濾波效果將隨之降低；當(dāng)電網(wǎng)參數(shù)不變而諧波電流增加時，可能使濾波器過載。其工作原理如下圖所示： 圖 無源濾波器工作原理圖 無源濾波器由電容電抗和電阻組成， 根據(jù)電容電阻固有的阻抗特性， 對某一特定頻率的諧波呈低阻抗， 為負(fù)載諧波電流提供較低的阻抗通道， 與電網(wǎng)阻抗形成分流的關(guān)系，使大部分該頻率的諧波流入濾波器， 而不流入電網(wǎng)。 焊裝 BS4 電壓有效值變化記錄 蘭州吉利汽車工業(yè)有限公司 電能質(zhì)量問題分析及治理方案 6 電流有效值變化記錄 諧波電流畸變率記錄 從 測量數(shù)據(jù)可以看出， 焊接 BS3 諧波電流畸變率波動很大，均保持在 10%以上，最大達(dá)到了 90%，均值約為 40%，電流有效值變化范圍為 0A~1800A，均值約為 1000A，諧波電流很大，建議 進行諧波治理。 針對此問題，對焊裝 BS焊裝 BS焊裝 BS4 進行了電能質(zhì)量測試，并依據(jù)測試數(shù)據(jù)提出治理方案。如國際上廣泛接受 IEEE 和 IEC 6100032 標(biāo)準(zhǔn)。蘭州公司始建于 2021 年 4 月，距離蘭州市中川機場 2 公里，廠區(qū)占地面積 畝，并按 照一次規(guī)劃，分期實施的原則分二期進行建設(shè)，規(guī)劃單班年產(chǎn)整車 5 萬輛。蘭州公司主要生產(chǎn)吉利自由艦系列轎車，自由艦是吉利控股集團擁有完全自主品牌和知識產(chǎn)權(quán)的一款新車型。前者是從供電方的角度來對公共連接點的電壓和電流的波形畸變進行限制，而后者是從用電方的角度對負(fù)載產(chǎn)生的諧波進行限制。 2 供電系統(tǒng)介紹 焊裝 BS焊裝 BS焊裝 BS4 配電 接線方式比較類似， 蘭州吉利汽車工業(yè)有限公司 電能質(zhì)量問題分析及治理方案 3 電電電電 電 電電電電電 電電 電電 電電 電電 電 電電電電電 電電 電電 電電 電電 電電 電 圖 3 測試數(shù)據(jù)及分析 系統(tǒng)介紹 測試儀器： FLUKE435 分析軟件 ； FLUKE VIEW 測試人員 ： 孫磊 （西安賽博電氣有限責(zé)任公司電能質(zhì)量工程師） 測試時間： 2021 年 10 月 18 日 測試數(shù)據(jù)及分析 由于 三個配電系統(tǒng) 下負(fù)載工作變化速度特別快，電流變化范圍特別快，記錄了諧波電流變化曲線，以此為依據(jù)進行諧波電流的選型計算。 4 諧波抑制技術(shù)分析 目前，諧波治理方式主要有兩種：有源濾波方式、無源濾波方式 。 無 源濾波器具有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠及維護方便等優(yōu)點，因此無源濾波器仍然是目前廣泛采用的抑制諧波及無功補償?shù)氖侄?。另一方面即使電網(wǎng)參數(shù)和諧波電流都 不變，但由于溫度變化，濾波器部件老化和其它因素都會影響濾波器性能而降低效率。 無源電力濾波器組成簡單，成本也較低。另一方面，由于濾波支路表現(xiàn)出電容特性 (對于濾波支路，容抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于感抗 )，所以在電壓作用下，會產(chǎn)生超前的無功電流，這樣就存在一個問題，在使用無源電力濾波器同時還會進行無功補償，如果系統(tǒng)原有的無功含量不大 (小于電容可以提供的無功 )，那么就會出現(xiàn)無功功率過補，功率因數(shù)可 能因此下降，而且會提升電網(wǎng)電壓，這對某些設(shè)備也是不安全的。這是因為與無源濾波器相比較，有源電力濾波器的成本較高，這一點是限制其推廣使用的關(guān)鍵。其補償諧波的等效電路圖如蘭州吉利汽車工業(yè)有限公司 電能質(zhì)量問題分析及治理方案 9 下所示： 圖 有源濾波器補償諧波電流等效電路 從圖中可以得到，電網(wǎng)側(cè)的諧波電流可以寫為： sh Lh chI I I?? 只要控制有源電力濾波器的輸出電流 chI ，使其滿足 ch LhII? ，即可使電網(wǎng)側(cè)的諧波電流 sh 0I ? 。 焊接 BS3 諧波電流值為： 100 0 40% 400T H D r m s iI I T H D A? ? ? ? ? THDI …………… 諧波電流含量 rmsI ………………… 電流有效值 iTHD ………………… 諧波電流畸變率 為了保證在負(fù)荷波動范圍內(nèi)能夠良好的濾除諧波，并考慮到 測試時候變壓器下負(fù)載率較低， 需留有足夠的裕量，建議在變壓器低壓負(fù)載側(cè)進線處安裝 2 臺 200A 三相三線有源電力濾波器 (APF)，型號為 SPA3200A/。 蘭州吉利汽車工業(yè)有限公司 電能質(zhì)量問題分析及治理方案 11 電電電電 電 電電電電電 電電 電電 電電 電電 電 電電電電電 電電 電電 電電