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1、1沈阳*航空机械制造有限公司有源波器效果总结辽宁东盛安信电能控制技术有限公司2013 年 8 月2一、背景2013 年 1 月 24 日我东盛公司三名技术人员携带福禄克（谐波测试仪）对贵厂的用电环境进行了实地测察。现场 5 台变压器，单台容量均为 800KVA，其中有 3 台变压器侧现有补偿设备出现烧毁现象，通过测试现场 3.5.7 次谐波严重超标，原补偿设备没加电抗器，导致谐波电流放大，投切涌流将补偿设备烧毁。运行的负荷多为感性负荷，这样不仅造成功率因数过低，网络损耗，还会引起电压波动降低生产效率。更有三相负荷无功电流不同，造成三相的视在电流不平衡，使变压器的铜损，铁损成倍增加。情况列表如下
2、：序号 变压器容 量 负载类型 功率因数 现存在问题 谐波次数 备注A 800KVA 点焊机0.3-0.9 之间频繁波动电流严重三项不平衡 3.5.7.11 次功率因数不达标二、标准和规范应遵循的主要现行标准，但不仅限于下列标准的要求，所有设备都符合相应的标准、规范或法规的最新版本或其修正本的要求，除非另有特别外，合同期内有效的任何修正和补充都应包括在内。GB/T2900.1 1992 电工术语 基本术语GB/T2900.32 1994 电工术语 电子半导体器件GB/T2900.33 2003 电工术语 电力电子技术（IEC 60050GB/T3859.1 1993 半导体交流器基本要求的规定
3、GB/T3797 2005 电气控制设备GB 10236 1988 半导体电力交流器与电网互相干扰及其防护方法导则GB/T17626.2 1988 电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验GB/T17626.12 1998 电磁兼容试验和测量技术振荡波抗扰度试验3GB 4208 1993 外壳防护等级（ IP 代码） （IDT IEC 60529:1989）GB/T5169.10 1997 电工电子产品着火危险试验 试验方法 灼热丝试验方法总则GB/T5169.11 1997 电工电子产品着火危险试验试验方法灼热丝试验和导则GB/T7251.1 2005 低压成套开关设备和控制设备第 1 部分
4、：型式试验和部分型式试验设备（IEC 60439）GB/T7261 2000 继电器及装置基本试验方法GB 9969.1 1998 工业产品使用说明书总则GB/T14549 1993 电能质量公用电网谐波GB/T15576 1995 低压无功功率静态补偿装置总技术条件GB50171 1992 电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范三、谐波的危害：3.1 谐波对电网及用电设备的影响：增加输电、供电和用电设备的额外附加损耗，使设备的温度过热，降低设备的利用率和经济效益，并给企业增加额外的电能损耗。3.2 电力谐波对电力电容器的影响： 当电网存在谐波时，投入电容器后其端电压增大，通过电容
5、器的电流增加得更大，使电容器损耗功率增加。对于膜纸复合介质电容器，虽然允许有谐波时的损耗功率为无谐波时损耗功率的 1.38 倍；对于全膜电容器允许有谐波时的损耗功率为无谐波时的 1.43 倍，但如果谐波含量较高，超出电容器允许条件，就会使电容器过电流和过负荷，损耗功率超过上述值，使电容器异常发热，在电场和温度的作用下绝缘介质会加速老化。尤其是电容器投入在电压已经畸变的电网中时，还可能使电网的谐波加剧，即产生谐波扩大现象。另外，谐波的存在往往使电压呈现尖顶波形，尖顶电压波易在介质中诱发局部放电，且由于电压变化率大，局部放电强度大，对绝缘介质更能起到加速老化的作用，从而缩短电容器的使用寿命。一般来
6、说，电压每升高 10%，电容器的寿命就要缩短1/2 左右。再者，在谐波严重的情况下，还会使电容器鼓肚、击穿或爆炸。43.3 电力谐波对变压器的影响： 谐波电流使变压器的铜耗增加，特别是 3 次及其倍数次谐波对三角形连接的变压器，会在其绕组中形成环流，使绕组过热；对全星形连接的变压器，当绕组中性点按地，而该侧电网中分布电容较大或者装有中性点接地的并联电容器时，可能形成 3 次谐波谐振，使变压器附加损耗增加。谐波电压的存在增加了变压器的磁滞损耗、涡流损耗及绝缘的电场强度，谐波电流的存在增加了铜损。对带有非对称性负荷的变压器而言，会大大增加励磁电流的谐波分量。谐波电流的增加会使变压器局部严重过热，轻
7、则缩短变压器的使用寿命，重则导致变压器烧毁。 对变压器而言，谐波电流可导致铜损和杂散损耗增加，谐波电压则会增加铁损。与纯基波运行的正弦波电流和电压相比较，谐波对变压器的最主要的影响是变压器运行温度上升，同时由谐波所引起的额外损耗将与电流和频率的平方成比例上升，进而导致变压器的基波负载容量下降；研究表明，变压器温升每升高 8 度，寿命将减少 50%。变压器：下面统计在变压器额定容量下，不同谐波电流总畸变率对变压器温升的影响（以现移动通信局房 F 等级变压器为例，其允许温升为 100K） 。环境平均温度为 30，只考虑基波电流情况下，四种容量的变压器在不同负载率下的温升变化如下表：变压器在不同负载
8、率下的温升变化（基波） 表 1容量（kVA）负载率为100%（K）负载率为90%（K）负载率为80%（K）负载率为70%（K）负载率为60%（K）负载率为50%（K）1600 100 84.5 70.0 56.5 44.2 33.01250 100 84.5 70.0 56.5 44.2 33.0630 100 84.5 70.0 56.5 44.2 33.0500 100 84.5 70.0 56.5 44.2 33.0平均环境温度为 30，变压器在额定负载（100%负载） ，在谐波电流总畸变率为 5%，10%，15%，20%时温升的变化如下表： 变压器在不同谐波含量下的温升变化 表 2 在
9、不同谐波电流总畸变率下的温升容量（kVA） 畸变率为 5%（K） 畸变率为10%（K） 畸变率为15%（K） 畸变率为20%（K）1600 108.21 118.67 131.26 139.981250 108.21 118.67 131.26 139.98630 108.21 118.67 131.26 139.98500 108.21 118.67 131.26 139.985由表 1 我们可以得出，在不同负载下，F 等级变压器只考虑基波的情况下，离 100K 温升所剩余的温升量如下表：变压器在不同负载率下的温升剩余量 表 3 容量（kVA）负载率为100%（K）负载率为90%（K）负载率
10、为80%（K）负载率为70%（K）负载率为60%（K）负载率为50%（K）1600 0 15.5 30.0 43.5 55.8 77.01250 0 15.5 30.0 43.5 55.8 77.0630 0 15.5 30.0 43.5 55.8 77.0500 0 15.5 30.0 43.5 55.8 77.0由表 2 我们可以得出，在变压器额定容量下不同谐波含量时，F 等级变压器所产生的温升提高量如下表：变压器在不同谐波含量下的温升提高量 表 4 在不同谐波电流总畸变率下的温升容量（kVA） 畸变率为 5%（K） 畸变率为10%（K） 畸变率为15%（K） 畸变率为20%（K）1600
11、 8.21 18.67 31.26 39.981250 8.21 18.67 31.26 39.98630 8.21 18.67 31.26 39.98500 8.21 18.67 31.26 39.98通过对表 3 和 4 数据分析，环境平均温度为 30，结合 F 型变压器温升100K 的性能，不同谐波电流总畸变率（谐波电流总畸变率指在变压器额定负载下，其谐波的含量比）对变压器实际使用容量的影响如下表：谐波对变压器使用容量的影响 表 5 在不同谐波电流总畸变率下的容量变化畸变率为 5% 畸变率为 10% 畸变率为 15% 畸变率为 20%变压器额定容量下降百分比 5% 11% 19% 23%
12、因此，在实际使用中，为保证变压器温升100K，应根据表 5 谐波含量对变压器使用容量的影响，结合变压器实际使用负荷大小或拟新增负荷容量情况，判断变压器容量是否满足要求， （谐波电流畸变率按测试所得谐波电流有效值与额定电流之比计算）从而制定相应方案。3.4 对电力电缆的危害6由于谐波次数高频率上升，再加之电缆导体截面积越大趋肤效应越明显，从而导致导体的交流电阻增大，使得电缆的答应通过电流减小。另外，电缆的电阻、系统母线侧及线路感抗与系统串联，进步功率因数用的电容器及线路的容抗与系统并联，在一定数值的电感与电容下可能发生谐振。3.5 对供配电线路的危害： 影响线路的稳定运行：供配电系统中的电力线路
13、与电力变压器一般采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护，使得在故障情况下保证线路与设备的安全。但由于电磁式继电器与感应式继电器对 10%以下含量高达 40%时又导致继电保护误动作，因而在谐波影响下不能全面有效地起到保护作用。晶体管继电器固然具有很多优点，但由于采用了整流取样电路，轻易受谐波影响，产生误动或拒动。这样，谐波将严重威胁供配电系统的稳定与安全运行。 影响电网的质量:电力系统中的谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变。如民用配电系统中的中性线，由于荧光灯、调光灯、计算机等负载，会产生大量的奇次谐波，其中 3 次谐波的含量较多，可达 40%；三相配电线路中，相线上的 3
14、的整数倍谐波在中性线上会叠加，使中性线的电流值可能超过相线上的电流。另外，相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率与无功功率，从而降低电网电压，浪费电网的容量。3.6 对用电设备的危害： 对低压开关设备的危害：对于配电用断路器来说，全电磁型的断路器易受谐波电流的影响使铁耗增大而发热，同时由于对电磁铁的影响与涡流影响使脱扣困难，且谐波次数越高影响越大；热磁型的断路器，由于导体的集肤次应与铁耗增加而引起发热，使得额定电流降低与脱扣电流降低；电子型的断路器，谐波也要使其额定电流降低，尤其是检测峰值的电子断路器，额定电流降低得更多。由此可知，上述三种配电断路器都可能因谐波产生误动作。 对于
15、漏电断路器来说，由于谐波汇漏电流的作用，可能使断路器异常发热，出现误动作或不动作。对于电磁接角器来说，谐波电流使磁体部件温升增大，影响接点，线圈温度升高使额定电流降低。对于热继电器来说，因受谐波电流的影响也要使额定电流降低。在工作中它们都有可能造成误动作。 对弱电系统设备的干扰对于计算机网络、通讯、有线电视、报警与楼宇自动化等弱电设备，电力系统中的谐波通过电磁感应、静电感应与传导方式耦合到这些系统中，产生干扰。其中电感应与静电感应的耦合强度与干扰频率成正比，传导则通过公共接地耦合，有大量不平衡电流流进接地极，从而干扰弱电系统。 影响电力计量的正确性：目前采用的电力计量仪表中有磁电型和感应型，它
16、们受谐波的影响较大。特别是电能表（多采用感应型） ，当谐波较大时将产生计量混乱，丈量不正确。3.7 电力谐波对电动机的危害：7电动机的设计工作电压为工频下，长期工作在谐波电压畸变的环境下，将大大降低电机的使用寿命。谐波对异步电机的影响，谐波对旋转电机的危害主要是产生附加的损耗和转矩。由于集肤效应、磁滞、涡流等随着频率的增高而使在旋转电机的铁心和绕组中产生的附加损耗增加。在供电系统中，用户的电动机负荷约占整个负荷的 85%左右。因此，谐波使电力用户电动机总的附加损耗增加的影响最为显著。由于电动机的出力一般不能按发热情况进行调整，由谐波引起电动机的发热效应是按它能承受的谐波电压折算成等值的基波负序电压来考虑的。试验表明，在额定出力下持续承受为 3%额定电压的负序电压时，电动机的绝缘寿命要减少一半。
