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摘 要：谐波是导致电力损耗增加，供电质量下降的重要因素。本文分析谐波基本性质和测量方法，对配网中谐波的来源和危害进行了详细说明，总结和提出了治理谐波的方案，在治理过程中对治理前后的效果进行测试，滤波后电流畸变率THD 为10%，谐波滤除率达84.2%，综合节电率为16.1%。并对今后的治理提出建议。
关键词：谐波影响；阵列6脉波变流装置；滤波效果
Abstract: Harmonic is caused power loss increase, important factors in the decline in the quality of power supply. Based on the analysis of basic properties of harmonic and measuring method of distribution network, source and harm of harmonic in detail, sum up and the harmonic control scheme, testing of effects before and after treatment in the governance process, the filtered current distortion rate of THD was 10%, harmonic filtering rate reached 84.2%, comprehensive energy saving rate of 16.1%. And put forward suggestions on future management.
Keywords: harmonic influence; array 6 pulse converter; filtering effect
中图分类号：TE34
1、谐波对生产的影响
某油田转水站输水电机采用变频器控制，控制方式为1托4，以外输压力为参考值，实行闭环控制，控制外输压力恒定值为0.3Mpa。用于测量液位的液位仪出现频繁波动，最大相差±20%，3台流量计流量显示值为0。先后更换PLC（可编程控制器）各个模块均无效果，在安装对讲机后，对讲机无法沟通，全部为杂音，怀疑为电力谐波干扰。测试结果显示电网内存在3次，5次，7次和11次谐波，并制定谐波治理方案。
2、站用电情况和谐波的产生
转水站的主要用电负荷是4台380V,260Kw供水电机，供水电机是由400kW变频器供电，变频器由1250kVA变压器供电。
采用变频器驱动的电动机系统因其节能效果明显、调节方便、维护简单、网络化等优点而被越来越多的应用。但是，由于变频器特殊的工作方式带来的干扰越来越不容忽视。变频器干扰主要有：一是变频器中普遍使用了晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件，其产生的谐波对电网将产生传导干扰，引起电网电压畸变（电压畸变率用THDv表示，变频器产生谐波引起的THDv在10~40%左右），影响电网的供电质量；二是变频器的输出部分一般采用的是IGBT等开关器件，在输出能量的同时将在输出线上产生较强的电磁辐射干扰，影响周边电器的正常工作。
频率高于50Hz的电流或电压成分称之为谐波。频率为工频频率3倍（150Hz）的谐波称之为3次谐波，将频率为工频频率7倍（350Hz）的谐波称之为7次谐波。
3、谐波治理所采用的装置
变频器自身基波功率因数高，在0.96以上，采用国内外较为成熟的并联型LC无源滤波技术来治理变频器产生的谐波是无法实现的，将会造成过补偿。采用有源滤波理论上可以对谐波进行治理，但有源滤波器投资高。
QYJN-300-400/50-10型阵列6脉波变流装置（特别是变频器）谐波污染的装置，该滤波器呈宽带低通特性，该滤波器主要由阵列电抗器和电容器等无源器件组成，对6脉波变流器产生的5、7、11、13等次的谐波电流皆有滤除作用。该滤波器虽然采用电抗器、电容器等元件组成，但不会和系统产生谐振，也不会从系统的电网一侧吸收谐波，是通用型滤波器。
滤波后的电流畸变率最佳可以达5%以下，和有源滤波器的滤波效果相当，但价格却只是有源滤波器的一半，更优于通常的并联滤波器、进线电抗器或磁性滤波器。该滤波器的使用方便，可以单独使用，也可以并联使用，可以一个滤波器带多个变流设备，也可以多个滤波器并联带一个变流设备。使用方法如下图。
图1 QYJN-300-400/50-10型阵列滤波器典型应用
主要参数如下：①额定电压：400V；②额定电流：300A；③目标THID：10%；④额定频率：50Hz。
阵列滤波器装置投运后，测试结果表明滤波效果完全满足设计要求，运行效果良好，产生的效益主要表现在以下几个方面：①滤波效果；②电压改善；③节电效果。
4、滤波效果
4.1 电流的改善
滤波器装置投运后，谐波电流滤除效果非常明显，滤波后电流畸变率THD 为10%，谐波滤除率达84.2%。阵列滤波器投运之前的电流波形，波形呈驼峰形，畸变严重，THD值達63.2%。阵列滤波器投运之后的电流波形，波形接近正弦波，电流畸变小。
4.2 电压改善
滤波器装置投运后，电压波形改善非常明显，投运前电压畸变率为2.1%，投运后电压畸变率下降为0.9%，电压波形改善明显，电压均方根值略增加，三相相电压峰值下降分别为12.4V、11.6V、12.2V，这对用电设备的长期可靠运行非常有利。滤波器的投运提高供电质量和用电设备的可靠性。
4.3节电效果
滤波器装置投运后，滤波效果好，节电效果明显。变压器给变频器和转水电机供电电流明显变小，投运前三相电流分别为126A、142A、138A,投运后，三相电流分别为115A、117、118A,电流下降13.7%，并且纠正了电流三相不平衡。
另外，由于谐波的滤除，使得整个供电线路谐波引起的直接线路损耗包括：变压器额外损耗、谐波线损、电容器损耗等等。依据IEC 61378-1(1997)《变流变压器第一部分 工业用变流变压器》可确定非正弦电流下的总损耗：总损耗=电阻损耗（基波和谐波）+绕组涡流损耗（基波和谐波）+连接线损耗（基波和谐波）+杂散损耗（基波和谐波），即：
PN = PR + PWe + Pce + Pse （1）
对线路而言，由于趋肤效应，线路的谐波阻抗是随着谐波次数的增大而增加的，比正常电流引起的线路损耗大，谐波引起的功率损耗为：
（2）
可以计算出谐波引起的线路损耗是基波线路损耗的1.8倍。（），按正常无谐波是线路损耗3%估算，减少线路损耗为2.4%。
综合前面两项，合计节电率约为16.1%。按月用电量11万kwh估算，每度电费按0.57元计算，年节约电费12.2万元。
5、结论及认识
5.1 降低了谐波电流，提高了电能质量，保证了供电的质量。滤波器装置投运后，电流畸变率下降80%以上，达到治理要求。
5.2 改善电压波形，电压畸变率由2.1%下降到0.9%，提高设备运行安全性。
5.3 电费的节省。滤波器装置投运后电流明显下降，供电线路上谐波带来的额外损耗随之降低，整体节电率约为16.1%，年节电12.2万元。
5.4 在本次谐波治理过程中，由于有电容器参与无功补偿，因此85%的节电量应归功于无功补偿。
5.5 在本次治理过程中没有使用转水站原有的无功补偿电容柜，造成设备闲置，在今后的谐波治理中应充分利用原有设备，根据现场情况适当的更换电容，已达到最小成本化。
作者简介：任显明，工程师，第十采油厂供水大队。
关键词：谐波影响；阵列6脉波变流装置；滤波效果
Abstract: Harmonic is caused power loss increase, important factors in the decline in the quality of power supply. Based on the analysis of basic properties of harmonic and measuring method of distribution network, source and harm of harmonic in detail, sum up and the harmonic control scheme, testing of effects before and after treatment in the governance process, the filtered current distortion rate of THD was 10%, harmonic filtering rate reached 84.2%, comprehensive energy saving rate of 16.1%. And put forward suggestions on future management.
Keywords: harmonic influence; array 6 pulse converter; filtering effect
中图分类号：TE34
1、谐波对生产的影响
某油田转水站输水电机采用变频器控制，控制方式为1托4，以外输压力为参考值，实行闭环控制，控制外输压力恒定值为0.3Mpa。用于测量液位的液位仪出现频繁波动，最大相差±20%，3台流量计流量显示值为0。先后更换PLC（可编程控制器）各个模块均无效果，在安装对讲机后，对讲机无法沟通，全部为杂音，怀疑为电力谐波干扰。测试结果显示电网内存在3次，5次，7次和11次谐波，并制定谐波治理方案。
2、站用电情况和谐波的产生
转水站的主要用电负荷是4台380V,260Kw供水电机，供水电机是由400kW变频器供电，变频器由1250kVA变压器供电。
采用变频器驱动的电动机系统因其节能效果明显、调节方便、维护简单、网络化等优点而被越来越多的应用。但是，由于变频器特殊的工作方式带来的干扰越来越不容忽视。变频器干扰主要有：一是变频器中普遍使用了晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件，其产生的谐波对电网将产生传导干扰，引起电网电压畸变（电压畸变率用THDv表示，变频器产生谐波引起的THDv在10~40%左右），影响电网的供电质量；二是变频器的输出部分一般采用的是IGBT等开关器件，在输出能量的同时将在输出线上产生较强的电磁辐射干扰，影响周边电器的正常工作。
频率高于50Hz的电流或电压成分称之为谐波。频率为工频频率3倍（150Hz）的谐波称之为3次谐波，将频率为工频频率7倍（350Hz）的谐波称之为7次谐波。
3、谐波治理所采用的装置
变频器自身基波功率因数高，在0.96以上，采用国内外较为成熟的并联型LC无源滤波技术来治理变频器产生的谐波是无法实现的，将会造成过补偿。采用有源滤波理论上可以对谐波进行治理，但有源滤波器投资高。
QYJN-300-400/50-10型阵列6脉波变流装置（特别是变频器）谐波污染的装置，该滤波器呈宽带低通特性，该滤波器主要由阵列电抗器和电容器等无源器件组成，对6脉波变流器产生的5、7、11、13等次的谐波电流皆有滤除作用。该滤波器虽然采用电抗器、电容器等元件组成，但不会和系统产生谐振，也不会从系统的电网一侧吸收谐波，是通用型滤波器。
滤波后的电流畸变率最佳可以达5%以下，和有源滤波器的滤波效果相当，但价格却只是有源滤波器的一半，更优于通常的并联滤波器、进线电抗器或磁性滤波器。该滤波器的使用方便，可以单独使用，也可以并联使用，可以一个滤波器带多个变流设备，也可以多个滤波器并联带一个变流设备。使用方法如下图。
图1 QYJN-300-400/50-10型阵列滤波器典型应用
主要参数如下：①额定电压：400V；②额定电流：300A；③目标THID：10%；④额定频率：50Hz。
阵列滤波器装置投运后，测试结果表明滤波效果完全满足设计要求，运行效果良好，产生的效益主要表现在以下几个方面：①滤波效果；②电压改善；③节电效果。
4、滤波效果
4.1 电流的改善
滤波器装置投运后，谐波电流滤除效果非常明显，滤波后电流畸变率THD 为10%，谐波滤除率达84.2%。阵列滤波器投运之前的电流波形，波形呈驼峰形，畸变严重，THD值達63.2%。阵列滤波器投运之后的电流波形，波形接近正弦波，电流畸变小。
4.2 电压改善
滤波器装置投运后，电压波形改善非常明显，投运前电压畸变率为2.1%，投运后电压畸变率下降为0.9%，电压波形改善明显，电压均方根值略增加，三相相电压峰值下降分别为12.4V、11.6V、12.2V，这对用电设备的长期可靠运行非常有利。滤波器的投运提高供电质量和用电设备的可靠性。
4.3节电效果
滤波器装置投运后，滤波效果好，节电效果明显。变压器给变频器和转水电机供电电流明显变小，投运前三相电流分别为126A、142A、138A,投运后，三相电流分别为115A、117、118A,电流下降13.7%，并且纠正了电流三相不平衡。
另外，由于谐波的滤除，使得整个供电线路谐波引起的直接线路损耗包括：变压器额外损耗、谐波线损、电容器损耗等等。依据IEC 61378-1(1997)《变流变压器第一部分 工业用变流变压器》可确定非正弦电流下的总损耗：总损耗=电阻损耗（基波和谐波）+绕组涡流损耗（基波和谐波）+连接线损耗（基波和谐波）+杂散损耗（基波和谐波），即：
PN = PR + PWe + Pce + Pse （1）
对线路而言，由于趋肤效应，线路的谐波阻抗是随着谐波次数的增大而增加的，比正常电流引起的线路损耗大，谐波引起的功率损耗为：
（2）
可以计算出谐波引起的线路损耗是基波线路损耗的1.8倍。（），按正常无谐波是线路损耗3%估算，减少线路损耗为2.4%。
综合前面两项，合计节电率约为16.1%。按月用电量11万kwh估算，每度电费按0.57元计算，年节约电费12.2万元。
5、结论及认识
5.1 降低了谐波电流，提高了电能质量，保证了供电的质量。滤波器装置投运后，电流畸变率下降80%以上，达到治理要求。
5.2 改善电压波形，电压畸变率由2.1%下降到0.9%，提高设备运行安全性。
5.3 电费的节省。滤波器装置投运后电流明显下降，供电线路上谐波带来的额外损耗随之降低，整体节电率约为16.1%，年节电12.2万元。
5.4 在本次谐波治理过程中，由于有电容器参与无功补偿，因此85%的节电量应归功于无功补偿。
5.5 在本次治理过程中没有使用转水站原有的无功补偿电容柜，造成设备闲置，在今后的谐波治理中应充分利用原有设备，根据现场情况适当的更换电容，已达到最小成本化。
作者简介：任显明，工程师，第十采油厂供水大队。