系統(tǒng)概述：

化工制造業(yè)，使用的主要負載是電動機，隨著科技的發(fā)展和技術的常熟，越來越多的向節(jié)能和智能方向發(fā)展，大量的變頻器在現(xiàn)場配套電動機使用，在節(jié)約成本，起到節(jié)能作用的同時，也產生了大量的諧波；同時由于工藝進步和化工材料的要求越來越高，以及對于人身安全和健康的考慮，逐步縮減一線工作人員，實現(xiàn)工業(yè)化生產，現(xiàn)場使用了大量的計算機中控和DCS等工藝控制系統(tǒng)，大量的變頻器諧波，在危害用電系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時，也會對工藝控制系統(tǒng)的準確性和穩(wěn)定性造成嚴重的隱患。

由于化工制造業(yè)對人身和環(huán)境存在非常高的潛在危險性，所以穩(wěn)定性是供配電系統(tǒng)的首要指標，一旦出現(xiàn)事故，將是難以估算的生產事故，造成極高的人身安全威脅和嚴重的環(huán)境污染后果。

在化工制造業(yè)，諧波的主要危害體現(xiàn)在兩個方面

第一個方面是諧波導致的線路保護，造成線路保護的誤動作拒動作，造成供配電系統(tǒng)供電故障，從而影響現(xiàn)場生產設備的運行，導致原料的投料和轉出出現(xiàn)失誤，輕則原材料浪費，重則出現(xiàn)原材料泄露，化學反應過度而導致爆炸等等嚴重后果；

  第二各方面是諧波影響到工藝控制系統(tǒng)，由于技術進步和工藝要求的逐步提高，以及對人身安全和健康的重視，越來越多的化工制造業(yè)開始傾向于工業(yè)化改革，縮減一線工作人員，以工藝控制系統(tǒng)，機械化來代替人工作業(yè)，在這種情況下，一旦計算機中控系統(tǒng)或者現(xiàn)場DCS控制系統(tǒng)因為諧波干擾，出現(xiàn)信號錯誤，就會導致嚴重的后果，影響到整條生產線的正常運行，造成巨大的經濟損失。

行業(yè)諧波源的設備分析：

化工制造業(yè)中，主要的諧波源為大功率變頻器，大量的變頻器的投入使用，導致了大量的3/5/7/11等（2n＋1）次諧波的出現(xiàn)。

對于電源輸入端而言，變頻器的主電路一般為交一直一交組成，外部輸入380V/50Hz的工頻電源經三相橋路不可控整流成直流電壓，經電容濾波及大功率晶體管開關元件逆變?yōu)轭l率可變的交流電壓。在整流回路中，輸入電流的波形為不規(guī)則的矩形波，波形按傅立葉級數(shù)分解為基波和各次諧波，諧波次數(shù)通常為6n±1次高次諧波，其中的高次諧波將干擾輸入供電系統(tǒng)。如果電源側電抗充分小、換流重疊角"可以忽略，那么n次高次諧波為基波電流的1/n，變頻器電流諧波將會使變壓器的銅損增加。變頻器電壓諧波將增加鐵損，使其溫度上升，影響絕緣能力，并造成容量裕度減小。同時變頻器諧波也可能引起變壓器繞組及線間電容之間的共振，變頻器諧波會使電力電容發(fā)生過載、過熱甚至損壞電容器。當電容器與線路阻抗達到共振時會發(fā)生振動、短路、過電流及產生噪聲。變頻器諧波電流會使開關設備在啟動瞬間產生很高的電流變化率，破壞絕緣。

對于用電負載而言，在逆變輸出回路中，輸出電流信號是受PWM載波信號調制的脈沖波形。對于GTR大功率逆變元件，其PWM的載波頻率為2-3kHz，而IGBT大功率逆變元件的PWM最高載頻可達15kHz。同樣，輸出回路電流信號也可分解為只含基波和其他各次諧波，變頻器輸出諧波使得電機附加發(fā)熱使電機額外升溫；產生機械震動、噪音及過電流。

變頻器諧波將使繼電保護和自動裝置出現(xiàn)誤動作，并使儀表和電能計量出現(xiàn)較大誤差；變頻器諧波對其他系統(tǒng)及電力用戶危害也很大：如對附近的通信系統(tǒng)產生干擾，輕者出現(xiàn)噪聲，降低通信質量，重者丟失信息，使通信系統(tǒng)無法正常工作；影響電子設備工作精度，使精密機械加工的產品質量降低；設備壽命縮短，家用電器工況變壞等。

諧波特點分析：

  由于交流輸入功率因數(shù)較低，會產生大量的諧波電流，對電網產生較大的污染，嚴重時，還可能會危及輸入電網以及跨接在該電網中的各種用電設備的安全運行，主要的影響有以下幾點：

1.干擾通信和數(shù)據(jù)傳輸

  諧波會對附近的通信系統(tǒng)產生干擾，引進噪聲，降低通信質量，嚴重時還會丟失信息，使通信系統(tǒng)無法正常工作，同時影響電子設備工作精度，影響計算機和DCS工藝控制系統(tǒng)的正常工作，而UPS等整流設備在整流過程中所產生的諧波還會影響計算機網絡，造成網絡出錯、停機。

2.諧波諧振造成設備損壞或開關誤動作

  正常情況下，電力系統(tǒng)的參數(shù)設計使得電路諧振頻率遠離基波頻率，但是如果電路中出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，就會造成嚴重的后果。如果電路中出現(xiàn)了串聯(lián)諧振，線路中的阻抗就會突然降低，線路電流接近于短路電流，這會造成線纜過熱燒壞，進而出現(xiàn)系統(tǒng)短路、開關跳閘等電力故障；而出現(xiàn)并聯(lián)諧振，會表現(xiàn)為線路阻抗突然增大，所以系統(tǒng)的諧波電壓被放大，這將造成線路電纜、開關、電容等用電設備的絕緣被高壓擊穿，系統(tǒng)會出現(xiàn)嚴重的短路故障。

3.增長變壓器的負荷容量

  變壓器會由于過大的諧波電流而產生渦流損耗和磁滯損耗，這些均會引起變壓器鐵芯溫升過快，而造成設備工作效率降低；同時還會使絕緣損壞，甚至會造成設備短路故障，為了抑制溫升，變壓器需降容使用。

4.破壞繼保裝置的正常動作

  諧波電流會引起繼保裝置的發(fā)熱量增加，造成繼保裝置的誤動作，并會使電氣測量儀表計量不準確。

5.加速電纜老化，縮短使用壽命

  由于諧波電流，線纜中的實際電流有效值將大于基波電流，同時由于集膚效應，增加了導線的諧波電阻，增加了線路損耗，降低線路的傳輸能力，加速電纜老化，縮短使用壽命。

6.對電源導線的影響

　 在電力系統(tǒng)中，因為趨膚效應，高的諧波頻率增加了導線的諧波電阻。因此諧波電流會增加線路損耗，并降低線路的傳輸能力。此外諧波還可能引起浸漬絕緣局部放電，加速電纜絕緣老化，縮短電纜的使用壽命。

7.對電度表的影響

　　如果加于電度表的電壓、電流的波形為非正弦波，使工作磁通的波形變?yōu)榉钦也?，任何非正弦波均可分解為一系列高次諧波，同頻高次諧波磁通之間相互作用會產生附加力矩，因而引起附加誤差，甚至造成計量混亂。

治理方案

1）就地與集中方案比較

結論：通過以上分析，我們認為該項目的諧波治理方案采用集中式方案更好。

集中式治理方案的典型拓撲圖示意如下：

使用CoEpo APF系列有源濾波器可以有效地濾除配電機房網絡中的諧波，達到提高電能質量和節(jié)能降耗的目的。有源濾波器的安裝位置越靠近諧波源，節(jié)能效果越明顯。由此我們可以根據(jù)負載諧波源數(shù)據(jù)分析，針對化工廠項目的配電情況，對不同的諧波污染的情況進行諧波治理。

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