谐波危害及谐波治理.ppt
矿山电力系统谐波的危害与治理
矿山电力系统谐波的危害与治理1. 引言1.1 矿山电力系统谐波的定义矿山电力系统谐波是指在矿山生产中，由于矿山电力系统中存在非线性负载、电力系统谐波源等因素导致电压和电流中出现的频率为整数倍基波频率的谐波成分。
这些谐波成分在电力系统中传播，对电力设备、电力系统和电气设备产生一系列危害，严重影响矿山生产安全与稳定运行。
矿山电力系统谐波的产生主要源于矿山内电力设备、照明设备等非线性负载引起的电流谐波，以及电力系统中谐波源、并联谐振电路等引起的电压谐波。
这些谐波成分会通过电力系统的传输线路传播，加剧电力设备损坏、电容器失效、运行稳定性下降等问题。
对矿山电力系统谐波的认识与控制至关重要。
需要制定相应的谐波监测计划，采取有效的谐波治理技术和设备，确保矿山电力系统的安全稳定运行。
加强对矿山电力系统谐波的监测和管理工作，为矿山生产提供可靠的电力保障。
1.2 矿山电力系统谐波的危害1. 对设备和系统的损害：谐波会引起电气设备过热、振动和噪音增大等问题，严重时可能导致设备损坏甚至爆炸，从而影响矿山生产正常进行。
2. 对网络稳定性的影响：谐波会使电力系统中的电压和电流波形失真，降低系统的稳定性和可靠性，增加系统运行的风险和故障率。
3. 对电力质量的影响：谐波会使电力系统中的谐波电流和谐波电压超出标准范围，导致电力质量下降，影响矿山的正常生产和供电质量。
4. 对环境的影响：谐波会引起电力系统中的电磁辐射增加，对周围的环境和人体产生不利影响，影响矿山的社会形象和环保形象。
矿山电力系统谐波的危害不容忽视，必须采取有效的措施加以治理和控制，以确保矿山电力系统的安全稳定运行。
2. 正文2.1 矿山电力系统谐波的来源1. 电力设备的非线性特性：在矿山电力系统中，大量的电力设备如变频器、整流器、电弧炉等存在着非线性特性。
这些设备在正常运行过程中会产生谐波电流，导致系统中出现谐波扰动。
2. 过载运行：由于矿山生产需要，电力系统往往处于高负荷状态，而高负荷运行容易引起设备过载，进而导致谐波电流的产生和传播。
《抑制谐波脉动》课件
Part
03
谐波脉动的危害
对电力系统的危害
电压波动
谐波脉动会导致电压波动 ，影响电力系统的稳定运 行。
继电保护误动作
谐波脉动可能引发继电保 护装置误动作，导致非正 常停电或设备损坏。
增加线路损耗
谐波脉动会增加输电线路 的电能损耗，降低输电效 率。
对用电设备的危害
STEP 02
STEP 01
设备寿命缩短
《抑制谐波脉动》 PPT课件
• 引言 • 谐波脉动产生的原因 • 谐波脉动的危害 • 抑制谐波脉动的方法 • 抑制谐波脉动的案例分析 • 结论与展望
目录
Part
01
引言
背景介绍
谐波脉动是电力系统中常见的问题， 它会对电网和用户设备造成负面影响 。
为了解决谐波脉动问题，需要研究有 效的抑制方法和技术，以提高电力系 统的性能和可靠性。
案例概述
某数据中心由于服务器和UPS等 设备的运行，产生了大量的谐波 ，对数据中心的可靠性和安全性
造成威胁。
治理措施
采用有源滤波器和无功补偿装置 进行谐波治理，同时优化数据中
心的供电系统。
治理效果
治理后，数据中心的供电质量得 到显著提升，保障了数据的安全 性和完整性，提高了数据中心的
运行效率。
Part
负载因素
负载的多样性，如电动机、电弧炉等 非线性负载的大量使用，会产生大量 的谐波电流，从而产生谐波脉动。
负载的功率因数较低，使得电流波形 发生畸变，导致谐波脉动的产生。
输电线路因素
输电线路的阻抗不匹配，使得电流波形发生畸变，从而产生 谐波脉动。
输电线路中的电感、电容等参数，也会对电流波形造成影响 ，从而产生谐波脉动。
APF-ppt
19
上海地铁人民广场站谐波治理项目
投入APF前
投入APF后
Sieyuan Electric
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20
徐家汇地铁站谐波治理项目
APF投入使用前
APF投入使用后
Sieyuan Electric
补偿装置的投切开关，使内部
电容器过流发热，严重时造成 鼓胀甚至爆炸；
Sieyuan Electric
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7
谐波造成的危害
中性线电流增大，导致中性线
电缆发热，可能引发火灾 ；
电线电缆：谐波引起的集肤效
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9
谐波治理
LC无源滤波器
Sieyuan Electric
有源滤波器
10
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Sieyuan Electric
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15
APF产品分类及接线方式
三相三线制APF 中频炉、电弧炉等工业 非线性负载
Sieyuan Electric
三相四线制APF UPS、电梯、变频等在 中线中产生三次谐波电 流的负载
Sieyuan Elecuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.
谐波分析产生原因,危害,解决方法【精选文档】
谐波分析一、谐波的相关概述谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般来说是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解,其余大于基波频率的电流产生的电量，其实谐波是一个正弦波分量。
谐波产生的根本原因是非线性负载造成电网中的谐波污染、三相电压的不对称性.由于非线性负荷的存在,使得电力系统中的供电电压即便是正弦波形,其电流波形也将偏离正弦波形而发生畸变。
当非正弦波形的电流在供电系统中传输时,将迫使沿途电压下降,其电压波形也将受其影响而产生不同程度的畸变,这种电能质量的下降会给电力系统和用电设备带来严重的危害。
电力系统中的谐波源主要有以下几类：（1）电源自身产生的谐波.因为发电机制造的问题，使得电枢表面的磁感应强度分布偏离正弦波，所产生的电流偏离正弦电流。
(2）非线性负载，如各种变流器、整流设备、PWM变频器、交直流换流设备等电力电子设备。
(3）非线性设备的谐波源,如交流电弧炉、日光灯、铁磁谐振设备和变压器等。
二、谐波的危害谐波对电力系统的危害主要表现在:（1)谐波使公用电网中的元件产生附加的谐波损耗,降低发电、输电及用电设备的效率.（2)谐波影响各种电气设备的正常工作。
(3)谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，引发严重事故.（4）谐波会导致继电保护和自动装置误动作,并使电气测量仪表计量不准确。
（5）谐波对临近的通信系统产生干扰，轻则产生噪声,降低通信质量；重则导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。
三、谐波的分析由于谐波导致的各种各样的事故和故障的几率一直在升高,谐波已成为电力系统的一大公害.我国对于谐波相关工作的研究大致起源于20世纪80年代。
我国国家技术监督局于93年颁布了国家标准《电能质量-—公用电网谐波》(GB/T 14549—1993）。
该标准对公用电网中各个等级的电压的限用值、电流的允许值等都做了相应的规定，并以附录的形式给出了测量谐波的方法和数据处理及测量仪器都作了相应的规定。
谐波治理与节能降耗-图文
主要内容
• 谐波的产生及危害 • 谐波的治理措施 • 谐波治理与节能降耗
谐波产生的原因
发电源质量不高产生谐波： 发电机由于三相绕组在制 作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致 和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一 般来说很少。 输配电系统产生谐波： 输配电系统中主要是电力变压器 产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性 ，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁 化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形 ，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁 心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作 点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电 流可达额定电流0.5%。
节能效 果
扩容性
不能，有时增 加谐波 不变，甚至增 强
静态
不能，有时增 加谐波 不变，甚至增 强
静态
能，部分低次 谐波 降低，但是任 然较高
静态
能，多次谐波 <8%(<5%) 动态
能，多次谐波 <8%(<5%) 动态
能，多次 谐波 <8%(<5%)
动态
可能
可能
可能
不可能
不可能
不可能
小
小
中
高
高
高
好
好
不好
不好
非常好
非常好
造价 Hale Waihona Puke 低较低中高
高
高
谐波治理与节能降耗
谐波造成的电能损耗： 谐波网损的计算方法有两种，一种是采用谐波畸变率的谐
波 网损计算方法，另一种方法是采用等值电阻法计算谐波网
损 。 采用谐波畸变率的谐波网损计算方法：
概述谐波污染的危害与治理方法
概述谐波污染的危害与治理方法随着经济的发展和社会生活水平的提高，供电可靠性和稳定性日益重要。
在供电系统中，当正弦基波电压施加于非线性元件和设备（主要指各种整流设备、变流器、交直流换流设备、PWM变频器等节能和控制用的电力电子设备，日光灯、交流电弧炉、变压器、发电机组及铁磁谐振设备等）时，由于设备吸收的电流与施加的电压波形不同，致使电流发生了畸变，谐波电流注入到与负荷相连的电网中，从而产生了谐波。
研究谐波污染的抑制对于电力系统安全运行有着非常重要的意义。
1 谐波污染的危害谐波产生的根本原因是由于电力线路呈一定阻抗，等效为电阻、电感和电容构成的无源网络，非线性负载产生的非正弦电流造成了电路中电流和电压畸变。
谐波污染带来的危害主要作用于电力系统本身和用户两个方面，下文进行分析：1.1 谐波对电力系统的危害1.1.1 对电网的影响。
电网中如果产生高次谐波电流，将增加输电线路功耗，如果电缆输电，还容易形成谐波谐振，导致绝缘击穿。
谐波还能造成电网电压与电流波形发生畸变，影响三相交流电的对称性，影响电力正常输送。
1.1.2 对电动机和发电机的损害。
谐波造成电动机过热，增加了电动机的附加损耗，降低了工作效率。
其中负序谐波产生负序旋转磁场，形成与电动机旋转方向相反的转矩，起制动作用，从而减少电动机的出力。
在电力设备中，3、5次谐波对发电机的危害最为严重，涡流的产生使发电机噪声变大，使用寿命减短，引起发电机震荡，严重时造成转轴扭曲，金属疲劳断裂。
1.1.3 对继电保护的危害。
继电保护装置若是按基波负序量整定其整定值大小，当谐波干扰叠加到极低的整定值上时，就引起继电保护及自动装置误动或拒动，动作失去选择性，可靠性降低，从而造成系统事故，严重威胁电力系统的安全运行。
1.1.4 对无功补偿电容器的影响。
谐波电流的产生将会加重电容器的负担，导致电容器因过负荷或过电压而损坏，由谐波引起的发热和电压升高意味着电容器使用寿命的缩短。
谐波治理和节能降耗课件
效果评估的结果和分析
结果
经过实际应用和效果评估，谐波治理 和节能降耗措施取得了显著的效果， 有效地提高了电力系统的稳定性和可 靠性，降低了能源消耗和运营成本。
分析
在实际应用中，需要注意各种因素的 影响，如设备性能、运行环境、人员 操作等。同时，需要定期进行效果评 估，以便及时调整和优化治理和节能 降耗措施。
利用电容、电感等无源元件组成的滤 波器来吸收或反射谐波，减少谐波对 系统的影响。这种方法简单、成本较 低，但治理效果不如主动治理方法。
隔离变压器
通过在变压器绕组中设置中间抽头来 减小谐波电流的含量，从而降低谐波 对系统的影响。这种方法适用于谐波 源较小的系统，治理效果有限。
混合治理方法
主动与被动结合
案例二
某商业写字楼的节能降耗
背景
写字楼内有许多高能耗设备，导致能源浪费和运营成本增加。
实际应用的案例分析
解决方案
采用智能节能控制系统，对空调 、照明等设备进行优化控制。
实施效果
显著降低了写字楼的能源消耗， 提高了运营效率和经济性。
效果评估的方法和指标
方法
对比法、实验法、模拟法等。
指标
谐波电流、电压畸变率、功率因数、能耗等。
谐波治理和节能降耗 课件
contents
目录
• 谐波的产生和影响 • 谐波治理的方法和措施 • 节能降耗的原理和方法 • 谐波治理和节能降耗的关系 • 实际应用和效果评估
01
谐波的产生和影响
谐波的产生
非线性负载
当电流流过非线性负载时，会产生非 正弦波形，从而产生谐波。例如，开 关电源、变频器等。
滤波器治理
通过在系统中安装滤波器来滤除谐波，减少谐波对系统的影响。这种方法适用 于谐波源较大的情况，能够有效地降低谐波含量。
谐波的危害和治理
谐波的危害和治理谐波的基本概念谐波频率是基波频率的整倍数，任何周期性非正弦波都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。
一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。
在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。
对于三相整流负载，出现的谐波电流是6n±1次谐波，例如5、7、11、13、17、19等。
变频器主要产生5、7次谐波。
频率为基波非整数倍的分量称为间谐波，有时候也将低于基波的间谐波称为次谐波。
基波与3次谐波、5次谐波的波形图如图1、图2所示。
图1 基波与3次谐波的波形图图2 基波与5次谐波的波形图谐波的产生（1）具有铁磁饱和特性的铁心设备主要为变压器、电抗器等，此种设备产生的谐波较少。
理论上，变压器正常运行时，本身不产生谐波，但是变压器磁通达到饱和时，主要会产生3次谐波。
（2）以电弧为工作介质的设备如气体放电灯、交流弧焊机、炼钢电弧炉等。
这类负荷谐波含量大，且有低次、偶次谐波。
（3）以电子元件为基础的开关电源设备如整流器、逆变器、变频器、相控调速和调压装置、大容量的晶闸管可控开关设备等。
（4）不间断电源系统（UPS）大功率UPS是通信电源系统中主要的谐波源，采用可控硅整流是UPS产生谐波的主要原因。
UPS生产厂家提供的谐波指标通常是满载输出时的数据，而实际情况中UPS不可能运行在满载状态下。
谐波的危害（1）谐波对系统的普遍影响首先，谐波会增加设备的铜耗、铁耗和介质损耗进而加剧热应力，从而运行中需要降低设备的额定出力。
其次，谐波还可以使电压峰值增大，若忽略相位差，则峰值电压上升的标幺值就等于电压峰值系数，这种电压升高会导致绝缘应力升高，最终有可能使电缆绝缘击穿。
最后，谐波还会引起负载设备损坏（这里负载设备损坏广义的定义为由电压畸变引起的任何设备故障或工作不正常），并缩短设备寿命。
另外，3倍数次谐波即使在负载平衡的情况下也会使中性线带电流，并且此电流有可能等于甚至大于相电流。
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谐波次数（n ）
允许的谐波 电流In/I1
(%)
谐波次数（n ）
允许的谐波 电流In/I1
(%)
3
21.6
21
<=0.6
5
10.7
23
0.9
7
7.2
25
0.8
9
3.8
27
<=0.6
11
3.1
29
0.7
13
2
31
0.7
15
0.7
>=33
17
1.2
<=0.6
19
1.1
偶次
<=8/n或 <=0.6
I1=基波电流额定值，In=谐波电流分量。
– 铜损 Pcu = R x l2 RMS 集肤效应使损耗很高
– 铁损 磁滞损耗 + 涡流损耗
- 变压器寿命
– 三次谐波使中性线过载
变压器温升每升高8 度，寿命将减少 50%
谐波标准及谐波危害
谐波使设备运行异常，效益低，影响工作性能
• 异步电机 – IRMS > I1 (产生有功转矩) Þ • 定子绕组附加温升 – 正向或反向脉动转矩 • 电机效率下降 • 不正常振动 • 转子附加温升 • 过早老化
谐波标准及谐波危害
3次及3N次谐波的危害
– 三次和3n次谐波会在中性线上叠加 – 中性线电缆的发热量 – 严重时会发生火灾。
L1
Ih3 Ih1
L2
Ih3 Ih1
L3
Ih3 Ih1
Z1 Z2 Z3
Ih3
N
谐波标准及谐波危害
谐波对灵敏设备的危害
– 报警装置误动 – 采用非真实有效值测量导致脱扣器
AccuSine 有源电力滤波器
提升电能质量
I. 电源
谐波治理
I. 负载
If. (负载基波)
=
电源
I. 滤波器
I.电源 I滤波器
I.负载
非线性负载
+
Ih. (负载谐波)
技术特点
• 滤波范围广，可滤除2次到50次谐波 • 单相动态注入电流的方式消除谐波 • IGBTs高频转换可达20 kHz • 实时控制算法—迅速、准确
误动 – 灵敏电子系统的误动 – 通讯干扰 – 控制系统故障
谐波标准及谐波危害
谐波电流对电容器组的影响
未投电容器电流波 形
未投电容器电压波形 THDU＝2%
投电容器电流波形
投入电容器电压波形THDU= 7%
谐波标准及谐波危害
谐波电流对电容器组的影响
电容器出现膨胀现象 电容器柜熔断器组群爆 功率因数低
谐波标准及谐波危害
• 谐波的负面影响
• 谐波占用电源容量
线性负载没有谐波 : • 功率因数＝Cos
S (VA) P (W)
S (VA)
D:谐波失 真功率
非线性负载 : • 功率因数 PF= P/S（有功功率/视在功率）
S = P2 + Q2
> S = 视在功率 > P = 有功功率 > Q = 无功功率 > D ＝失真功率
谐波危害及谐波治理
深圳市康必达控制技术有限公司
什么是谐波？
谐波是什么
线性负载
两类负载Βιβλιοθήκη 非线性负载UI
基波
3次谐波
5次谐波
7次谐波 9次谐波
线性I 负载
U
谐波标准及谐波危害
• 谐波的相关标准
• 公用电网谐波标准 – 《电能质量 公用电网谐波》（GB/T 14549-1993）
电网标称电压 kV
0.38 6 10 35 66
S = P2 + Q2 + D2
谐波标准及谐波危害
• 谐波的负面影响
• 谐波占用电源容量
无功功率 谐波功率
视在功率
有功功率
D和Q一样，无法 转化为有用功
谐波标准及谐波危害
• 谐波的负面影响
• 变压器 – 铜损 • Pcu = R x l2 RMS • 集肤效应使损耗很高 – 铁损 = 磁滞损耗 + 涡流损耗
B 导通率
• P 磁滞 f Bm
H 磁激励
d = 导磁材料宽度 (mm)
( ) P
=
材料电阻率
W mm2 mm
B = 磁感应强度 (Tesla)
•
f = B 的频率 (Hz)
P 涡流 =p62 d1B2 2 eff f 2 in W/mm
谐波标准及谐波危害
• 谐波的负面影响
• 谐波增加电力设备的损耗
谐波标准及谐波危害
谐波使设备运行异常，效益低，影响工作性能
• 发电机 – I RMS > I1 Þ 定子绕组的附加温升 – 附加铁损 – 脉动转矩 • 电子励磁调节器误动 • 不正常振动 • 阻尼绕组的附加温升 • 过早老化 – 如果非线性负载所占比例为 20 至 30%, 生产厂商大多声明 降容 10%使用
效率降低
不受影响
有谐振的危险
不受影响
电流增大的影响 负载容量增大时 基波频率50HZ变为60HZ 尺寸，重量
有过载的危险 必须更换滤波器
不允许 笨重
无过载的影响 可并联增容 由软件设置 灵巧
有源滤波技术
• 自动调节输出
– 自动限制最大输出,不存在过载
无源滤波器劣势之一, 钻井项目,谐波量变化 迅速….. 仅用了25天….
谐波标准及谐波危害
• 谐波的负面影响
• 谐波电流引起供电电流严重畸变 – 尤其是对独立供电小系统
低
高 压 配 电 所
降 压 变 压 器
压 交 流 配 电 屏
通信电源 交流UPS
通信机房 数据中心
精密机房 空调系统
建筑动力 照明系统
柴油发电 机
谐波治理方案
400 V
VarLogic功率 因数控制器
电感器
4
加11、13次
2
谐波
仅降低谐波
仅限制3次和3n次谐波
(12脉
电流THDI
冲整流、移相
式滤波器)
L5
调谐式 滤波器
6
AccuSine 有源调节器
6 无谐波
与无源滤波器的比较
谐波电流控制 频率变化的影响 阻抗变化的影响
无源滤波器
AccuSine
按照频谱设计滤波器(体积庞大) 多种谐波可同时控制
– 40us内响应负荷变化 – 全部响应时间为8ms • 与所有负载的特性兼容 • 自动消除系统谐振 • 具有过载保护（自动限流方式） • 易于安装 • 具有可扩展性，最多5台并联 • 符合IEEE 519(1992)标准 • UL和CSA认证
谐波治理
DR 调谐电抗器
Varplus²电容器
AccuSine有 源电力滤波器
AccuSine有 源电力滤波器
谐波治理
1
主电源
增大电力系统
h3 h9
h5, h7
的供电容量和 电缆、开关等
D
D
yn
L4
1 - 谐波没有消除
d
y
- 成本昂贵
3
抗谐波
变压器以不同 的方式联接
2 仅削减3 5次和 7次谐波，但增
110
电压总谐波畸变 率 %
5.0
4.0
3.0
2.0
各次谐波电压含有率：%
奇数
偶数
4.0
2.0
3.2
1.6
2.4
1.2
1.6
0.8
谐波标准及谐波危害
• 谐波的相关标准
• 设备谐波发射量标准
– 《电磁兼容 限值 对额定电流大于16A的设备在低压供电 系统中产生的谐波电流的限制》（GB/Z 17625-2003）