谐波干扰问题分析与谐波治理方法建议一、存在的谐波干扰问题介绍某科技发展有限公司主要从事先进陶瓷材料相关技术、产品和系统的研发，涉及生物医学材料、新能源材料、电子信息材料、化工陶瓷材料、以及多功能结构陶瓷材料等领域。
该公司目前新安装的300KW中频烧结炉，可控硅控制功率加热，出现功率因数低0.3-0.5，谐波大，造成共用的容量1250Kvar供电变压器配置的容量为600Kvar无功补偿电容装置产生过热保护无法正常投切运行等问题。
二、谐波干扰状况分析随着我国制造业的蓬勃发展和人民生活水平的不断提高，电力电子技术在电网设备中得到广泛应用，大量的非线性负荷广泛应用在工业、商业和民用电网中，给电网造成的污染问题越来越得到重视。
如在一般工业领域使用的中频炉、变频器、软启动器、电弧炉、轧机、电解槽、电镀槽等负荷，商业和民用领域如节能灯、气体灯具、变频空调、电脑、冰箱等，都产生大量的谐波，尤其是近几年在我国节能技术产业的发展过程中出现了各种类型的专用节电装置，这些节电装置采用的均是电力电子控制技术如变频控制和可控硅调压原理，属典型的谐波源，大量使用导致谐波的产生，轻者影响供电质量使制造工艺较为精细的产品质量受到影响，或者由于在节电过程中使用的节电器具产生的谐波导致谐振，而使无功得不到满意补偿甚至不补偿影响节电效果，重者导致电气设备长期发热，降低使用寿命甚至损坏、火灾，危害电网安全。
为了便于对北京某科技发展有限公司新安装使用的中频烧结炉产生谐波危害进行分析，特地借鉴下列两组关联数据用以推断可能产生谐波的含量。
借鉴测试数据一：2014年5月9日浙江某公司新安装使用的中频烧结炉的现场测试数据显示，该中频烧结炉运行时电源进线上基波电流在17-391A有功功率在7.8-118.5KW,谐波电压总畸变率5.7-6.3%，谐波电流总畸变率42-72.9%,功率因数在0.33-0.64范围内波动。
借鉴测试数据二：2014年6月22日领步公司应邀对某新型材料（江苏）有限公司生产线300KW中频烧结炉的谐波测试数据如下：运行电流在250A时谐波参数，谐波电压总畸变率4.4%，谐波电流总畸变率29.9%；运行电流在365A时谐波参数，谐波电压总畸变率6.7%，谐波电流总畸变率30.1%运行电流在250A时谐波参数运行电流在365A时谐波参数从上述两组借鉴测式数据推断，中频烧结炉运行时产生的总谐波电流应该在110-190A之间，这么高的谐波电流也是造成变压器母线电容补偿过热不能正常投切的主要原因，如此高谐波污染状态长期运行下去还将同一变压器系统内的其他相关负载设备产生更多的危害，非常需要对该台中频烧结炉进行针对性谐波治理，以期消除谐波引发的生产运行设备故障。
三、谐波治理方法对比1、谐波治理方式比较分析：目前对用户配电系统中的谐波治理主要有无源滤波和有源滤波两类方式，由于无源滤波装置，主要是基于谐波源容量较大，产生的谐波较集中的场合，如重工业、冶金、化工、矿山、电气化铁路等行业，通过安装无源滤波装置就地治理提高电网电能质量、补偿无功功率。
无源滤波装置因其工作原理简单，运行可靠，操作方便而得到广泛应用，尤其具备谐波治理兼无功补偿的特点而被各类需要滤波和补偿的企业广泛使用，但其滤波效果达不到特别高的标准而使其受到一定的限制。
而随着目前电网中谐波源的多样化、分散化、复杂化，如节能灯、气体灯具、变频空调，在一般工业领域使用的变频器、软启动以及各类节电装置的应用，虽然单个容量相比较小，但由于存在同时使用概率大而产生的谐波叠加效应，使电网中的谐波呈现特征谐波复杂、谐波含量变化大等特点，采用传统的无源滤波装置不能动态跟踪治理，因此近几年中出现了有源滤波装置APF，有源滤波装置本身作为一个谐波源，通过检测电网中的谐波，迅速产生与检测的谐波相反的谐波，以抵消电网中的谐波。
有源滤波装置动态跟踪电网中不断变化的谐波，实时发出相反的谐波，由于其只针对谐波，因此解决了无源滤波装置易与电网发生谐振的问题，同时不需要经过复杂的电网阻抗计算，只需估算谐波量，大大减少了设计工作量，因有源滤波装置为标准设备，可保证设计方案统一性。
2、有源滤波装置在设计和使用上的优势谐波治理随着谐波源的复杂化和电力电子技术的突飞猛进发展，不管是从谐波治理装置的设计还是实际应用，有源电力滤波装置必将取代无源滤波装置，成为未来谐波治理的主要滤波装置：1）从设计角度分析：有源滤波装置与无源滤波装置相比较，有源滤波装置只需估算谐波电流最大值，而无需考虑电网阻抗、特征谐波以及仿真验证等因素，绝不会产生类似无源滤波装置设计不当而发生谐振事故的可能。
设计简单，可实现标准化设计，使方案统一。
2）从安装角度分析：无源滤波装置只适用于在谐波源处就地治理安装，集中补偿将不能避免谐振发生，采用有源滤波装置既可以在谐波源处安装，也可以在变电所集中治理，以减少治理成本。
3）从治理效果分析：有源滤波装置专门检测谐波，治理谐波，而且可以同时针对多次谐波同时滤波，理论滤波率大于90%，而无源滤波装置由于必须考虑电网谐振，LC回路一般必须偏离谐振点，导致理论滤波率小于70%。
4）从经济角度分析：同一谐波含量的电网采用有源滤波装置比采用无源滤波装置更经济，主要体现在装置容量较小，滤波率高，如采用集中治理取代分散治理则装置容量与分散治理的无源滤波装置更小。
从经济角度来讲，有源滤波装置具有更高的性价比。
5）从治理方式分析：有源滤波装置可实现动态全自动实时治理，而无源滤波装置只能进行静态治理，而且必须要人工操作，根据谐波源工作状态决定投切。
6）从节能角度分析：有源滤波装置由于容量要远远小于无源滤波装置，因此损耗小于无源滤波装置，采用有源滤波装置更加节能。
3、本项目中谐波治理方式的选择确定本项目中谐波产生的危害主要是引起电容补偿柜过热保护而不能投切，发生这种故障的原因主要是系统内中频烧结炉运行时产生的大量谐波引起的，产生的谐波电流是沿着阻抗高低在在整个配电系统内“流窜”，而补偿柜内的电容器又是阻抗最低容易吸收聚集谐波电流并放大产生谐振的元器件，不仅自身容易损毁发生故障，还是放大系统内谐波电流加剧谐波干扰危害其他设备的重要因数，因为无源滤波方式仅能滤除60-70%的系统内特征谐波，还将剩余30-40%的谐波留存在配电系统内，而北京某科技发展有限公司新安装使用的中频烧结炉与其他多家用户共用一台1250Kvar主变，对其他用户使用的负载中很有可能存在对谐波比较敏感的设备，无论是理论上还是实践中，都不能定量确定这剩余的30-40%谐波就不再干扰电容补偿装置的运行，更不用说那些未知的其他设备了，另外该台中频烧结炉运行周期长负载变化幅度大，谐波含量和无功功率都跟着变化，从我们多个项目的实践经验来看，不同的设备对高次和低次谐波的敏感程度也有很明显的差异，无源滤波器是事先设定的特征谐波滤波支路，不能根据现场需要进行高次低次谐波的动态调节，而有源滤波器不仅可以自由设定滤除指定次谐波的次数和比例，还可以根据负载谐波的变化进行自动动态跟踪调节实现高比例精确滤波，确保用户特定治理效果的实现。
4、有源动态精确滤波参数设计建议根据前述借鉴参考的测评数据，该台中频烧结炉运行时产生的总谐波电流应该在110-190A之间，考虑到中频炉满载时谐波含量将会进一步增大，同时由于测试结果的局限性，系统实际谐波含量会有一定范围的波动，因此配置有源滤波器规格时需留有一定的余量来应对波动变化，据此分析在该台中频烧结炉的电源进线支路上设计安装有源滤波器的容量建议为150-200A，应对应选择领步公司的CAPF3L-400/150或200三相三线有源滤波器一台。
为了更高标准地隔离抑制中频烧结炉产生谐波的输出，建议配套安装两台XGB-300的高次谐波隔离保护电抗器，安装原理示意图如下：四、谐波专业测试提议无论是对系统内谐波进行彻底治理还是对关键设备进行谐波隔离净化，都需要了解掌握系统内谐波具体数据，如此才能精确地分析谐波治理设备精确成本价格，因此建议用户先行谐波测试，再确定具体实施方案是更合理的。
因为每个用户单位对谐波治理的决策机制不尽相同，存在谐波直接干扰生产线运行的单位对治理工作比较重视和迫切，正常是单位主要领导确定尽快进行治理，然后亲自或安排电力设备负责人来联系落实相关事宜，而有些用户单位存在的谐波干扰没有影响正常生产运行，只是存在一些偶然故障或潜在危害，尚未引起单位领导的足够重视，只是电力设备部门想进行一些了解尝试的想法，到底何时治理很难确定，因此对提供专业谐波治理服务的厂商来说也很难把握项目的进程，经常发生做了很多技术工作可是谐波治理项目就是没法推进，鉴于此，我们领步公司推出上门谐波测试收取测试成本费用的措施，如果后续项目治理由我们继续做，这个测试成本费可以从后续设备款中予以扣减，还是相当于给用户提供免费测试的技术支持，但真正想进行谐波治理的用户就会向单位领导报请垫付测试成本费用，领导如果批准了就会很快推进谐波治理工作，如果领导还没想做谐波治理，就不会同意，虽然我们仅收取500-600元的测试成本费用，但可以有效地过滤掉那些仅想让我们免费做前期测试设计工作而不着急进行治理的用户，2013年执行该制度来，受到了真正想合作进行谐波治理项目的用户理解和支持。
我们具备的专业电能质量测试分析仪器►Fluke434电能质量分析仪∙量测电压及电流之均方根值、峰值、奇次谐波及偶次谐波成份∙量测视在、有功、无功功率、功率因子、闪变及三平衡相不平衡∙显示电压、电流的波形及谐波频谱分布图∙瞬时电压可测至5uS以下，可达6kV∙画面更新率200Ms/per∙5组(R、S、T、N、GND)电压隔离信道、4组(R、S、T、N)电流隔离通道∙具谐波及偶次谐波量测功能∙具相位图可显示每相相位角度∙具自动记录数据功能∙具电力异常监测功能∙储存内存(50组Screen/10组data)∙内建镍氢电池，充电后可用7小时∙符合EN-50160、IEC-61000及4组自设值►Fluke41B(43)电能质量分析仪∙存储多达8个完整测量的数据∙绝缘串口可将数据发送到打印机或PC机∙表格报告自动打印∙电压、电流、功率的波形∙谱图直接显示直至31次的谐波电压、电流和功率∙光标读取各次谐波的有效值，百分比含量、频率和相位∙量测电压、电流有效值、频率、峰值、最大最小平均值、DC ∙量测视在功率和功率因数、谐波失真总量、峰值因数∙可供1000A电流探头选件以扩大量程∙FlukeviewTM软件（随附）可存储Fluke41B上的数据五、领步公司简介领步（北京）电能质量设备有限公司是一家以广大电力用户以及电力部门为服务对象的高新技术企业，兼为“电能质量研究所”，主要从事电能质量优化净化的研究开发和工程应用，是集科研、生产、销售和服务为一体的专业化高科技公司。