2、2#变压器2500KVA，互感器变比为5000/5.每台变压器配置4台纯电容补偿设备，由于种种原因目前补偿设备没有办法使用。在没有投入补偿设备的情况下系统功率因数为 cos∮0.93，但是谐波电流畸变率 THDi 为15.3%，谐波电压畸变率为 THDv3.7%。主要特征谐波以5、7次为主。
2#变压器测试截图如下：

3、3#变压器1600KVA，互感器变比为4000/5.每台变压器配置2台纯电容补偿设备，目前在使用的是1台补偿设备，另外一台损坏没有修复。在没有投入补偿设备的情况下系统功率因数为 cos∮0.86，但是谐波电流畸变率 THDi为11.9%，谐波电压畸变率为 THDv3.6%。主要特征谐波以5、7次为主。
3#变压器测试截图如下：

4、5#变压器1600KVA，互感器变比为4000/5.每台变压器配置2台纯电容补偿设备，目前正在使用的是1台补偿设备，另外一台损坏没有修复。在没有投入补偿设备的情况下系统功率因数为 cos∮0.86，但是谐波电流畸变率THDi 为26.3%，谐波电压畸变率为 THDv6.6%。主要特征谐波以5、7次及以上为主。
5#变压器测试截图如下：

5、8#变压器1000KVA，互感器变比为3000/5.变压器配置1台纯电容补偿设备，目前没有修复。在没有投入补偿设备的情况下系统功率因数为 cos∮0.71，但是谐波电流畸变率 THDi 为2.4%，谐波电压畸变率为 THDv1.3%。主要特征谐波以5、7次及以上为主。
8#变压器测试截图如下：

6、4#变压器和 6#变压器测试数据参照 3#、5#变压器。
二、解决方案
综合以上测试数据分析制定解决方案如下：
       1、 1#变压器的系统功率因数很高所以可以不考虑无功补偿。但是系统谐波比较严重，谐波电流畸变率 THDi 已经达到 30.1%，通过测试数据计算得出总的谐波电流为 402A，其中 5 次谐波电流畸变率为 28.9%计算电流为 386A，7 次谐波电流畸变率为 9.6%计算电流为 128A。谐波电压畸变率 THDu5.7%，超出了国家相应标准！解决方案为拆除原有补偿设备内元器件，在原有柜体内安装有源滤波模块，并且在系统母排上安装相配套的专用电流采样互感器。（安装电流采样互感器过程当中需要停电）

2、2#变压器的系统功率因数很高所以可以不考虑无功补偿。但是系统谐波比较严重，谐波电流畸变率 THDi 已经达到 15.3%，通过测试数据计算得出总的谐波电流为 235A，其中 5 次谐波电流畸变率为 14%计算电流为 215A，7 次谐波电流畸变率为 5%计算电流为 77A。谐波电压畸变率 THDu3.7%！解决方案为拆除原有补偿设备内元器件，在原有柜体内安装有源滤波模块，并且在系统母排上安装相配套的专用电流采样互感器。（安装电流采样互感器过程当中需要停电）

2、 3#变压器的系统功率因数 cos∮0.86 需要无功补偿。系统谐波电流畸变率 THDi 已经达到 11.9%，通过测试数据计算得出总的谐波电流为134A，其中 5 次谐波电流畸变率为 9.1%计算电流为 102A，7 次谐波电流畸变率为 3.9%计算电流为 44A。谐波电压畸变率 THDu3.6%！解决方案为拆除原有补偿设备内元器件，在原有柜体内安装有源滤波模块，并且在系统母排上安装相配套的专用电流采样互感器。（安装电流采样互感器过程当中需要停电）另外系统功率因数比较低，现有的
补偿设备是纯电容补偿设备。由于纯电容补偿设备会放大系统内谐波，所以加装了滤波设备之后必须要对现有的补偿设备进行升级改造，所以还要改造一台补偿设备进行无功补偿。

3、 4#、5#、6#变压器的改造方案参照 3#变压器改造方案！
4、 8#变压器的系统功率因数 cos∮0.71 需要无功补偿。系统谐波电流畸变率 THDi 已经达到 2.4%，通过测试数据计算得出总的谐波电流为14.4A，其中 5 次谐波电流畸变率为 1.7%计算电流为 10.2A，7 次谐波电流畸变率为 1.3%计算电流为 7.8A。谐波电压畸变率 THDu1.3%！暂时可以不考虑滤波方案，但是功率因数较低所以必须进行补偿设备的改造！解决方案为拆除原有补偿设备内元器件，在原有柜体内进行补偿设备的升级改造。

说明：以上各种方案均是在本次测试数据基础上制定，暂时没有考虑到以后增加负载
三 、 谐波产生的原因
1、 在电力的生产，传输、转换和使用的各个环节中都会产生谐波。
2、在发电环节，当对发电机的结构和接线采取一些措施后，可以 认为发电机供给的是具有基波频率的正弦波形的电压。
3、在其它几个环节中，谐波的产生主要是来自下列具有非线性特性的电气设备：

(1)具有铁磁饱和特性的铁芯没备，如：变压器、 电抗器等；
       (2)以具有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备，如：气体放电灯、 交流弧焊机、中频炉等；
       (3)以电力电子 元件为基础的开关电源设备，如：各种电力变流设备(整流器、逆变器、 变频器)、相控调速和调压装置，大容量的电力晶闸管可控开关设备等，它们大都使用 IGBT、SSR 等大功率电力电子器件，加之大都采用 PWM 技术控制，使其在整流及逆变过程中因斩波 产生大量各次谐波造成了对自身和其它设备的谐波污染。

以上这些非线性电气设备(或称之为非线性负荷)的显著的特点是它们从电网取用非正弦电流，即使电源给这些负荷供给的是正弦波形的电压，但由于它们只有其电流不随着电压同步变化的非线性的电压-电流特性，使得流过电网的电流是非正弦波形的，这种电流波形是由基波和与基波频率成整数倍的谐波组成，即产生了谐波，使电网电压严重失真，此外电网还必须向这类负荷产生的谐波提供额外的电能。

接入低压供电系统的非线性设备产生的谐波电流可分为稳定的谐波和变化的谐波两大类。所谓稳定的谐波电流是指由这种谐波的幅度不随时间变化，如视频显示设备和测试仪表等产生的谐波，这类设备对电网来说表现为恒定的负载。由整流器、逆变器、变频器等产生的各次谐波的幅值随时间变化，称之为波动的谐波，这类设备对电网来说是一个随时间变化的负载。

随着电力电子设备使用的不断增加，同时这些设备产生的谐波又具有较大的振幅，所以目前它们是供电系统中的主要谐波源。
四、谐波的影响
       谐波对电力系统或并联的负载产生种种危害，危害的程度决定于谐波量的大小和现场条件。它们将导致电网中的电力品质下降，使各种设备出现故障，造成的影响主要有以下几个方面：
1、变压器
       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。与纯正基本波运行的正弦电流和电压相较，谐波对变压器的整体影响是温升较高。须注意的是，这些由谐波所引起的额外损失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。而当你为非线性负载选择正确的变压器额定容量时，应考虑足够的降载因子，确保变压器温升在允许的范围内。还应注意的是用户由于谐波所造成的额外损失将按所消耗的能量反映在电费上，而且谐波也会导致变压器噪声增加。
2、电力电子设备
       电力电子设备对供电电压的谐波畸变很敏感，这种设备常常须靠电压波形的过零点或电压波形取得同步运行。电压谐波畸变可导致电压过零点漂移或改变一个相间电压高于另一个相间电压的位置点。这两点对于不同类型的电力电子电路控制是至关重要的。控制系统对这两点（电压过零点与电压位置点）的判断错误可导致控制系统失控。而电力与通讯线路之间的感性或容性耦合亦可能造成对通讯设备的干扰。某些电子设备，如变频器、可编过程控制器等通常要求总谐波电压畸变率（THD）小于 5%，且个别谐波电压畸变率低于 3%，较高的畸变量可导致控制设备误动作，进而造成生产或运行中断，导致较大的经济损失。
3、电机
       谐波对感应及同步电动机所造成的效应主要是铁耗和铜耗得增加所引起的额外温升。额外升温将导致电动机效率降低，并影响转矩，进而影响生产产品的质量。对旋转电机会增加噪音量。严重时可导致机械共振，会有机械损坏的风险。
4、开关和继电保护
       像其他设备一样，谐波电流也会引起开关额外损失，并提高温升使基波电流承载能力降低。温升的提高对某些绝缘组件而言会降低其使用寿命。低压断路器跳脱装置，系根据电流峰值来动作，因而此种形式之跳脱装置会因馈线供电给非线性负载而导致不正常跳闸，扩大停电事故。
5、功率因数补偿电容器
       在电力系统中使用电容器组时，必须考量因素是系统产生谐振的可能性。系统谐振将导致谐波电压和电流会明显地高于在无谐振情况下出现的谐波电压和电流。电容器与其他设备与其他设备相较有何大区别，因其容性特点在系统共振情况下可显著地改变系统阻抗。电容器组之容抗随频率升高而降低，因此，电容器组起到吸收高次谐波电流的作用，此作用提高温升并增加绝缘材料的介质应力。频繁地切换非线性电磁组件会产生谐波电流，这些谐波电流将增加电容器的负担。由谐波引起的发热和电压增加意味着电容器使用寿命的缩短。
6、谐波与并联谐振
       因单体电容器在投入进行补偿时，补偿电容器与电网的电感形成谐振电路，通常这个谐振电路的自谐振频率一般在 5 次和 7 次谐波范围内，当电网中存在的谐波频率与自谐振频率相近时，在某个瞬间有可能使谐波电流放大到正常的 20 倍左右，在此情况下，将出现电压异常升高和电流的数倍放大，导致设备机械震动加剧，噪声异常增大，变压器、电缆、母排、电容器组、马达及生产设备等发热异常甚至烧损，开关开断能力下降等。
7 、谐波对电力电缆的影响
       在导体中非正弦波电流所产生的热量与具有相同均方根值的纯正弦波电流相比较，则非正弦波会有较高的热量。该额外温升是由众所周知的集肤效应和邻近效应所引起的，而这两种现象取决于频率及导体的尺寸和间隔。这两种效应如同增加导体交流电阻，进而导致 I2Rac 损耗增加。
五、设备介绍
FLD-EAR  系列有源滤波器：
最新一代全数字有源滤波器与传统技术相比具有特殊优势，更快、更小、功能更强大，这些优势使其能轻松解决电能质量问题。除可以动态分相补偿谐波和无功外，还可以解决三相不平衡、电压波动及闪变等电能质量问题。
● 极速响应:能于 300μs 内对干扰作出响应，在干扰造成破坏前将其消除；
● 结构紧凑: 最小容量 50 A 的壁挂式滤波器体积非常小巧，易于安装；柜式滤波器安装空间小，功能强大；
● 易于维护: 出色的结构设计，使得滤波器的所有核心模块能在 15 分钟内拆卸下来；
● 适合工业用:柜体的防护等级可定制为 IP54，防尘能在恶劣环境下运行。
● 电压等级从 400 至 480 V ，适用于 3 线或 4 线的系统，可不等容量并联，最多可以 8 套并联；
● 能适应电网变化:能以特定的方式分配输出容量，分次进行补偿，并且补偿性能可以根据电网结构的变化自动调整；
● 冷却方式独特： 柜体的冷却方式采用强制风冷设计，散热性能好，保证设备的安全可靠运行；
● 通信功能强大： 具有以太网（TCP/IP）、RS485 等多种通信方式，支持MODBUS 协议；
● 有源滤波器采用定制 IGBT 功率模块，IGBT 元件能自动根据电网运行方式的变化和负载的波动调整输出，以抵消电网中的谐波。
● 有源滤波器不含交流电容元件，不受电网阻抗和系统阻抗变化的影响。
● 能滤除 2～50 次谐波，并可同时滤除 24 种谐波，可根据需要设定需要滤波的谐波次段和滤除谐波的目标值。
● 具有双向（感性和容性）无功补偿功能，可设置投入或关闭该功能。
● 可同时进行滤波和无功补偿，可以设定无功功率和谐波补偿优先级。
● 有源滤波器可以做到只滤波不补偿无功功率，避免过补偿；也可以通过设定目标功率因数，将滤波后剩余的能量用于无功补偿。
● 有源滤波器具备完整的保护装置，包括过载、过电流、短路等。以及具备系统自诊断功能。
● 三相负荷电流不平衡时，有源滤波器可正常补偿并消除负荷不平衡现象，中性线滤波能力为相线的三倍。
● 具有缓启动控制回路，以避免启动瞬间过大的突入电流，并限制该电流在额定范围之间。
● 当系统负载的谐波量大于滤波器补偿能力时，滤波器输出额定电流，继续有效滤波，不发生超载或导致设备损坏而退出运行。
● 有源滤波器具有液晶显示器和操作键的人机界面，可进行参数设置、状态改变、信息查看等操作，并能显示运行状况、测量数据、故障报警等信息。
● 有源滤波器自身高频载波不能回馈到电网，对其它系统和设备没有干扰。
六、国家公用电网谐波电流允许值

公共连接点处的最小短路容量不同于基准短路容量时，可按下式修正上表的谐波电流允许值：

式中：S k1 ------公共连接点的最小短路容量，MVA；
S K2 ------基准短路容量，MVA；
I hp -------上表中的第 h 次谐波电流允许值，A;
I h ---------短路容量为 S k1 时的第 h 次谐波电流允许值。
国家公用电网谐波电压（相电压）限值表：

法拉德电气（北京）有限公司

技术部
2016年3月