谐波危害及产生源

美国电力科学研究院EPRI最近的报告指出,全美因谐波等电能质量损失达几百亿美元。在中国,由谐波污染带来的电能质量损失可能更大。

轨道交通

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轨道交通(地铁、高铁等)供电系统的谐波主要来源于向车辆供电的牵引供电系统。在列车运行期间,由于电源波动、整流件换向、大负载变化、列车起动或制动、供电臂切换、车辆逆变等会产生谐波以及不平衡电流都是谐波的源头,会严重影响到继电保护装置的正确工作,同时,也影响到了变压器、旋转电机的安全,并干扰轨道交通体系的正常通讯。谐波已经成为轨道交通运行的重在威胁。

医疗机构

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随着各式高精密医疗电子设备入驻医院如,电子手术刀、医学影像检测仪器、机械手臂内视镜、呼吸循环仪器等,医生和患者可以通过电子与网络技术第一时间掌握病患的诊断数据、图像与病历,为下一步的治疗打下了坚定的基础!这些医疗仪器在提供百姓优良医疗质量的同时,却也因为仪器高负载特性,造成大量谐波污染,反而影响电网与电源质量。由于谐波所产生的电压与电流波动,对医疗仪器中的电子组件产生干扰,造成设备损坏或误动作,可能导致监控数据误差、断层影像错误、放射剂量失准、仪器过度放电、甚至是电子手术刀起火等攸关人命的危害。医院配电系统也可为国家强制性加装有源滤波器的行业。

电视台剧场

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在电视台、剧场、舞台中,会运用大量的舞台照明设备、舞台机械控制室、空调机房等,这些都是重要的谐波源。并且,这些谐波又反过来影响了舞台照明效果、音响系统等,直接影响到到整场演出的效果。据分析,剧场电视台中存在的谐波主要有3次、5次、7次、9次、11次、13次等奇次谐波,在负载率为40%~50%时(为大剧院、电视台正常演出时常见的负载率),系统中的谐波畸变率达到48%~53%,谐波含量已严重超标,并且中性线电流过大,达到约150A,而此时的相线电流约50A。特别是灯光硅控设备产生的3次谐波电流在中性线上叠加使得中性线电流过大,从而使得中性线电缆消耗增加,发热量增加,存在发生火灾的安全隐患,且易造成系统保护装置误动作,造成不明原因的断电,影响正常工作。

冶金制造

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我国是最早掌握金属铸造、金属热加工工艺的国家。现如今,金属铸造热加工工艺中更是涵盖了多种材质,铁、铝、铅、锡、铜等多种金属,再到各类合金,金属铸造热加工工艺也呈现了翻天覆地的变化,从原来的粗放式的生产模式,升级到了精密生产控制线,产品品质大幅提升的同时,生产的过程也更加的环保。

然而,由于金属热处理加热和保温时用到电阻炉、热处理炉、电弧炉、中频炉等电炉,冷却和流水线则用到变频器水泵、电机等为非线性负载设备,不可避免的带来了谐波,造成诸多不利生产的影响。如,引起电容振荡,使电容补偿器(容量1.1MVar)合闸即跳脱,无法投入使用;影响加热工艺,热处理装置的加热性能达不到预期的效果,加热速度成倍的延长;引起敏感的测量和控制设备多次无故损坏;影响变压器的安全运行,造成很大的供电安全隐患。

智能楼宇

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随着楼宇建设的数字化、智能化,计算机、变频空调、LED电源、升降电梯等设备大规模配备,为智能楼宇引入了新的电能质量问题-谐波,大量的非线性负荷导致电压、电流谐波严重畸变、功率因数低。

纺织行业

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自2008年经济波动后,随着纺织的出口转内销及行业内部自身的调整,纺织品服装生产的自动化、智能化水平的不断提升,大量自动控制设备和电力电子设备被应用于纺织生产线。大量高科技的运行,从纺纱到织布的整个生产流程中用到了大量变频调速装置,导致用电系统出现了越来越多的电能质量问题,谐波,并对生产线造成了很多不利影响:导致生产线锦纶切片、浆纱机、并纱机、自动络筒机、精梳机、清梳联设备、捻机等用到自动控制设备和电力电子设备加热温控失灵,造成产品品质严重下降,给企业造成巨大经济损失;使配电室变压器、母线等电气元器件严重发热,隐患大。

烟草制造行业

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中国是全球最大的烟草消费市场,全球40%以上的烟草制品来自中国。随着自动化技术的发展,烟草制造的繁复步骤,诸如烟草的拣选、熏蒸、除骨、压片、切丝、干冷、加香、卷制、包装等通过采用各种机械设备提升烟草生产的效率与质量,极大的节省了人力物力,然而却带来很多新的电能质量问题—谐波。据了解,一个该烟草每月因谐波问题埋单的损失每月高达几十万。

市政工程

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污水处理厂用电设备主要包括泵类、搅拌器、鼓风机类等负载。风机、泵类一般都要求变频,然而变频器是特别大的一个谐波源,因此会为系统带来特别严重的谐波污染与谐波干扰,影响系统的工作,经常性的烧坏电气元件。同时系统中也有很多电力电子类元器件,如UPS、开关电源等,都是重要的谐波源。因此,为了保障居民的正常用水,污水处理厂一般需要加装有源电力滤波器来治理谐波。

电动汽车充电站作为电动汽车的配套设施,为电动汽车的运行提供能量补给,是电动汽车的重要基础支撑系统。充电站内采用将交流电源转化为直流电源的充电机,为电动汽车的车载蓄电池充电。充电(站)桩采用的充电机是非线性设备-电动汽车充电站内的充电机一般采用桥式可控硅整流装置,整流装置就是重要的谐波源,降低供配电系统的可靠性,并危害其他用电设备的安全运行,因此,电动汽车充电站在设计之初就配有了HDA有源电力滤波器。

汽车生产

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汽车车间(冲压车间、焊装车间、总装车间等)大量使用电焊机、激光焊机和大容量的感性负荷(以电动机为主)等非线性负荷,导致了该车间所有变压器负荷电流都存在严重的谐波电流3次、5次、7次、9次和11次为主,400V低压母线的电压总畸变率达到5%以上,电流总畸变率(THD)达到了40%左右,造成400V低压供配电系统电压总谐波畸变率严重超标,并导致了用电设备和变压器存在严重的谐波功率损耗。同时,生产车间所有变压器负荷电流都存在严重的无功功率需求,部分变压器平均功率因数仅为0.6左右,存在严重的功率损耗问题,并导致变压器输出有功容量严重不足,谐波的干扰使得该汽车现场总线自动化生产系统无法正常工作。

制药企业

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很多的制药厂意识不到,自己的工厂之内存在严重的谐波污染问题。特别是高次谐波,还有少量的三次谐波,严重干扰到工厂的正常生产。制药行业的负载主要是变频器所带的泵类、空压机、搅拌器、风机、离心机、冰机、提纯设备等。泵类负载量大而广,主要有冰水泵、循环水泵、冷冻水泵、深井潜水泵、排污水泵、真空泵等,泵类负载一般属于平方转矩类负载,而深井潜水泵、真空泵相对负载较大。

空压机主要为发酵罐供气。搅拌器类负载也是制药车间比较常见、应用比较多的负载,功率规格较多。离心机类负载为大惯性负载。风机类负载主要是锅炉鼓、引风机。由于制药厂的负载多由变频器拖动,变频器在运行过程中会产生大量高次谐波,而工厂的照明很多时候会用到荧光灯等,荧光灯工频工作时产生大量的三次谐波分量。 

此外,受到谐波影响的行业还包括数据机房、石油化工、钻井开采等多个行业。对此,有源电力滤波器(简称APF)HDA,它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。对于2-50次谐波治理效果明显,谐波补偿后,三相也同时得到补偿,是一个集谐波、无功、不平衡于一身的超级电能质量治理产品。

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