工业企业有源谐波治理解决方案大学论文Word格式文档下载.docx
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第一章电能质量现状6
1.1电能质量测试6
1.1.1测试数据6
1.1.2测试数据分析8
1.2审计结果分析9
第二章解决方案描述13
2.1设计思路13
2.2项目目标13
2.3安全保证14
2.4系统设计标准依据15
第三章产品组成及综合效益分析16
3.1产品布控图16
3.2产品配置16
3.3投资总额说明16
第四章产品介绍17
第五章有关保修20
第一章电能质量现状
目前，xxx为了实现工业自动化及控制需要，在设备中使用大量变频器等非线性设备，电能质量污染（以谐波为主）已造成变压器继电保护多次误动或拒动；
电容补偿柜无法投入；
干扰精密设备的控制系统误动作，严重危害工厂生产的正常运行。
谐波不仅造成电能质量降低，并增加电能损耗及设备损耗，对电网电压造成严重的波动和闪变，降低生产效率，增加能耗，同时有可能造成产品质量下降。
1.1电能质量测试
1.1.1测试数据
在xxx电气技术人员以及设备操作人员的积极配合下，在12年2月组织了NOBLE工程师对四楼配电房供电系统做了系统全面的线路调查和实际运行参数诊断测量。
Ø
2500KVA变压器低压总线测试数据及图片，电容柜未投入：
测试组别
电流有效值（A）
谐波电流含有率
5次谐波
电流
7次谐波
11次谐波电流
13次谐波电流
17次谐波电流
含有率
电流值（A）
1
1069
34.3%
31.1%
332
13.0%
139
5.1%
54
2.3%
25
2.2%
24
2
1109
35.3%
32.3%
358
12.5%
5.6%
62
2.5%
28
3
1094
35.7%
32.7%
电压电流波形图
1组测试图片
5次谐波电流柱状图7次谐波电流柱状图11次谐波电流柱状图
2组测试图片
1.1.2测试数据分析
通过使用专业的电能质量综合测仪FLUKE仪表对xxx进行测试，图片及及数据显示，配电系统电能质量差，谐波畸变非常严重，各主要次谐波电流值严重超标，具体表现为：
●由数据及分析图显示配电系统电压、电流波形不再是正弦波形，电压波形“毛刺”及“尖波”，电流波形“缺口”且畸变严重，由谐波柱状图显示，系统内谐波以5、7、11、13、17等奇次谐波为主，符合一般变频器6脉冲整流方式而产生（6n±
1）次谐波特性。
●电流谐波含量均达35%左右，KF因数4.5~7.2之间；
配电系统谐波电压畸变率及各主要频次谐波电流值濒临或超过中华人民共和国国家标准－电能质量公用电网谐波（GB/T14549－93）中规定的上限值。
《电能质量公用电网谐波》（GB/T14549-1993）标准见下表：
●由于电力系统中，前端阻抗远小于后端，因此瞬流、谐波电流/电压向上传导并扩散至整个网络，造成整个电力系统污染，变化冲击较大。
通过现场走访了解，电容补偿柜由于谐波影响无法正常投切，现场配电柜存在振动、异响情况，线路发热略高于同等负荷线路；
由技术人员了解到，临近生产设备传感器、控制元件失灵等故障情况时有发生，更会造成继电保护多次误动或拒动；
这些同配电系统电能质量直接相关，迫切需要治理。
需要说明的是，这些问题的存在与整个国家的发展过程与经济现状有着直接的关系，并不是需求侧某一个管理人员或者技术人员的技术水平和管理水平引起的。
1.2审计结果分析
●电压谐波畸变，电流谐波含量高，引起损耗成倍增加，对电力系统造成安全威胁
谐波引起配电系统损耗大大增加
严重的畸变电压及高含量谐波电流，将引起变压器铁损、变压器铜损、传输线路损耗、电机的铁损及铜损、介质损耗（电容器损耗）、及其它杂散损耗，其中变压器铁损最大，因为变压器铁心损耗主要与频率有关，基波损耗时的市电频率为50Hz，电磁场在铁心中每秒交变50次，而xxx中受5、7、11、13次谐波污染为主，电网中5次次谐波，其频率分别为250Hz，电磁场在铁心中每秒交变250次，其铁心损耗大幅度增加，如果电网中含有频次更高的谐波，其损耗会更大。
当绕组导线施加畸变电流时，发生第一次集肤效应；
绕组磁化变压器铁心后，产生了畸变磁场，又施加在绕组上，在绕组导线上发生第二次集肤效应，因此变压器铜损铁损都会相应增加。
K因数（KF）表示由于谐波电流的影响造成的变压器损耗，下面的公式是FLUKE计算K因数的定义：
其中h＝谐波次数，Ih＝以基波百分比表示的谐波电流
谐波附加损耗以基波损耗成倍数增加，当变压器长期受谐波影响，附加损耗以发热、振动形式出现，甚至烧毁。
根据国标GB/T17468-2008变压器相对热老化率V=2^（θh-θc）/θd
其中θh--实际热点温度
θc--额定热点温度
θd--寿命损失加倍率（油变6℃，干变10℃）
即在额定热点温度基础上，每增加6℃（油浸式）或10℃（干式），变压器热寿命减少一半，反之增加一倍。
同理，谐波电流在电网中的流动会在线路上产生有功功率损失，它是电网线损的一部分。
现场来看，谐波电流含量较高，谐波频率也较高，在导线中的集肤效应使得谐波电阻比基波电阻增大，因此谐波引起的附加线损也增大；
同时谐波和间谐波的集肤效应使输电线等效截面积变小，线路损耗增加。
对于采用电缆的输电系统，谐波除了引起附加损耗外，还可能使电压波形出现尖峰，从而加速电缆绝缘的老化，引起浸渍绝缘的局部放电，也使介质损耗增加和温升增高，缩短了电缆的使用寿命。
通常电缆的额定电压越高，谐波对电缆的危害也越大。
电缆的分布电容对谐波电流有放大作用，会使上述危害更为严重。
谐波引起配电系统谐振发生，影响安全运行
电力系统中如果没有电容设备且不考虑输电线路电容，则其谐波阻抗Zsn=Rsn+jXsn
式中Rsn—系统的n次谐波电阻
Xsn--n次谐波电抗
Xsn=nXs
Xs–工频短路电抗
并联电容后，设并联电容器基波电抗为Xc
n次谐波电抗为Xcn，系统的谐波等效电路如图一所示，则系统的n次谐波阻抗值Z′sn为
由上式可以看出，装设电容器后系统的谐波阻抗随系统的谐波频率不同会发生变化，即可以为感性也可以为容性，并且当系统的谐波频率达到某一特定值时，并联电容器可能会与系统发生并联谐振，使等效谐波阻抗达到最大值。
如果谐波源为n次谐波电流İn注入电力系统，İsn为进入电网的谐波电流，İcn为进入电容器的谐波电流，如图二所示：
当Xsn=Xcn时，并联电容器则与系统阻抗发生并联谐振，由于Rsn<
<
Xsn、Rsn<
Xcn，此时İsn、İcn均远大于İn，所以谐波电流被放大。
因，，故谐振点的谐波次数为，即当谐波源中含有次数为的谐波时，将引起谐振。
若谐波源中含有次数接近的谐波，虽不会发生谐振，但也会导致该次谐波被放大。
在工频频率的情况下，这些电容器的容抗比系统的感抗大得多，不会产生谐振。
但对谐波频率而言，系统的感抗大大增加，而容抗大大减少，就可以产生并联谐振或串联谐振，使谐波电流放大。
而且电容器组的容量越大，引起的谐波电流放大作用也越大。
当发生谐振时，引起的过电压和过电流将增大损耗，损坏设备，危害极大，在谐波严重的情况下，还会使电容器鼓肚、击穿或爆炸。
●谐波引起电力电容补偿器故障及工作失常，造成系统功率因数低
在电力系统中，无论是公用还是用户，安装并联电容器都是在提高电压和经济运行水平的极为重要的无功补偿手段。
当电网存在谐波时，投入电容器后其端电压增大，通过电容器的电流增加得更大，使电容器损耗功率增加。
对于膜纸复合介质电容器，虽然允许有谐波时的损耗功率为无谐波时损耗功率的1.38倍;
对于全膜电容器允许有谐波时的损耗功率为无谐波时的1.43倍，但如果谐波含量较高，超出电容器允许条件，就会使电容器过电流和过负荷，损耗功率超过额定值，使电容器异常发热，在电场和温度的作用下绝缘介质会加速老化。
另外，谐波的存在往往使电压呈现尖顶波形，尖顶电压波易在介质中诱发局部放电，且由于电压变化率大，局部放电强度大，对绝缘介质更能起到加速老化的作用，从而缩短电容器的使用寿命。
一般来说，电压每升高10%，电容器的寿命就要缩短1/2左右。
尤其是电容器投入在已经畸变的电网中时，使电网的谐波加剧，即产生谐波扩大现象。
具体谐振分析可以参考上节说明，当发生谐波振时，谐波电流放大达到最大值。
因此，在谐波严重的情况下，还会使电容器鼓肚、击穿或爆炸。
由于现场电容柜无法正常投切，导致系统功率因数较低，其影响如下：
（1）功率因数低导致变压器容量减少，降低变压器、母排、电缆等设备使用率；
（2）功率因数影响电网的无功潮流分布，导致电压降，降低电压质量；
（3）功率因数低增加电力传输过程中的功率损耗；
（4）功率因数低增加用户电费支出
下表为谐波对电力系统中的设备和原件的常见影响
设备、
元件
谐波效应
动作反应
变压器
变压器问题也可能发生在芯损和铜损。
变压器通常只是在50Hz相电流负载下标定。
由于涡流和磁滞的作用，高频谐波电流会增加芯损从而导致在与50Hz相同的电流下产生更多的发热。
3次基波奇数倍谐波，在中线上代数叠加，加大变压器损耗。
变压器可能会被
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