高校諧波源設(shè)備的諧波測(cè)試分析及治理方案

在現(xiàn)代社會(huì)中由于越來越多的非線性負(fù)載設(shè)備接入電網(wǎng)，向電網(wǎng)注入大量的諧波電流，使得公共接入點(diǎn)的電壓畸變，導(dǎo)致電網(wǎng)的電流畸變，電能質(zhì)量惡化。諧波的存在必然會(huì)使變壓器的損耗增加，也會(huì)造成無功補(bǔ)償?shù)碾娙萜髦C振、干擾敏感的電子設(shè)備、引起電動(dòng)機(jī)震動(dòng)和繼電器誤動(dòng)作?，F(xiàn)在諧波造成的危害開始逐漸被人們重視，并且希望通過采取相應(yīng)的措施來治理電網(wǎng)中的諧波[1-2]。

在治理諧波時(shí)，必須確定諧波源的存在以及分析其諧波特性，這是采取正確治理方案的關(guān)鍵。典型的非線性負(fù)載等常見諧波源的特性已經(jīng)為人們所熟悉，并能進(jìn)行針對(duì)性的抑制和治理。但是在高校的實(shí)驗(yàn)樓、教學(xué)樓電網(wǎng)系統(tǒng)中出現(xiàn)的諧波情況比較特殊，例如很多在通常的民用建筑內(nèi)較少遇到的諧波源設(shè)備和大量的敏感設(shè)備需要“干凈”(不能包含諧波)的電網(wǎng)環(huán)境以保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行[3-4]。針對(duì)上述原因，本文通過對(duì)某理工科高校的幾類典型的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備諧波特性進(jìn)行分析，給出諧波治理方案以及相關(guān)的治理諧波的產(chǎn)品,本文采用安科瑞電氣股份有限公司所生產(chǎn)的型號(hào)為ANAPF50-400/B三相四線制有源電力濾波器來治理某高校的諧波負(fù)載。

2 典型的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備諧波特性

某理工科高校實(shí)驗(yàn)室包括自動(dòng)化系的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室、工程物理系的加速器實(shí)驗(yàn)室、生物醫(yī)學(xué)系的核磁共振譜儀實(shí)驗(yàn)室和材料系的燒結(jié)實(shí)驗(yàn)室[5]。下面圖1、圖2、圖3、圖4分別列出了各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的典型諧波波形。根據(jù)這四個(gè)典型的諧波波形可以知道：

一、在嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室中，三相的電流波形為整流電路特征，電容充電過程才有電流，有明顯的畸變。通過FFT可以看出3次、5次和7次諧波的THDi含量都很高。其中3次諧波畸變率78%，5次為49%，7次為28%，總諧波畸變率高達(dá)95.6%，但實(shí)驗(yàn)室消耗的功率較低，最高的B相電流為16A，考慮到建筑的供電變壓器容量較大，系統(tǒng)阻抗較小，所以電壓畸變率較低，并未超過標(biāo)準(zhǔn)限值。另一個(gè)需要注意的現(xiàn)象是中性線電流，當(dāng)僅存在基波電流時(shí)，在中性線上會(huì)流過三相不平衡電流，各相基波電流相互抵消后的數(shù)值肯定小于最大相的單相基波電流。但是3次諧波是零序諧波，導(dǎo)致諧波電流在中性線疊加，以電流畸變率78%為參考，中性線上的電流是相線電流的2倍以上，鑒于進(jìn)線斷路器為三極斷路器，不檢測(cè)中性線電流，即使中性線電流超過導(dǎo)體允許載流量，斷路器也不會(huì)動(dòng)作，這可能造成中性線超溫、絕緣老化，發(fā)生接地故障，導(dǎo)致中斷供電甚至發(fā)生電氣火災(zāi)。

二、在加速器實(shí)驗(yàn)室中，電流 C相的峰值系數(shù)(CF)為4.74。而且半波不對(duì)稱會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)偶次諧波和直流分量。從電流的FFT可以看出3次諧波畸變率59.5%，5次為53%，7次為47.1%，總諧波畸變率高達(dá)99.2%。加速器的諧波含量較大，需要對(duì)其進(jìn)行治理，可采用安科瑞電氣的有源濾波器消除諧波干擾。

三、在核磁共振譜儀實(shí)驗(yàn)室中，從電流波形可以知道設(shè)備僅接在A相，電流波形呈現(xiàn)出磁飽和的非線性特性，通過對(duì)電流波形的FFT分析可以知道包含3次和5次諧波。3次諧波畸變率30.8%，5次為11.4%，7次僅2.7%，總諧波率為33.3%，需要對(duì)諧波進(jìn)行治理。

四、在燒結(jié)爐實(shí)驗(yàn)室中，電網(wǎng)系統(tǒng)中包含偶次諧波和直流分量，從電流的FFT可以知道電流存在5次諧波和少量偶次諧波，3次諧波畸變率7.6%，5次為20.9%，7次僅3.2%，總諧波畸變率為28.1%，系統(tǒng)的總諧波電流13A，但是系統(tǒng)的無功功率較大，導(dǎo)致系統(tǒng)功率因數(shù)為0.33，此時(shí)需要補(bǔ)償無功部分。

圖1 嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室諧波測(cè)試結(jié)果

圖2 加速器實(shí)驗(yàn)室電流諧波

圖3 核磁共振譜儀諧波

圖4 燒結(jié)實(shí)驗(yàn)室諧波

針對(duì)上述高校實(shí)驗(yàn)室的典型諧波特征可以總結(jié)出需要的有源濾波器的產(chǎn)品具有治理諧波、補(bǔ)償無功、調(diào)整三相不平衡的功能。根據(jù)市場(chǎng)上的APF產(chǎn)品，安科瑞電氣股份有限公司所生產(chǎn)的APF產(chǎn)品具有上述三項(xiàng)功能，可以完美的解決上述諧波、無功和三相不平衡的問題。