1、帶中性線低壓供電系統(tǒng)的三次諧波及濾波1三次諧波源輸電及配電系統(tǒng)規(guī)定： 在頻率恒定情況下， 電壓和電流均以正弦波波形運(yùn)行。 然而在非 線性負(fù)荷接入系統(tǒng)時(shí)， 產(chǎn)生的附加的諧波電流會引起電流和電壓畸變。 產(chǎn)生三次諧波的非線 性單相負(fù)荷主要有(不考慮暫態(tài)及非正常工作狀態(tài)) ：(1) 熒光燈、節(jié)能燈及其鎮(zhèn)流器； 市場調(diào)查表明，目前國內(nèi)市場絕大多數(shù)的熒光燈電子鎮(zhèn)流器三次諧波電流含量高達(dá)80%90%; 高檔的電子鎮(zhèn)流器三次諧波電流含量分三種標(biāo)準(zhǔn)：L標(biāo)準(zhǔn)：其諧波電流含量V 37%;H標(biāo)準(zhǔn)：其諧波電流含量V 30%;帶燈絲預(yù)熱控制的電子鎮(zhèn)流器其諧波電流含量V 10%。市 場上的商品實(shí)際上達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求; 節(jié)能型

2、電感鎮(zhèn)流器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 THDI V 20%，其中三次諧波電流含量占主要成分。(2) 電弧焊接設(shè)備(電弧的非線性類負(fù)荷)；(3) 計(jì)算機(jī)開關(guān)型電源及顯示器(大型顯示屏幕)；(4) 彩色電視機(jī)及監(jiān)視器，如證券公司、體育場館、商業(yè)中心和新聞中心的電視墻的顯示 幕墻。普通型彩色電視機(jī) THDI 可達(dá) 127%，三次諧波電流含量高達(dá) 90%;(5) 晶閘管調(diào)壓電源(如加熱器、調(diào)光器、電化學(xué)電源等)；(6) 晶閘管調(diào)功電源(如加熱器、電化學(xué)電源等)；(7) 整流電源(如電器的工作電源、充電器、直流傳動及電化學(xué)電源等)；(8) 開關(guān)型穩(wěn)壓電源及 UPS;(9) 變頻器(AC-DC-AC 及 AC-AC 型)。

3、 變頻的家用電器，如空調(diào)、洗衣機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵、微波爐； 工業(yè)及建筑用的調(diào)速電動機(jī)； 中頻電源。2 三次諧波的影響各次諧波在電路中的作用是不相同的， 諧波的疊加與相序有關(guān)。 同一電路中的某些諧波 相互作用時(shí)， 會相互減弱或相互抵消。 但在更多的場合往往相互疊加， 使波形發(fā)生明顯的畸 變。只有3次諧波出現(xiàn)時(shí)；相線與中性線之間的非線性負(fù)荷產(chǎn)生三次諧波電流， 并在中性線進(jìn)行疊加。 由于三次諧 波及其倍數(shù)次諧波呈零序特征， 因此中性線上的三次諧波電流是三相中三次諧波電流的代數(shù) 和，會引起過載風(fēng)險(xiǎn)使所有的諧波電流造成電流和電壓畸變，還形成150Hz 的電磁場，對其周圍的電子控制、保護(hù)及通信設(shè)備和系統(tǒng)產(chǎn)生干擾

4、，主要表現(xiàn)為：( 1 )因?yàn)槿沃C波的零序性， 低壓母線上的三次諧波電壓主要與中性線的三次諧波電流有 關(guān)； 當(dāng)變壓器接法為 Y-Yn0 時(shí)，零序性的三次諧波電流將成為勵磁電流，在此零序勵磁 電抗上產(chǎn)生較大的壓降，即三次諧波電壓，很容易造成低壓母線上的電壓總畸變率超標(biāo)； 當(dāng)變壓器接法為 -Yn0 時(shí)， 10kV 側(cè)的變壓器繞組形成三次諧波電流流通的回路， 該 回路阻抗為變壓器漏抗，遠(yuǎn)較零序勵磁阻抗小，約為 1/20 左右，從而不會在低壓母線產(chǎn)生 很大的三次諧波電壓；(2) 如果低壓三相的三次諧波電流不平衡，則存在正序和負(fù)序的三次諧波分量： 如果配電變壓器為 Y-Yn0 接線，低壓側(cè)正序和負(fù)序的三

5、次諧波電流會在高壓側(cè)繞組 感應(yīng)出三次諧波電壓，對高壓側(cè)產(chǎn)生影響； 如果配電變壓器為 -Yn11 接線， 低壓側(cè)正序和負(fù)序的三次諧波電流在高壓側(cè)繞組感 應(yīng)出的三次諧波電流在 繞組形成環(huán)流， 對高壓側(cè)產(chǎn)生的三次諧波影響要比變壓器為 Y-Yn0 接線時(shí)小，但增加了變壓器高壓繞組的損耗。(3) 由于中性線中三相負(fù)荷不平衡引起的工頻電流和三次諧波電流的疊加有可能大于相電 流，當(dāng)三相的三次諧波平衡時(shí)，由于 Y-Yn0 接線的變壓器鐵芯中零序的三次諧波無通路， 磁通只能經(jīng)鐵心、空氣和外殼等構(gòu)成回路，產(chǎn)生附加損耗和局部過熱；而在A-Ynll接線中，繞組為三次諧波電流提供通路，它所產(chǎn)生的三次諧波磁通將抵 消鐵芯

6、中的原三次諧波磁通，從而使鐵心中的合成磁通基本上呈正弦波，減少了附加損耗， 但諧波電流的存在使K因子 (因諧波發(fā)熱而降低變壓器輸送能力，正常值為1.0)和電流波峰系數(shù)增大，造成供電變壓器的利用率下降或過載；(4) 由于中性線中電流過大， 使配電系統(tǒng)中性線的電纜、 導(dǎo)線出現(xiàn)過負(fù)荷引起絕緣老化加 速，增加了火災(zāi)隱患。主要原因有： 國內(nèi)普遍選取中性線導(dǎo)體的截面積是相線的50； 已運(yùn)行的許多按老標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造的電纜中，中性線導(dǎo)體的截面積是相線的33%; 已運(yùn)行的許多按新標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造的電纜中，中性線導(dǎo)體的截面積是相線的50%; 中性線與相線導(dǎo)體選取相同截面積，無論工程設(shè)計(jì)、材料制造、安裝、投入使用所占的比

7、例都很小。(5) 由于電流和電壓畸變，增加了供電系統(tǒng)中其他設(shè)備和材料的損耗，弓I起附加發(fā)熱、力口 速絕緣老化、減少使用壽命;(6) 由于電流和電壓畸變，增加了供電系統(tǒng)中設(shè)備和材料的振動和噪音；(7) 由于電流和電壓畸變， 使無功補(bǔ)償電容器組由于并聯(lián)諧振而損壞，電動機(jī)等繞組類設(shè)備絕緣擊穿而損壞;(8) 電流和電壓畸變及 150Hz電磁場：引起測量精確度異常，對控制所需要的同步信號 的捕捉與鎖相條件惡化、干擾增加，從而使電子控制、測量、保護(hù)及通信設(shè)備運(yùn)行不正常;(9) 對用UPS供電的廣播電視節(jié)目錄制及播放系統(tǒng)產(chǎn)生附加背景噪聲，并損壞UPS設(shè)備;(10) 使照明光源閃爍而損壞；圖像顯示設(shè)備頻閃，顯

8、示失真；(11) 三次諧波電流對其他設(shè)備和器材的負(fù)面影響要大于其對產(chǎn)生三次諧波電流的諧波源 的影響。3 三次諧波濾波 濾波器與諧波源越近，濾波效果越好，這是減小諧波電流和諧波電壓畸變的最好辦法。尤其適用于非線性負(fù)荷的供電點(diǎn)集中、 又與線性負(fù)荷共由一個(gè)變壓器供電的情況。 如果三次 諧波電流引起的三次諧波電壓畸變及變壓器過載是主要問題，建議在主電源配電柜裝設(shè)濾波器。目前，工程中對帶中性線低壓供電系統(tǒng)降低三次諧波的方式主要有4種：(1) 被動式并聯(lián)型濾波器(可以廣泛使用)；(2) 被動式串聯(lián)型的濾波器 (由于使低壓母線上的諧波電壓升高，不但不能消除非線性負(fù)荷之間的相互干擾， 反而增大了對線性負(fù)荷的干

9、擾； 由于增加了中性線的阻抗， 引起配電系 統(tǒng)接地故障保護(hù)靈敏度下降) ；(3) 帶中性線的有源濾波器； 并聯(lián)型(可以推廣使用)； 串聯(lián)型(目前由于商用產(chǎn)品較少，很少使用)； 并聯(lián)型有源濾波器與被動式濾波器并聯(lián)使用(可以推廣使用)； 串聯(lián)型有源濾波器與被動式濾波器并聯(lián)使用(目前由于商用產(chǎn)品較少，很少使用)； 串聯(lián)型有源濾波器與被動式濾波器串聯(lián)使用(目前由于商用產(chǎn)品較少，很少使用)。(4) 雙 Z 接線的變壓器利用變壓器原、 付邊繞組的曲折接線來消除電源側(cè)諧波對負(fù)荷的影響和負(fù)荷側(cè)諧波對電源側(cè)的影響， 具有消除諧波的功能。 既可以作為供電變壓器也可以作為隔離變壓器， 適用于 三相式負(fù)荷：對單獨(dú)的非

10、線性負(fù)荷單獨(dú)裝設(shè)；對集中的非線性負(fù)荷裝設(shè)（不能消除非線性負(fù)荷之間的相互干擾）。3.1被動式并聯(lián)型濾波器3.1.1 濾波器的構(gòu)成。濾波器由電容器串聯(lián)電抗器構(gòu)成， 諧波濾波器產(chǎn)生基波無功功率， 以達(dá)到目標(biāo)功率因數(shù)。 電抗器的電感值選擇使其對三次諧波形成很低阻抗的串聯(lián)諧振大部分的諧波電流可被濾除。 諧波濾波器通常根據(jù)具體項(xiàng)目的測量結(jié)果采用標(biāo)準(zhǔn)元件組合而成， 這樣可以保障以合理 的投資獲得最佳的無功功率補(bǔ)償和諧波濾波效果。3.1.2 濾波器與供電系統(tǒng)的連接 濾波器一次回路與主配電母線或分配電母線經(jīng)帶斷路器或熔斷器的饋線相并聯(lián)。3.1.3 濾波器的控制方式。（1）與常見的補(bǔ)償電容器組一樣， 它可以由一臺

11、功率因數(shù)調(diào)整器、控制電容器專用接 觸器、投入和切除；（2）可以根據(jù)中性線中的電流，由外部的電流繼電器控制其投入和切除；（3）濾波器與負(fù)荷控制同步。3.1.4 濾波器的保護(hù)方式（1）利用濾波器進(jìn)線前的帶復(fù)式脫扣功能的斷流器；（2）利用濾波器進(jìn)線前的熔斷器；（3）濾波器柜內(nèi)的過電壓、過負(fù)荷繼電保護(hù)；（4）低壓金屬化全膜電容器的內(nèi)附熔絲保護(hù)。3.1.5 確定濾波器所需要的數(shù)據(jù)（1）中性線或相線中的三次諧波電流；（2）濾波器接入點(diǎn)的電壓畸變（相對中性線）；（3）需要的無功補(bǔ)償功率；（4）變壓器的容量（S/kVA）及短路阻抗百分比（Zk%）;（5）安裝地點(diǎn)（主配電柜或分配電柜）。3.2 被動式串聯(lián)型的濾

12、波器3.2.1 濾波器的構(gòu)成 濾波器由電容器并聯(lián)電抗器構(gòu)成，然后串聯(lián)在供電系統(tǒng)的中性線上。 電容器電容與電抗器電感值的選擇：（1）對50Hz工頻形成很低阻抗的串聯(lián)諧振，以利于三相不平衡負(fù)荷引起的負(fù)序工頻 電流在中性線和串接的濾波器中無障礙流通;（2）對 150Hz 三次諧波形成很高阻抗的串聯(lián)諧振，以阻礙單相非線性負(fù)荷產(chǎn)生的電 流源性質(zhì)的三次諧波電流在中性線上流通，其結(jié)果是絕大部分的三次諧波電流被阻斷。3.2.2濾波器與供電系統(tǒng)的連接濾波器一次回路與配電系統(tǒng)的中性線相串連。3.2.3濾波器的控制方式通過旁路開關(guān)和旁路接觸器手動投入或切除。3.2.4濾波器的保護(hù)方式利用綜合的檢測與保護(hù)通過旁路開關(guān)

13、以實(shí)現(xiàn)下列要求1）防止不平衡工頻電流在濾波器兩端引起的過電壓;（2）防止三次諧波電流過載;(3) 供電系統(tǒng)內(nèi)部故障；(4) 濾波器故障。3.2.5 確定濾波器所需要的數(shù)據(jù)(1) 中性線或相線中的三次諧波電流；(2) 中性線中的最大工頻電流；(3) 變壓器的容量(S/kVA)及短路阻抗百分比(Zk%);(4) 配電系統(tǒng)的接線方式；(5) 安裝位置的環(huán)境要求。3.3三相四線式的并聯(lián)型有源濾波器。并聯(lián)型有源濾波器，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)受控的快速反應(yīng)的諧波電流源，與非線性負(fù)荷并聯(lián)， 自動檢測非線性負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流及濾波器與系統(tǒng)連接點(diǎn)的電壓畸變。經(jīng)DSP產(chǎn)生的控制信號控制IGBT高速開關(guān)器件，既將儲能的直流電

14、容器上的直流電壓轉(zhuǎn)換成一系列的方波再經(jīng)過輸出電抗器輸出與負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流大小相等、相位相反的諧波電流， 起到補(bǔ)償 諧波的作用，同時(shí)又控制直流電容器上的充電電壓。其結(jié)果是系統(tǒng)只向負(fù)荷提供基波電流。每一種并聯(lián)型有源濾波器均有三相三線和三相四線可供選擇，帶中性線的設(shè)備必須使用三相四線式，且用戶應(yīng)注意中性線上的電流是1倍、2倍還是3倍的相線電流。4.目前適用的三次諧波濾波方式的對比4.1被動式并聯(lián)型三次濾波器4.1.1 特點(diǎn)(1) 可以補(bǔ)償無功功率(功率因數(shù))(2) 可以降低諧波電流和諧波電壓, 擾，降低對上級電網(wǎng)的影響；(3) 只需考慮無功功率和諧波濾波,，同時(shí)可以濾波；減少非線性負(fù)荷之間及與線性

15、負(fù)荷之間的相互干不受濾波器外部供電系統(tǒng)故障及其他不確定因素的影響，系統(tǒng)接線簡單，運(yùn)行安全可靠；(4) 可以對單個(gè)非線性負(fù)荷、集中非線性負(fù)荷、變壓器總供電系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，安裝位置靈活多樣;(5) 控制方式靈活多樣，投切不影響供電系統(tǒng)的安全性；(6) 濾波器元件的運(yùn)行參數(shù)范圍明確，內(nèi)部故障保護(hù)方式成熟、可靠、簡單，不影響 供電系統(tǒng)正常運(yùn)行；(7) 可以和其他被動式濾波器和有源型濾波器配合使用。4.1.2 適用范圍帶中性線的低壓供電系統(tǒng)的三次諧波濾波和功率因數(shù)補(bǔ)償。4.2被動式串聯(lián)型三次濾波器4.2.1 特點(diǎn)(1) 可以對諧波電流進(jìn)行濾波；(2) 可以降低諧波電流， 降低對上級電網(wǎng)的影響理。理論分析和

16、現(xiàn)場測試均證明串聯(lián)型濾波器增大了低壓母線上的諧波電壓，因此增大了非線性負(fù)荷之間及與線性負(fù)荷之間的相互干擾。同時(shí)由于諧波電流的阻斷和諧波電壓的升高，對于絕大多數(shù)產(chǎn)生三次諧波電流的諧 波電流源性質(zhì)的非線性負(fù)荷，會影響其正常工作；(3) 不但要考慮諧波、濾波， 還要考慮中性線上的不平衡工頻電流受濾波器外部供電系統(tǒng)故障及其他不確定因素的影響，由于增加了中性線的阻抗，引起配電系統(tǒng)接地故障保護(hù)裝置的靈敏度下降，中性線的安全直接涉及到供電系統(tǒng)的安全性。系統(tǒng)接線簡單，但運(yùn)行安全可靠性低，屬于被動式三次諧波濾波器初始的方案；(4) 可以對集中的非線性負(fù)荷、變壓器總的供電系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，安裝位置不靈活；(5) 控制

17、方式不靈活，投切影響供電系統(tǒng)的安全性；(6) 濾波器元件的運(yùn)行參數(shù)范圍由于并聯(lián)振蕩不明確，內(nèi)部故障保護(hù)方式可靠性差， 影響供電系統(tǒng)正常運(yùn)行；(7) 可以和其他被動式濾波器和有源型濾波器配合使用。4.2.2 適用范圍理論和測試數(shù)據(jù)充分證明了其安全可靠性和負(fù)面影響，在工程中慎重考慮其大量使用。4.3三相四線式并聯(lián)型有源濾波器(三相三線式不可使用)4.3.1 特點(diǎn)(1) 自適應(yīng)濾波，同時(shí)補(bǔ)償無功功率(功率因數(shù)) ；(2) 可以降低諧波電流和諧波電壓，減少非線性負(fù)荷之間及與線性負(fù)荷之間的相互干擾，降低對上級電網(wǎng)的影響；(3) 只需考慮無功功率和諧波濾波，不受濾波器外部供電系統(tǒng)參數(shù)的影響，運(yùn)行安全可靠；(4) 可以對單個(gè)非線性負(fù)荷、集中非線性負(fù)荷、變壓器總供電系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，安裝位 置靈活多樣；(5) 控制方式自適應(yīng)，投切不影響供電系統(tǒng)的安全性；(6) 內(nèi)部保護(hù)安全可靠，不因諧波過載而退出運(yùn)行、擴(kuò)展容易；(7) 可以和被動式濾波器配合使用。4.3.2 適用范圍對補(bǔ)償效果要求非常高，而負(fù)荷產(chǎn)生的諧波無論是頻率、幅值還是相位均有較大的隨機(jī)性；低壓供電系統(tǒng)的三次及其他特征、非特征、間諧波濾波和功率因數(shù)補(bǔ)償。與被動式濾波器的配合使用能夠發(fā)揮各自優(yōu)勢，達(dá)到補(bǔ)償效果和經(jīng)濟(jì)性的完美結(jié)合。5結(jié)論根據(jù)對以上處理三次諧波問題的各種方法分析比較，結(jié)論如下：(1