導語：如何才能寫好一篇諧波治理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關鍵詞】電網(wǎng) 諧波 管理 措施

1 諧波的概念

非線性負載是諧波產(chǎn)生的根本因素，電流經(jīng)過負載時，和所加的電壓沒有呈線性關系，形成了非正弦電流，諧波由此產(chǎn)生[1]。諧波屬于正弦波，各個諧波的頻率、幅度和相角均不相同。諧波有偶次性與奇次性之分，編號為3、5、7的是奇次諧波，編號為2、4、6、8的是偶次諧波。通常情況下，偶次諧波所引起的危害遠不如奇次諧波的多與大。在平衡三相系統(tǒng)中，因為對稱關系，偶次諧波基本被消除完，僅剩奇次諧波。

2 諧波產(chǎn)生帶來的的危害

理想中的電壓，其頻率是單一且固定的，電壓幅值是規(guī)定的。但在實際的電壓中，若一用戶設備產(chǎn)生諧波電流，就會對電網(wǎng)造成污染。這種污染不僅會惡化本身設備所處的環(huán)境，還會給附近用戶及公共電網(wǎng)設備也帶來較大的危害，具體主要有以下幾方面的危害。

2.1 降低電網(wǎng)設備的效率

諧波會讓電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生額外的諧波損耗，進而使發(fā)電、輸電、用電設備的效率都大大降低，如電流諧波會使電動機的銅耗大大增加，當有較多的3次諧波流經(jīng)中性線時，線理路會因為太熱而導致火災發(fā)生。

2.2 減少設備的使用壽命

諧波會對電氣設備的正常運行造成一定程度的影響，如諧波會使電機產(chǎn)生額外的損耗，使電機產(chǎn)生噪聲、機械振動等不良現(xiàn)象，此外，還會容易引起電纜、電容器等設備過熱，進而使設備出現(xiàn)老化、壽命縮短等缺陷，甚至使設備損壞。

2.3 增加事故發(fā)生的可能性

諧波極易引起公用電網(wǎng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振與串聯(lián)諧振，進而使諧波放大，最終使電網(wǎng)設備的效率與使用壽命都大大降1諧波的概念

非線性負載是諧波產(chǎn)生的根本因素，電流經(jīng)過負載時，和所加的電壓沒有呈線性關系，形成了非正弦電流，諧波由此產(chǎn)生。諧波屬于正弦波，各個諧波的頻率、幅度和相角均不相同。諧波有偶次性與奇次性之分，編號為3、5、7的是奇次諧波，編號為2、4、6、8的是偶次諧波。通常情況下，偶次諧波所引起的危害遠不如奇次諧波的多與大。在平衡三相系統(tǒng)中，因為對稱關系，偶次諧波基本被消除完，僅剩奇次諧波。

3 諧波產(chǎn)生帶來的的危害

理想中的電壓，其頻率是單一且固定的，電壓幅值是規(guī)定的。但在實際的電壓中，若一用戶設備產(chǎn)生諧波電流，就會對電網(wǎng)造成污染。這種污染不僅會惡化本身設備所處的環(huán)境，還會給附近用戶及公共電網(wǎng)設備也帶來較大的危害，具體主要有以下幾方面的危害。

3.1 降低電網(wǎng)設備的效率

諧波會讓電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生額外的諧波損耗，進而使發(fā)電、輸電、用電設備的效率都大大降低，如電流諧波會使電動機的銅耗大大增加，當有較多的3次諧波流經(jīng)中性線時，線理路會因為太熱而導致火災發(fā)生。

3.2 減少設備的使用壽命

諧波會對電氣設備的正常運行造成一定程度的影響，如諧波會使電機產(chǎn)生額外的損耗，使電機產(chǎn)生噪聲、機械振動等不良現(xiàn)象，此外，還會容易引起電纜、電容器等設備過熱，進而使設備出現(xiàn)老化、壽命縮短等缺陷，甚至使設備損壞。

3.3 增加事故發(fā)生的可能性

諧波極易引起公用電網(wǎng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振與串聯(lián)諧振，進而使諧波放大，最終使電網(wǎng)設備的效率與使用壽命都大大降低，甚至發(fā)生安全事故。

3.4 影響設備的正常使用

諧波會對計算機系統(tǒng)的正常工作造成干擾，進而使電子線路設備的工作狀態(tài)極不穩(wěn)定，嚴重者甚至會導致設備不能正常運行，最終無法正常使用。

3.5 影響測量儀表的準確性

諧波會引發(fā)繼電、自動裝置誤動作，甚至會影響電氣測量儀表的準確性。

此外，由于電力系統(tǒng)中普遍存在諧波電流，因此諧波電流所引發(fā)的電氣設備故障、受電設備故障不斷增多，這些潛在危害極易引發(fā)事故，造成不必要的經(jīng)濟損失，據(jù)相關資料顯示，諧波是當前影響電網(wǎng)正常運行的重要因素，相關部門或單位應引起重視，加強諧波的治理與管理，維護電網(wǎng)的正常運行。

4 諧波當前的治理情況分析

4.1 客戶未能充分認識諧波污染問題

根據(jù)我國在1993年頒布的《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》，接入公共連接點的諧波電流允許值用戶，須進行電力諧波濾波器的安裝，以便對注入公用電網(wǎng)的諧波起到限制作用，此外，相關文件也規(guī)定：電網(wǎng)公共連接點的電壓正弦波畸變率與用戶的注入電網(wǎng)諧波電流均不得大于國家標準的規(guī)定，當用戶的非線性阻抗特性用電設備接入電網(wǎng)所產(chǎn)生的諧波電流與引起公共連接點電壓正弦波畸變超出有關標準時，用戶一定要采取相應措施治理，如若不然，供電企業(yè)有權(quán)利停止對用戶的供電。然而在現(xiàn)實中，許多用戶未能對此形成正確的認識，使諧波治理工作被如認為是供電部門單方面的工作，結(jié)果導致許多用戶端的諧波問題都得不到有效控制，如供電部門要求對客戶端數(shù)據(jù)進行監(jiān)測時，客戶往往不予以支持和配合。

4.2 技術(shù)條件較差

諧波治理工作的專業(yè)性較強，必須有足夠的技術(shù)條件才能對其進行有效的監(jiān)測、分析與治理。但在實際的工作中，在供電部門，特別是許多基層供電單位，專業(yè)人才非常缺乏，結(jié)果嚴重影響了治理工作的順利進行。

4.3 管理機制不完善

雖然我國對諧波治理有規(guī)定的治理依據(jù)―誰污染、誰治理，但在實際的工作中，由于管理機制的不完善，供電部門并不能對所有用戶實施諧波管理，而是僅能對那些有意愿的用戶采取治理措施，結(jié)果使得用戶端的諧波管理非常被動。與此同時，因為諧波治理需要大筆的資金投入，這在一定程度上使諧波治理陷入了一個困境，所以在當前的諧波治理工作中，盡管許多電網(wǎng)用戶存在諧波源，但得到真正治理的用戶卻非常少。

5 做好諧波治理工作的措施

諧波治理工作的系統(tǒng)性較強，需要供電部門、設備制造商、用戶的多方合作才可完成。為了有效完成諧波治理工作，可以采取以下措施來完成。

5.1 管理方面的措施

5.1.1 對諧波管理工作進行常態(tài)化管理

為了有效完成諧波的管理工作，供電部門應該對諧波管理工作進行常態(tài)化管理，如可制定《客戶端諧波管理辦法》，以文件形式確定諧波管理的方式、標準與目標等內(nèi)容，為諧波管理提供制度保障。

5.1.2 制定相應的設備準入制度

隨著市場經(jīng)濟的快速發(fā)展，生產(chǎn)電氣設備的廠家不斷增多，隨之而來的問題是：生產(chǎn)的設備質(zhì)量問題也層出不從。針對這種現(xiàn)象，必須有相應的設備準入制度，以保證電氣設備的質(zhì)量。

5.1.3 與客戶形成良好的合作關系

在諧波治理的過程中，用戶是進行治理工作的基礎，是治理工作得以順利進行的重要條件。因此，必須加大力度向用戶宣傳諧波的危害，取得更多用戶的支持與配合。宣傳的方式有很多，如舉辦講座、走訪用戶等。通過宣傳，讓用戶對電力系統(tǒng)及電能質(zhì)量問題有更深刻的認識，從而有利于與客戶形成良好的合作關系。

5.1.4注重對諧波治理隊伍的建設

諧波的產(chǎn)生極具復雜多樣性，且諧波還具有較強的專業(yè)性與技術(shù)性，所以，必須注重對諧波治理隊伍的建設，成立一支專業(yè)的諧波治理隊伍，對客戶端諧波進行監(jiān)測、分析、治理。若是沒有成立專業(yè)的治理隊伍，也可通過和社會上技術(shù)力量較強的專業(yè)機構(gòu)合作，來完成對諧波的治理。

5.2 技術(shù)方面的措施

5.2.1對整流設備的換流裝置進行改造

在對整流設備的換流裝置進行改造時，可通過多種形式進行，如選擇特色的接線方式、增加換流器的相數(shù)等，以達到消除低次諧波的目的。

5.2.2注重對電容器的技術(shù)管理

電容器有一個特性，即頻率與電容性電抗呈負相關的關系，因此，電容器對供電電壓所產(chǎn)生的諧波分量非常敏感。若是電容器組或者電力系統(tǒng)連接的電抗自然頻率與某個特定的諧波非常接近，此時便會發(fā)生局部諧振，由于電流的不斷增高，所以極易引起電容器過熱，具體可選擇以下設備處理：混合濾波器、有源電力濾波器及諧波抑制電抗器等。

5.2.3采用SVC裝置

SVC裝置是動態(tài)無功補償裝置的簡稱。電弧爐、卷場機、中頻煉鋼爐等電氣設備，其用電負荷穩(wěn)定性較差，變動頻率卻相對較高，這些設備的共同點是：不但極易形成高強度的高次諧波，且很容易導致電業(yè)電壓發(fā)生波動與閃變，嚴重者會導致三相系統(tǒng)出現(xiàn)不平衡的現(xiàn)象，最終對電網(wǎng)的供電質(zhì)量造成嚴重的影響。將SVC裝置和諧波源并聯(lián)，既能很好地減少諧波量，又能有效抑制電壓的波動與閃變，還有效增加了系統(tǒng)阻尼，系統(tǒng)功率因數(shù)也得到了大大的提高，電網(wǎng)質(zhì)量的功能得到了較好的保障。

5.2.4正確選擇電氣設備

交流濾波器裝置可以很好地吸收諧波源產(chǎn)生的諧波電流，并有效降低其電壓，堪稱抑制諧波污染的有效措施。交流濾波器通常是由電抗器、電容器與電阻器等電力設備，依據(jù)一定的技術(shù)標準組合成的，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、維護簡易等優(yōu)點，因而得到了廣泛的應用。

6 小結(jié)

綜上所述，由于電器的廣泛使用，諧波污染問題日益嚴重，對設備本身、周圍用戶及其電網(wǎng)的運行帶來了嚴重的危害。在對諧波概念、危害進行了相關研究后，本文提出了一些治理諧波的措施，以期為諧波的治理與管理提供參考。

參考文獻

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關鍵詞： 諧波；諧波電流；諧波保護器

中圖分類號：TU852 文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2012）05-0051-02

0引言

城市污水廠和給水廠的用電設備中，常常遇到變頻機組，且單機容量較大，這類非線性負載會產(chǎn)生大量諧波電流，并進入配電系統(tǒng)，對系統(tǒng)內(nèi)各種用電設備包括變壓器、電動機、電容器、電纜等均會造成不同程度的危害，因此消除或抑制諧波危害就顯得十分必要。

1諧波的概念、產(chǎn)生及危害

1.1 諧波諧波是頻率為50Hz整倍數(shù)的正弦波電壓或電流諧波頻率的正弦波電壓或電流稱為諧波電壓或諧波電流。

當基波和諧波疊加時，形成形狀怪異的波形，這稱為波形畸變。例如，圖1是基波與5次、7次諧波疊加的結(jié)果，這是工業(yè)場合常見的電流波形。在實際工程中，大多數(shù)諧波為奇次諧波，也就是3、5、7、11、13…。

正常的交流電壓或者電流是正弦波，當電壓波形或電流波形發(fā)生畸變時，就說明其中包含了諧波成分。

1.2 諧波的國家標準①根據(jù)《GB50052-2009供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》在第5條“電壓選擇和電能質(zhì)量”中專門針對電能質(zhì)量和諧波保護提出了要求。②本標準要求采用電能質(zhì)量治理，例如：諧波保護器、有源濾波器等等。③《JGJ16-2008民用電氣設計規(guī)范》也對精密生產(chǎn)企業(yè)的諧波要求提出了明確的要求。④《GB/T14549電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》對諧波的限值標準：治理后注入電網(wǎng)公共連接點的諧波電流分量（方均根值）不應超過表1中規(guī)定的允許值。（在保留現(xiàn)有電容柜的情況下）

1.3 諧波電流的產(chǎn)生產(chǎn)生諧波電流的負載稱為非線性負載，與之對應，不產(chǎn)生諧波電流的負載稱為線性負載。

變頻電機工作時，之所以產(chǎn)生諧波電流，是因為變頻電機輸入端的整流電路的阻抗不是一個定值，其阻抗隨著外加電壓的變化發(fā)生變化，這就導致整流器從電網(wǎng)吸取的電流不是正弦波電流。

理想的電阻、電感和電容都是線性負載。但是實際的電感可能是非線性負載，如帶有鐵芯的電感，其電感量隨著外加電壓而變化。

非線性負載的阻抗隨著施加在其上的電壓變化，這時流過它的電流與施加在它上面的電壓不是線性關系，故稱其為非線性負載。

帶平滑電容的整流器是最常見的非線性負載，它產(chǎn)生的諧波電流與電路結(jié)構(gòu)有關。整流器從電網(wǎng)吸取脈沖電流，每個交流電周期整流出的脈沖數(shù)稱為這個整流器的脈數(shù)。

整流器所產(chǎn)生的諧波的種類與整流器脈數(shù)有關，具體關系如下：

M=P*n±1。式中：M=整流器產(chǎn)生的諧波次數(shù)；P=整流器的脈數(shù)；n取自然數(shù)。

變頻電機的諧波電流是由變頻電機非線性負載輸入電路導致的。不同脈數(shù)的整流器產(chǎn)生的諧波不同，3相6脈的整流器產(chǎn)生的諧波電流以5次、7次、11次、13次為主。

1.4 諧波電流的危害變頻電機產(chǎn)生的諧波電流危害如表2所示。諧波電流導致的故障現(xiàn)象分為兩大類，第一，導致電纜或變壓器過熱；第二，導致電網(wǎng)上的其他設備出現(xiàn)誤動作或性能降低。

2諧波的治理方法

按照諧波產(chǎn)生及危害的領域：可分為電力側(cè)諧波與用戶側(cè)諧波。

①電力側(cè)諧波領域主要研究由于電力傳輸、配電、變壓器等諧波的發(fā)生、傳輸、測量、危害及抑制，其諧波次數(shù)范圍一般為2≤n≤40。

②用戶側(cè)諧波領域主要研究由于工業(yè)、商業(yè)用戶的變頻器、計算機、開關電源等產(chǎn)生的諧波的發(fā)生、傳輸、測量、危害及抑制，其諧波次數(shù)范圍一般為40≤n。電力側(cè)諧波與用戶側(cè)諧波的區(qū)別如表3。

市政工程的諧波特點：①存在數(shù)量較少但單機容量較大的諧波源。②UPS下端的設備分布較為集中。

2.1 電力側(cè)諧波治理―有源諧波保護器有源諧波保護器，針對電力測諧波，可以快速準確地實時跟蹤檢測出諧波，并通過準確的算法，控制IGBT實現(xiàn)對諧波的實時補償。

2.1.1 有源諧波保護器工作原理如圖1，在斷路器合閘后，首先通過預充電電阻對DC母線的電容器充電，這個過程會持續(xù)幾秒鐘，是防止上電后對DC母線電容器的瞬間沖擊。母線電壓Vdc達到額定值后，預充電接觸器閉合。直接電容作為儲能元件，為通過IGBT逆變器和內(nèi)部電抗器向外輸出補償電流提供能量。同時，直流電容器通過電源PCB向內(nèi)部的控制PCB和電子電路提供工作電源。通過外部CT采集電流信號送至控制PCB的諧波分離模塊，該模塊將基波成分分離，將諧波成分送至調(diào)節(jié)和檢測模塊。該模塊會將采集到的系統(tǒng)諧波成分和有源諧波保護器已發(fā)出的補償電流比較，得到差值作為實時補償信號輸出到驅(qū)動電路，觸發(fā)IGBT逆變器將補償諧波電流注入到電網(wǎng)中，實現(xiàn)濾除諧波的功能。

2.1.2 有源諧波保護器的特點①采用先進的DSP+ASIC數(shù)字邏輯方式消除電力側(cè)諧波。②實時檢測電網(wǎng)中由非線性負載產(chǎn)生的電流波形。分離出諧波部分，將其反相，再通過IGBT逆變器的觸發(fā)將反相電流注入到電網(wǎng)中，實現(xiàn)濾除諧波的功能。③可以提供超前或滯后的無功電流，用于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)和實現(xiàn)動態(tài)無功補償。④可同時濾除2次到61次的諧波電流。⑤用戶可自行選擇諧波補償次數(shù)，可以只濾波，或同時濾波和補償無功。⑥100μs內(nèi)響應負荷變化，全部響應時間為10ms（1/2周波）。⑦采用速度高達20KHz的IGBT,可實時消除諧波。⑧通信功能，RS485+以太網(wǎng)通信TCP/IP。⑨過電流限制：采用可靠的限流控制環(huán)節(jié)，當系統(tǒng)中的諧波電流大于諧波保護器的治理能力時，濾波器能在自己的額定容量范圍內(nèi)最大限度的對諧波進行補償，維持正常工作，不會出現(xiàn)過載燒毀等故障。⑩三相四線制中中性線濾波能力為相濾波能力的3倍。{11}具有緩沖啟動控制回路，能夠避免自啟動瞬間過大的投入電流，并限制該電流在額定范圍之內(nèi)。

2.2 用戶側(cè)諧波治理―無源諧波保護器無源諧波保護器正是針對用戶側(cè)高次諧波（2kHz-10MHz）的污染，為用電設備提供諧波保護，改善越來越惡劣的電能質(zhì)量的設備。

2.2.1 無源諧波保護器工作原理無源諧波保護器采用了超微晶合金材料與特別電路，瞬時濾除電源中的尖峰、雜波，修正了因諧波影響而產(chǎn)生畸變的電源波形；對噪聲進行吸收，修正電源波形，使電源波形變得光滑清潔，既提高了電網(wǎng)質(zhì)量，又保證了儀器設備的正常運行。

無源諧波保護器并聯(lián)在電路中，本身不耗電，它采用了超微晶合金材料與特別電路，能自動消除對用電設備具有破壞性的高次諧波，高頻噪聲等，防止計算機、電子設備、PLC等死機，確保用電設備的使用壽命。

2.2.2 無源諧波保護器的特點①應用頻段寬。能吸收各種頻率各種能量的諧波干擾。自動消除對用電設備產(chǎn)生的隨機高次諧波和高頻噪聲等干擾。②高可靠性。并聯(lián)在電路中，導軌安裝，將諧波消除在發(fā)生源。隨時跟蹤電源波形，矯正因諧波影響而產(chǎn)生畸變的電源波形。③保障設備運行。本身不耗電，而且采用諧波保護減少了儀器設備的故障率和機器誤操作，全面克服了由于諧波污染導致用電裝置電能利用效率降低，故障率高的問題，保障了設備的安全運行。④經(jīng)久耐用，安全可靠。采用超微晶合金材料，采用航空鋁材和工程塑料一體的外殼，接線端子進行了專門的耐高溫處理，從而最大限度的保證其安全性和可靠性。

3諧波的治理效果

某項目根據(jù)現(xiàn)場測得數(shù)據(jù)，加裝有源諧波保護器后通過對系統(tǒng)計算機仿真實驗，可得到如圖2結(jié)果。

由圖可明顯看出，系統(tǒng)電流波形在經(jīng)有源濾波器投入后變成光滑的正弦曲線，諧波治理效果明顯。

4總結(jié)

加裝有源濾波器后：①明顯濾除電力系統(tǒng)中諧波分量，使波形變得光滑完整，從而有效的保護了用電設備，延長其使用壽命；②提高電動機的使用效率，達到額定工作功率；③降低電容器被燒毀的風險，減少經(jīng)濟開支；④消除了計算機頻閃、死機現(xiàn)象，并保障了數(shù)據(jù)的傳輸。

參考文獻：

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[3]羅安編著.電網(wǎng)諧波治理和無功補償技術(shù)及裝備.

篇3

關鍵詞：諧波、電子儀表、變頻器

Abstract: referring to the current harmonic contained in frequency for base wave integer times power, generally refers to a nonsinusiodal periodic power to Fourier decomposition, the rest is greater than base wave frequency current to produce power. Harmonic can affect the electrical testing instrument measurement accuracy and instrumentation system have interference.

Keywords: harmonic, electronic instrument, frequency converter

中圖分類號：TN773 文獻標識碼：A 文章編號：

1前言

根據(jù)我院設計的某污水處理廠的業(yè)主反饋意見，在該污水廠試運營期間，污水廠中央控室內(nèi)的控制系統(tǒng)顯示的分析儀表與過程儀表（電子儀表）的數(shù)據(jù)波動很大，出現(xiàn)實測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)相差較大等問題；就這些問題，業(yè)主組織設計院匯同設備供貨商、設備安裝單位等相關人員等到現(xiàn)場實地考察，共同探討解決方案。

本人代表設計院出席會議，并到達污水處理廠實地考察，力求找出上述問題的根源及解決方案。在實際考察過程中，本人發(fā)現(xiàn)該工程的安裝質(zhì)量比較差，沒有按相關的施工規(guī)范要求施工，如電纜溝里的動力電纜與弱電電纜（包括控制電纜、通訊電纜、光纖等）混合一起放置；電氣設備安裝也存在著偷工減料的現(xiàn)象，如當我們一走進低壓配電房，就聽到“嗡嗡嗡”很刺耳的噪聲，這應該是變頻器沒有安裝出線電抗器所引起的；經(jīng)過一系列的考察，本人初步認定，電子儀表的數(shù)據(jù)混亂是由于諧波引起的。

2什么是諧波

從嚴格的意義來講，諧波是指電流中所含有的頻率為基波的整數(shù)倍的電量，一般是指對周期性的非正弦電量進行傅里葉級數(shù)分解，其余大于基波頻率的電流產(chǎn)生的電量。即：根據(jù)傅立葉級數(shù)的原理，周期函數(shù)都可以展開為常數(shù)與一組具有共同周期的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)之和。 其展開式中，常數(shù)表達的部分稱之為直流分量，最小正周期等于原函數(shù)的周期的部分稱之為基波或一次諧波，最小正周期的若干倍等于原函數(shù)的周期的部分稱之為高次諧波。因此高次諧波的頻率必然也等于基波的頻率的若干倍，基波頻率3倍的波稱之為三次諧波，基波頻率5倍的波稱之為五次諧波，以此類推，諧波示意圖如下圖所示。

諧波示意圖

而從廣義上講，由于交流電網(wǎng)有效分量為工頻單一頻率，因此任何與工頻頻率不同的成分都可以稱之為諧波，這時“諧波”這個詞的的意義已經(jīng)變得與原意有些不符。正是因為廣義的諧波概念，才有了“分數(shù)諧波”、“間諧波”、“次諧波”等等說法。產(chǎn)生的原因：由于正弦電壓加壓于非線性負載，基波電流發(fā)生畸變產(chǎn)生諧波。

對于本污水廠，主要非線性負載就是變頻器。

3諧波的產(chǎn)生

在電力系統(tǒng)中，諧波的產(chǎn)生主要來自于3個方面：

3.1發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波：

發(fā)電機由于三相繞組在制作上很難做到絕對對稱，鐵心也很難做到絕對均勻一致和其他一些原因，發(fā)電源多少也會產(chǎn)生一些諧波，但一般來說很少。

3.2輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波：

輸配電系統(tǒng)中主要是電力變壓器產(chǎn)生諧波，由于變壓器鐵心的飽和，磁化曲線的非線性，加上設計變壓器時考慮經(jīng)濟性，其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結(jié)構(gòu)形式、鐵心的飽和程度有關。鐵心的飽和程度越高，變壓器工作點偏離線性越遠，諧波電流也就越大，其中3次諧波電流可達額定電流0.5%。

3.3用電設備產(chǎn)生的諧波：

晶閘管整流設備。晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然在留下部分中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路，在接感性負載時則含有奇次諧波電流，其中3次諧波的含量可達基波的30%；接容性負載時則含有奇次諧波電壓，其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋6脈整流器，變壓器原邊及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流；如果是12脈沖整流器，也還有11次及以上奇次諧波電流。經(jīng)統(tǒng)計表明：由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近40%，這是最大的諧波源。

在污水處理廠設備中，主要的晶閘管整流設備就是變頻裝置。變頻裝置常用于風機與水泵等設備中，由于采用了相位控制，諧波成份很復雜，除含有整數(shù)次諧波外，還含有分數(shù)次諧波，這類裝置的功率一般較大，隨著變頻調(diào)速的發(fā)展，對電網(wǎng)造成的諧波也越來越多。

除了變頻裝置，氣體放電類電光源也是諧波源之一。熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈等屬于氣體放電類電光源。分析與測量這類電光源的伏安特性，可知其非線性十分嚴重，有的還含有負的伏安特性，它們會給電網(wǎng)造成奇次諧波電流。

4諧波的影響

4.1對供配電線路的影響主要有：

4.1.1導致繼電設備的誤動作或拒動。

4.1.2加在中性線電統(tǒng)，降低電網(wǎng)電壓

4.2諧波對電力設備的影響主要有：

4.2.1在電壓發(fā)生畸變的配電網(wǎng)絡中，電容器有可能產(chǎn)生諧波諧振和諧波放大；加速電容器的老化；導致電容器鼓肚、擊穿或爆炸等現(xiàn)象的發(fā)生。

4.2.2變壓器的銅耗、鐵耗及其它的雜散損耗增加，降低變壓器的使用壽命。

4.3諧波對用電設備的影響主要有：

4.3.1降低電動機的效率，增加附加損耗，嚴重時發(fā)生過熱及振動等現(xiàn)象。

4.3.2影響電力檢測儀器的測量準確性。

4.3.3對于低壓開關設備來，可以產(chǎn)生開關設備的誤動作。

4.3.4對弱電系統(tǒng)的干擾。

電力電子設備對供電電壓的諧波畸變很敏感，這種設備常常須靠電壓波形的過零點或其它電壓波形取得同步運行。電壓諧波畸變可導致電壓過零點漂移或改變一個相間電壓高于另一個相間電壓的位置點。這兩點對于不同類型的電力電子電路控制是至關重要的。控制系統(tǒng)對這兩點(電壓過零點與電壓位置點)的判斷錯誤可導致控制系統(tǒng)失控。而電力與通訊線路之間的感性或容性耦合亦可能造成對通訊設備的干擾。

計算機和一些其它電子設備，如可編過程控制器(PLC)，各種分析儀表等，通常要求總諧波電壓畸變率(THD)小于5%，且個別諧波電壓畸變率低于3%，較高的畸變量可導致控制設備誤動作，進而造成生產(chǎn)或運行中斷，導致較大的生產(chǎn)責任事故。

5諧波的治理措施

綜上所述，在本污水處理廠中造成電子儀表數(shù)據(jù)混亂的根源就是諧波，通過分析可知，在污水處理廠內(nèi)雖然有使用氣體放電類電光源的燈（如道路照明用的高壓鈉燈等），但使用量不大，所以產(chǎn)生諧波的主要源頭集中在變頻器中，在污水廠，提升泵，氧化溝，鼓風機，回流污泥泵均要求是變頻控制，而這幾種設備功率占到污水廠使用設備總功率的二分之一左右，所以治理好變頻器的諧波影響就是這一次任務的根源所在。

諧波的治理措施，主要原理是抑制供電系統(tǒng)干擾和輻射干擾，可采取濾波、屏蔽、隔離、接地等技術(shù)手段，針對本污水的情況，本人提出以下幾點措施：

5.1對電子儀表做好抗干擾的措施。

復核各電子儀表的通訊電纜是否采用帶屏蔽的控制電纜，如果是普通的控制電纜，須更換。（本院設計時要求采用帶屏蔽的控制電纜，屏蔽電纜是防止通訊信號受到諧波干擾的常用手段。）

5.2低壓電源無功補償電容柜中增加無源諧波濾波器。

無源濾波器采用LC回路，是傳統(tǒng)的無源諧波抑制裝置，它是濾波電容器、電抗器和電阻器適當組合而成，并聯(lián)于系統(tǒng)中，除了具有濾波作用之外，還有無功補償?shù)淖饔谩C回路的設定，只能針對于某一次諧波，即針對于某一個頻率為低阻抗，使得該頻率流經(jīng)為其設定的LC回路，達到消除（濾除）某一頻率的諧波的目的，此濾波器具有裝置簡單，成本低等優(yōu)點。

5.3變電所內(nèi)，所有的變頻器均要求根據(jù)容量增加相關的進線電抗器與出線電抗器。進線電抗器又稱電源協(xié)調(diào)電抗器，它既能阻止來自電網(wǎng)的干擾，又能減少整流單元產(chǎn)生的諧波電流對電網(wǎng)的污染，特別是當電源容量很大時，更要防止各種過電壓引起的電流沖擊，因為它們對變頻器內(nèi)整流二極管和濾波電容器都是有害的。因此接入進線電抗器，對改善變頻器的運行狀況是有好處的。輸出電抗器是接在變頻器輸出端與負載（電機）之間，能起到抑制變頻器噪聲的作用。

5.4要求對電纜的敷設進行整改，按照施工規(guī)范，電力電纜是不能與弱電電纜（包括控制電纜，通訊電纜等）混合放置，在電纜溝內(nèi)，須分層放置；在金屬橋架里敷設，需在橋架內(nèi)增加金屬隔板，電力電纜與弱電電纜分開放置，并按規(guī)范做好接地措施。

5.5變頻器使用專用接地線，且用粗短線接地，鄰近其他電器設備的地線必須與變頻器配線分開使用短線，這樣能有效地抑制電流諧波對鄰近設備的輻射干擾。

5.6如果上述措施效果不明顯，可以考慮把變頻器與電動機之間的電纜改為穿鋼管敷設或直接換成鎧裝電纜，防止輻射干擾其他設備。

6結(jié)語

污水處理廠的業(yè)主根據(jù)上述的措施，要求相關單位進行整改，取得了良好的效果，電子儀表數(shù)據(jù)混亂的問題得而解決。

通過上述案例，可以清楚地了解到諧波產(chǎn)生的原因，治理原理主要是抑制供電系統(tǒng)干擾和輻射干擾，具體治理措施是采取濾波、屏蔽、隔離、接地等技術(shù)手段，將變頻器產(chǎn)生的諧波控制在最小范圍內(nèi)，從而不影響到廠區(qū)內(nèi)其它電子設備的正常工作，使得整個污水廠的運營和諧有序，節(jié)能環(huán)保，科學高效。

參考文獻

1、《電力系統(tǒng)與諧波》 （美）德拉羅薩 著，趙琰，孫秋野 譯，機械工業(yè)出版社，2009。

2、《諧波治理與無功補償技術(shù)問答》 張選正 等著，化學工業(yè)出版社，2009

篇4

【關鍵詞】電網(wǎng)系統(tǒng)；諧波；抑制和治理

一、諧波的產(chǎn)生

理想的輸電和配電系統(tǒng)是運行在固定頻率的正弦波電壓和電流波形下，然而有大量的非線性負荷如晶閘管、變頻器等，當這些非線性負荷接入電網(wǎng)會產(chǎn)生大量的諧波電流，引起電壓和電流波形畸變，他們將導致電網(wǎng)中的供電品質(zhì)下降。三相非線性設備所產(chǎn)生的諧波階次主要為5次、7次、11次、13次……等，所產(chǎn)生的主要諧波電流以5次、7次、11次為最多。

二、諧波的影響

諧波電流由非線性負荷產(chǎn)生后注入電網(wǎng)，將會在電網(wǎng)等效系統(tǒng)阻抗上產(chǎn)生畸變的諧波電壓，危害如下：1、增加導線或線圈的電力損耗及溫升，加速絕緣劣化；2、影響同饋線所有電氣設備的供電品質(zhì)；3、造成電機抖動，進而影響生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量；4、造成參考位準偏移，使控制設備誤動作；5、干擾訊號傳輸，使傳輸數(shù)據(jù)不準確；6、導致電容器因諧振過電壓而經(jīng)常損壞；8、無法提高功率因數(shù)

三、利用調(diào)諧電抗電容器組可以吸收和抑制諧波

1、補償回路串接調(diào)諧電抗器的原因

在無功補償系統(tǒng)中，由于電網(wǎng)系統(tǒng)以感抗為主，電容器回路以容抗為主。在工頻條件下，并聯(lián)電容器的容抗比系統(tǒng)的感抗大的多，補償電容器對電網(wǎng)發(fā)出無功功率，對電網(wǎng)系統(tǒng)進行無功補償，提高系統(tǒng)功率因數(shù)。但在有諧波背景的系統(tǒng)中，大量的非線性負荷會產(chǎn)生大量的諧波電流注入電網(wǎng)，引起電壓及電流的波形畸變。對諧波頻率而言，電網(wǎng)系統(tǒng)感抗大大增加而補償系統(tǒng)容抗大大減小，其調(diào)諧頻率可能與電網(wǎng)中存在的諧波頻率接近，如果電網(wǎng)中存在該特定頻率的諧波電流源，則該頻率的諧波電流可以被放大到正常的許多倍。導致電壓畸變率和電流畸變更為嚴重。

2、諧波對補償電容器有以下三個方面的影響：

（1）造成電容器過電流

電容器額定電流（I1）及流入電容器的諧波電流（Ih），電容器運行時滿載電流I1=100%，加上外來諧波電流時，若運行電流大于1.3倍額定電流時，電容器將迅速故障。

（2）與系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振

輸電及配電系統(tǒng)設計運行在頻率恒定的正弦波電壓和電流下，當大量的非線性負荷掛網(wǎng)運行時，將在電網(wǎng)產(chǎn)生嚴重的電壓畸變和電流畸變。此時的諧波源相當于一個很大的電流源，其產(chǎn)生的諧波電流加在系統(tǒng)感抗和電容器的容抗之間，形成并聯(lián)回路。當電網(wǎng)系統(tǒng)感抗等于電容器容抗時，將形成并聯(lián)諧振。此時并聯(lián)回路總阻抗等于無窮大，諧波電流流經(jīng)阻抗無限大的回路時，將產(chǎn)生無限大的諧波電壓，無限大的諧波電壓將于電網(wǎng)與電容器間產(chǎn)生大電流，造成電容器迅速故障。

（3）與系統(tǒng)產(chǎn)生串聯(lián)諧振

如果在上一級電網(wǎng)系統(tǒng)存在嚴重諧波源，電壓產(chǎn)生的諧波畸變相當嚴重時。此時諧波源相當于一個很大的電壓源，背景諧波電壓將在變壓器的短路電感和電容器的容抗形成串聯(lián)回路。當串聯(lián)回路總阻抗等于零時，將形成串聯(lián)諧振。此時諧波電壓將在串聯(lián)回路上形成強大的電流直接流經(jīng)補償電容器組，使電容器因過電流而迅速故障，同時增大諧波對電網(wǎng)的影響。

由以上分析可見，如在補償系統(tǒng)中單獨使用電容器進行補償，系統(tǒng)諧波或背景諧波將對補償電容器造成很大影響，如果滿足并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振條件，并聯(lián)電容器組事實上已經(jīng)變成了濾波器，諧波電流將幾乎全部流入電容器組中使其過負荷。這就是我們公司原來采用常規(guī)的電容補償，電容器經(jīng)常損壞的原因。

3、因此，在有諧波背景的系統(tǒng)中時，不可能采用常規(guī)的電容器組來進行無功功率補償，必須采用串聯(lián)調(diào)諧電抗器的補償方案，即電力電容器必須與電抗器串聯(lián)，這樣可以補償基波無功功率又不放大諧波。電容器與電抗器串聯(lián)稱為調(diào)諧電抗電容器組又稱調(diào)諧濾波器。調(diào)諧濾波器的每一段由一臺電容器和一臺電抗器串聯(lián)而成，電容器的電感根據(jù)所需要的補償功率選擇，電抗器電感的選擇要是電抗器電容器形成串聯(lián)諧振電路的諧振頻率，調(diào)諧低于電網(wǎng)相間存在的最低次諧波頻率，通常是5次（250Hz）。低于調(diào)諧濾波器的調(diào)諧頻率，例如基波頻率（50Hz），調(diào)諧濾波器是電容性，即產(chǎn)生無功功率；高于調(diào)諧頻率，調(diào)諧濾波器是電感性，不會放大典型的5次、7次和11次諧波。調(diào)諧濾波器還可以吸收電網(wǎng)中低次諧波的一部分。每一段調(diào)諧濾波器由自動功率因數(shù)控制器根據(jù)無功功率的需要進行投切控制。

調(diào)諧濾波器可以吸收大部分諧波電流，提高功率因數(shù)，減少視在電流，降低變壓器、導線損耗及溫度，增加變壓器使用裕度；減少諧波電流引起的損耗，降低電壓畸變率，改善電能質(zhì)量，降低諧波電壓對設備的干擾，提高電力設備的壽命。

四、補償電容器組串聯(lián)電抗器電抗率的選擇

帶調(diào)諧電抗器的電容器組設計時應為：在基波頻率下顯容性，即電容器起主導，這樣可以進行功率因數(shù)補償；在諧波頻率下顯感性，調(diào)諧電抗器起主導，不存在諧波放大。帶調(diào)諧電抗器的電容器組可以起到諧波濾波器的作用，從電網(wǎng)中吸收部分諧波含量（15%-50%）。其電抗率的選擇可以根據(jù)系統(tǒng)背景諧波含量進行選擇。這樣調(diào)諧電抗器和電容器回路的諧振點計算可以避開系統(tǒng)的特定諧波頻率，使補償電容器組在該次諧波頻率及以上不會產(chǎn)生諧振。

1、如系統(tǒng)背景諧波以第五次諧波為主，應串6%電抗器，諧振點為204HZ（可避免大于第五次諧波250HZ的諧振）

2、如背景諧波以第四次諧波為主，應串7%電抗器，諧振點為189HZ（可避免大于第四次諧波200HZ的諧振）

3、如系統(tǒng)背景諧波以第三次諧波為主，應串12.6%電抗器，諧振點為141HZ（可避免大于第三次諧波150HZ的諧振）

經(jīng)過深入探討，發(fā)現(xiàn)公司的系統(tǒng)諧波以五次及以上為主，因此，我們選擇在電容器前串聯(lián)6%調(diào)諧電抗器，可吸收15-50%的諧波，避免大于第五次諧波250HZ的諧振。同時可抑制系統(tǒng)的開關涌流。保證補償裝置安全、穩(wěn)定、可靠地運行。

因為諧振產(chǎn)生的前提條件是回路中必須同時有電感和電容。在五次諧波（250HZ）頻率下，電抗電容器組顯感性，不會與電網(wǎng)發(fā)生諧振。而在基波頻率下，電抗電容器組顯容性，可進行無功補償。

五、串聯(lián)電抗器后電容器耐壓等級的選擇

在補償電容器前串接電抗器后，因電抗器（VL）與電容器（VC）之相位相差180度，故電抗器所產(chǎn)生之電壓降加之于電容器上，如圖示.同時要考慮諧波電壓的影響.因此電容器組的耐壓等級應按下式考慮：

VC=VS+VL+VH

其中VS為基波電壓；VL為電抗器分壓；VH為諧波電流在電容器上產(chǎn)生的電壓，根據(jù)IEC標準在低壓系統(tǒng)中三、五、七次諧波分別應考慮基波的0.5%、5%、5%。

串聯(lián)電抗器后電容器耐壓限值計算：

本廠系統(tǒng)正常運行電壓400V，串6%電抗器后，考慮電壓波動（5% VS），電容器組的耐壓等級計算如下：

VC=VS+VL+VH=400+400（1+6%）+400*10.5%≈480V

再考慮5%電壓波動，即補償電容器組的耐壓等級為應在480V以上才是安全的。我們在此補償系統(tǒng)中選擇480V三相電容器，可完全滿足電容器的耐壓要求。

六、測試數(shù)據(jù)及分析

我公司13#變壓器所帶負荷主要有盤拉電機、軋機設備等，都裝有變頻器，系統(tǒng)測試有諧波電流產(chǎn)生。無功補償采用電容器串聯(lián)6%電抗器方案。根據(jù)測試數(shù)據(jù)分析：設備產(chǎn)生諧波主要是5次諧波，投入調(diào)諧濾波器后總的諧波電壓畸變率從3.36%降到2.03%，諧波電流205A降到101A，吸收五次諧波電流104即50%。功率因數(shù)從0.65升到0.96。

七、結(jié)論

采用電容器和電抗器串聯(lián)的方式能有效地消除和抑制電網(wǎng)中的諧波電流，提高功率因數(shù)，節(jié)省電費，降低電壓和電流畸變率，改善電能質(zhì)量。

參考文獻

[1]中國電力出版社《電網(wǎng)諧波治理和無功補償技術(shù)及裝備 》

篇5

關鍵詞：諧波，治理，方案，電網(wǎng)

 

利用無功功率補償技術(shù)來挖掘現(xiàn)有電力資源潛力，是一種能夠迅速見效開源節(jié)流的有效辦法。。但隨著科學技術(shù)的不斷進步，一些新型電子設備的應用，在大量消耗無功功率的同時還會產(chǎn)生一定形式的諧波。由于諧波的產(chǎn)生和存在，電力電纜產(chǎn)生集膚效應和鄰近效應造成過熱，低壓無功補償裝置不能正常投切情況也時有發(fā)生。所以正確設計，既能治理諧波問題又能進行無功補償提高電能質(zhì)量的方案勢在必行。。

1. 諧波

1.1 諧波產(chǎn)生的原因：

諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負載所致，當電流經(jīng)負載時與所加的電壓不呈線性關系就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波。

1.2 諧波源：

當無功補償裝置的電力電容器投用時，補償裝置上的電流表所顯示的電流讀數(shù)與投切中的電容器額定電流不成因果關系時，其主要是由于下列設備在電網(wǎng)中的使用造成的：

1．電弧煉鋼爐2. 整流器及整流設備

3．焊機設備4. 電子控制照明裝置（如調(diào)光電子熒光鎮(zhèn)流器）

5．UPS電源系統(tǒng)6.風機或水泵的變頻調(diào)速裝置

7．高層電梯8. TV影視設備、TV影視監(jiān)視設備

9．磁飽和穩(wěn)壓裝置 10.計算機、打印機、復印機、變頻冰箱等。

這些設備產(chǎn)生的諧波已對電網(wǎng)的安全、及其它電氣設備的安全帶來很大的危害，由于諧波原因造成的電力事故和損失是有目共賭的，供電部門和用戶單位已經(jīng)關注如何解決諧波問題，國家還制定了諧波管理的一些相關規(guī)定。

1.3 諧波的含量及危害：

由于諧波的產(chǎn)生將改變電源原由50Hz-60Hz的電壓性質(zhì)，按有關規(guī)定，諧波的含量大于15%為嚴重污染電力網(wǎng)，在這種情況下一般電器都無法正常工作，這就必須采取諧波治理措施；電力網(wǎng)諧波含量在8%-10%為中度污染，這時一般用電設備還可以工作，但對于特殊用電設備就不能正常工作了，如無功補償裝置就是此種情況，我們向電力網(wǎng)投切的一般電力電容器沒有抗諧波功能，如果此時電力網(wǎng)諧波含量在8%-10%以上投入電力電容，那么電力電容將在諧波的作用下發(fā)生諧振，并在電容內(nèi)部產(chǎn)生數(shù)倍于額定電流的諧振電流，于是就會發(fā)生無功補償裝置在運行很短的時間內(nèi)電力電容器就被擊穿而失去電容容量，諧波的干擾也將使無功補償裝置中的小型斷路器(熔斷器)、接觸器、熱繼電器等電器保護元件過熱、失靈、熔焊、誤動作、接地保護裝置功能失常，由于諧波源的存在而且需要無功補償時，普通補償裝置將難以正常工作，這時就必須采取先治理后補償?shù)男路桨浮?/p>

2. 諧波治理補償方案：

2.1 方案一：有源濾波治理補償方案（見圖一）

在產(chǎn)生諧波源與無功補償裝置間裝設濾波裝置。

（ 圖一 ）

采用有源濾波治理補償方案，首先要求分析：

1.負載設備（諧波源設備）注入電網(wǎng)的諧波含量，有針對性的來采取措施。

2.濾波器一般有單相濾波器和三相濾波器，對單相非線性負載產(chǎn)生的諧波可以采用(THF)，三相非線性負載產(chǎn)生的諧波采用PQFA/PQFL動態(tài)濾波器。。

此方案用于產(chǎn)生諧波源的設備功率較小的情況下較為理想，其依靠電力電子裝置在檢測到系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生一組和系統(tǒng)幅值相等，相位相反的諧波向量，這樣可以抵消掉系統(tǒng)諧波，使其成為正諧波，不僅可濾除諧波還可以無功補償。其優(yōu)點是濾除諧波較為干凈。其方案在精密儀器、通訊、國防等重點設備的諧波治理補償效果較好，但其缺點是容量小，制造成本很高，國內(nèi)生產(chǎn)成熟有源濾波裝置的廠家較少，所沒有得到廣泛應用。

2.2 方案二：無源濾波治理補償方案（見圖二）

（ 圖二 ）

無源濾波治理補償方案：由多個單調(diào)諧LC濾波器組成，當需要無功補償?shù)耐瑫r也通過補償控制器(JKG-PX)的TMS芯片處理，指令投切某次調(diào)諧LC濾波回路中的電容器，這樣既可以濾波也可以無功補償。

此方案對產(chǎn)生較大諧波含量的電氣設備使用較好。其通過電感和電容的匹配對某次諧波并聯(lián)低阻（調(diào)諧濾波）狀態(tài)，給某次諧波電流構(gòu)成一個低阻態(tài)通路，這樣諧波電流在一般情況下就不會流入系統(tǒng)。其可根據(jù)奇次波的諧振次數(shù)，做不同回路的濾波補償，其方案在大型冶煉、礦業(yè)以及其他含有較高諧波源的高耗能場合應用較好。但缺點是濾除諧波不夠徹底而且其自身消耗電能較大（見方案二和方案三的節(jié)能對比），此方案不易用于小功率設備的濾波補償。

2.3 方案三：創(chuàng)新式諧波治理補償方案（圖三）

（ 圖三 ）

此方案主要由削峰扼流器和消諧器匹配使用，組成濾波電路，來達到抑制、消除諧波并進行無功補償?shù)姆绞健Ｆ涮赜械募夹g(shù)原理，不需要調(diào)諧振頻率，對每次諧波進行抑制、濾除，并進行無功補償。

此方案對中、輕度諧波污染進行治理補償效果非常好。其優(yōu)點是濾波效果好、安裝空間小，并且非常節(jié)能。應用場合如市政工程（主要諧波源為變頻器），紡織行業(yè)（主要諧波源為變頻器），化工行業(yè)（主要諧波源為變頻器），商場（主要諧波源為整流器），機械冶金制造企業(yè)等（主要諧波源為氬弧焊機及中高頻電爐）。但缺點是不宜在大型冶煉行業(yè)使用。

工作原理：

1.采用削峰技術(shù)：

①阻抗電容器投切時的浪涌電流

②抑制諧振電流

③zx抑制非正?；娏鞣糯?，即避免諧振。

2.采用感抗濾波及差模法，對諧波周角360°的相位角120°（3相*120°）進行抵消。

2.4 節(jié)能對比（方案二與方案三的節(jié)能對比）：

在補償電路中，以系統(tǒng)電壓0.4KV為例，若電力電容投切容量為30kVAR，以每小時計算，方案二的濾波電抗器消耗功率為：

（電抗器使用在0.4kV電路中，一般壓降在3V以上，以最低3V計算）每路每小時消耗的功率為：

P=3×3V×30kVAR ×1/（√3×0.4）×1H=388.8W

方案三的削峰扼流器在同等情況下消耗功率為：

（削峰扼流器使用在0.4kV電路中，一般壓降在0.02V以下，以最高0.02V計算）每路每小時消耗的功率為：

P=3×0.02V×30kVAR ×1/（√3×0.4）×1H =2.6W

經(jīng)過上述對比，可以明顯看出，使用方案三是相當節(jié)能的。

3. 結(jié)束語

諧波是引起電能質(zhì)量問題的最重要因素，要想解決諧波問題又能挖掘電力潛力，就必須設計濾波補償方案；在確定方案前，一定要了解電網(wǎng)以及產(chǎn)生諧波的負載情況，即負載源會產(chǎn)生幾次諧波，諧波污染程度，電流電壓的畸變情況，有針對性的設計方案。只有在長期工作中積累經(jīng)驗，妥善設計，因地制宜地采用最合理的方案，諧波問題才能得到解決，選用正確的諧波治理補償方案，不僅治理了電網(wǎng)的諧波問題，同時也提高了電能質(zhì)量，減少了電費的支出，應用正確的諧波治理補償方案，對提高無功補償質(zhì)量，凈化電網(wǎng)環(huán)境有著重要意義。

篇6

關鍵字：諧波污染；建筑電氣設計；治理措施；應用分析

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

引言

在電力電子技術(shù)不斷發(fā)展的現(xiàn)代社會，無論是工業(yè)生產(chǎn)還是人民生活都離不開電力資源。但是電氣系統(tǒng)中的諧波污染給電力資源最大效益實現(xiàn)和供電質(zhì)量的提高都造成了嚴重的影響。同時，電力系統(tǒng)的運行過程中，如果出現(xiàn)短暫性的障礙，即使是局部的短路問題，諧波污染也會加重并影響電力系統(tǒng)的整體運行。因而，在建筑電氣設計的過程中，如何有效規(guī)避諧波污染的危害，最大程度降低諧波污染的影響已成為電力設計從業(yè)人員的重點研究方向。諧波污染治理的難點在于其發(fā)生的隨機性、不可預測性、不可重復性，尤其是在現(xiàn)代智能建筑中，對諧波污染的有效治療，是各種精密電子設備和裝置使用正常、壽命正常的有力保障。

一、治理諧波的重要意義

諧波現(xiàn)象早就存在，而對諧波治理的研究和工程實施主要集中在功率較大的工業(yè)設備。隨著樓宇自動化進程的不斷發(fā)展，形式多樣的非線性負載，如計算機、熒光燈等非線性設備在辦公樓宇等民用建筑中得到了廣泛應用，這些非線性設備產(chǎn)生了大量的諧波，正日益成為低壓配電系統(tǒng)主要的諧波源，非線性負載產(chǎn)生的諧波電流如果不加抑制直接注入系統(tǒng)，必然引起電網(wǎng)波形畸變，導致變壓器發(fā)熱，增加電網(wǎng)網(wǎng)損，造成電能浪費，給電網(wǎng)安全運行帶來影響。因此，就諧波治理方法在建筑電氣設計中的應用進行探討具有重要的意義。

二、諧波污染的主要來源

諧波的來源大致可分三類，一類是公用電網(wǎng)和電力設備本身可看作恒定的諧波源，一類是變壓器非線性負荷形成的諧波源，一類是電器中數(shù)量較多的勵磁電流構(gòu)成的高次諧波。

1、公用電網(wǎng)和電力設備本身可看作的恒定諧波源

一般認為，公用電網(wǎng)本身具有一定的諧波含量；而隨著各種高新技術(shù)在電力系統(tǒng)中的廣泛使用，這些電氣設備的結(jié)構(gòu)特性和工作方式?jīng)Q定了其本身也會產(chǎn)生固定的諧波含量。公用電網(wǎng)向各配電系統(tǒng)輸電的同時，會將本身的諧波含量通過配電系統(tǒng)進行傳輸。所以，這些可以看作恒定諧波源的網(wǎng)路與設備產(chǎn)生的諧波進入整個電力系統(tǒng)的時候，系統(tǒng)內(nèi)會產(chǎn)生諧波壓降，諧波壓降又會進一步使系統(tǒng)中的電壓發(fā)生畸變，影響系統(tǒng)的正常運行。

2、變壓器非線性負荷形成的諧波源

變壓器中的諧波主要來自于磁路的非線性電感。變壓器中的勵磁電流中有非正弦波，包括一些尖頂波、平頂波，而這些波形中的奇次諧波有不同程度的存在。在實際應用中，變壓器中的諧波含量通常是比較低的，當然，這要求變壓器處于正常的工作狀態(tài)；一旦出現(xiàn)額定電壓空載或輕載狀態(tài)時，變壓器中的勵磁電流降低，諧波含量升高。

3、低壓電器中數(shù)量較多的勵磁電流構(gòu)成的高次諧波

現(xiàn)代建筑中使用的電器設備一般都自帶小容量的變壓器和整流裝置，而電器的電源供給來源于低壓電網(wǎng)，不同的電器設備的勵磁電流通過數(shù)量的積累，形成高次諧波，對建筑電氣系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響。

三、建筑配電系統(tǒng)諧波的重要危害

在現(xiàn)代建筑配電系統(tǒng)中，諧波有兩種產(chǎn)生渠道。首先，公用電網(wǎng)自身就存在著不成程度的配電變壓器以及諧波含量作為諧波源的諧波，從公用電網(wǎng)轉(zhuǎn)而輸至配電系統(tǒng)當中；其次，大量的非線性負荷也能夠產(chǎn)生諧波源，舉例來說開關電源、計算機系統(tǒng)以及電子式熒光整流器等等，都會致使配電系統(tǒng)的電流、電壓發(fā)生異常突變，從而導致諧波的產(chǎn)生?？梢哉f消極的諧波環(huán)境必然會對建筑中的用電設備產(chǎn)生嚴重的危害，我們可以將這種危害總結(jié)為以下幾個方面：

當前的智能建筑中往往線纜較多，微電子裝備十分復雜，系統(tǒng)設備數(shù)不勝數(shù)，并且與之相適應的防護能力不足，高次諧波會導致智能電氣系統(tǒng)設備產(chǎn)生錯碼、誤碼以及誤動作，致使信號系統(tǒng)產(chǎn)生一定的噪音，受到不同程度的污染，嚴重的還會影響電氣設備的正常使用。再加之低電壓信號在電氣化設備中的大量運用，進一步提高了比特錯誤率，在達到一定程度后會致使網(wǎng)絡徹底崩潰。

因為設備本身產(chǎn)生的接地電流在設備和真實地間會出現(xiàn)一個電壓降，所以會致使電腦癱瘓；在中性線上，高次諧波會出現(xiàn)疊加的情況，中性線電流可以隨意地在建筑物金屬結(jié)構(gòu)上活動，因此產(chǎn)生了不受控制的磁場，表現(xiàn)為計算機屏幕的頻閃；因為短路、開關和負載變化，會引起短時的電壓變化，致使燈光頻閃，嚴重的頻閃對于人的視覺器官會產(chǎn)生傷害，威脅人體健康。過度的諧波畸變會造成在一個正弦周波內(nèi)的額外過零點，對于測試設備會產(chǎn)生負面影響，更會影響程序控制裝置的同步，最后表現(xiàn)為控制裝置的死機。

斷路器遮斷能力出現(xiàn)降低情況，往往是由配電回路的高含量諧波電流導致，這主要是由于畸變電流過零點的過程中，伴隨著時間的推移電弧電流要比工頻正弦電流大，電弧電壓會更快速地得到恢復，導致電弧的易燃，直接結(jié)果就是在需要跳閘的時候不跳閘，或者是誤跳閘。剩余電流甚至會達到啟動剩余電流保護系統(tǒng)的設定參數(shù)。

在諧波電壓的效應下，電容器必然會出現(xiàn)額外的功率損耗，會促進絕緣介質(zhì)快速老化。更要引起注意的是，大量的諧波電流在很大程度上會造成各個系統(tǒng)元件與電容器之間的串聯(lián)諧振或者是并聯(lián)諧振，致使電容器由于超負荷而出現(xiàn)損壞；使與電容器連接的配電回路中的所有設備、線路由于電壓的超壓、閃變以及過負荷而出現(xiàn)故障。

從配電線路以及電力電纜角度而言，諧波電流頻率的持續(xù)增長，會引發(fā)較為顯著的集膚效應，線損加大、導線電阻加大，發(fā)熱增多，絕緣過早老化，會引發(fā)接地短路出現(xiàn)故障，埋下了不能控制的火災隱患。在當前的智能建筑中，廣泛地運用電子節(jié)能氣體光源照明以及高度集中使用電子計算機，均會導致中性線由于溫度過高而變質(zhì)甚至燒毀，最終釀成不可挽回的火災。

電壓諧波會致使感應電動機的額外損耗。高次諧波導致的扭矩脈動在軸承處與聯(lián)軸器會產(chǎn)生裂紋與磨損。因為電機速度通常較為固定，諧波中包含的能量就采用額外的熱量形式不斷地散發(fā)，直接導致了設備的過早老化。

對于電力電纜和配電線路，諧波電流頻率增高會引起明顯的集膚效應，導線電阻增大，線損加大，發(fā)熱增加，絕緣過早老化，容易發(fā)生接地短路故障，形成潛在的火災隱患。在智能建筑中大量集中使用電子計算機和大面積采用電子節(jié)能氣體光源照明的場合，中性線電流甚至達到相線電流的2倍，致使中性線過熱、燒毀，甚至導致火災。

四、產(chǎn)生諧波的行業(yè)與設備

民用用戶。產(chǎn)生諧波的設備通常包括開關電源、UPS、變頻器、照明設備以及醫(yī)療設備等等。這些諧波源個體本身并不會產(chǎn)生大量的諧波量，然而由于諧波量較大、頻譜范圍也廣，在高度密集的情況下產(chǎn)生的諧波量則不可忽視。在廣電大樓、雁行大廈以及通信樞紐樓等建筑中諧波廣泛存在。除此之外還有電氣化鐵路、機場、地鐵以及港口等行業(yè)中，也會產(chǎn)生大量的諧波。

工業(yè)用戶。產(chǎn)生諧波的設備包括中、高頻爐、電弧爐、變頻控制的設備以及直流電機控制的生產(chǎn)設備等等。主要關系到冶金、化工、鋼鐵制造、煤炭、建筑材料以及汽車行業(yè)等等。

五、建筑電氣設計人員治理諧波問題的措施

電氣設計人員為建筑用戶解決電力系統(tǒng)諧波問題，可以使用借助于提高供電量、變換變壓器等方式，減少電力系統(tǒng)中諧波的出現(xiàn)頻率，也可以采用濾波器對系統(tǒng)的諧波進行過濾檢測，同時，還能夠借助諧波保護器降低諧波對于電力系統(tǒng)的危害程度，最終實現(xiàn)對于諧波的有效治理。本文下面就具體地對這些治理措施加以分析：

1、濾波器檢測過濾諧波

有源濾波器。這種濾波器反應迅速，可以控制在與非線性的負荷進行并聯(lián)時，可以有效地檢測系統(tǒng)中由非線性負荷誘發(fā)的電流諧波，以實現(xiàn)對于諧波的有效過濾。電氣設計人員在采用有源濾波器，對諧波進行治理時，應當為濾波器選擇合適的安裝地點，盡量使其靠近諧波源，以提升濾波的效果，使諧波畸變等問題受到抑制。

無源濾波器。與有源濾波器相比，無源濾波器在諧波的治理中屬于一項較為傳統(tǒng)的方法，它是以串聯(lián)在一起的電容器和電抗器構(gòu)成，可以實現(xiàn)對于某一特定的諧波成分的有效檢測與過濾。若要對系統(tǒng)中不同的諧波進行過濾，就需要采用相對應的濾波器。無源濾波器容易在過載狀態(tài)下出現(xiàn)燒損問題，且無法收到控制，其效果遠不如有源濾波器。

混合濾波器。此種濾波器是對有源濾波器以及無源濾波器的混合應用，其中，有源濾波器是由直流電容、濾波電感、IGBT構(gòu)成，無源濾波器是由單調(diào)的濾波器（3次、5次、7次、9次）與高通濾波器組成。有源濾波器會從直流電容中獲取穩(wěn)定直流電壓，并由濾波電感將自身的開關諧波降低，最終與無源濾波器一起，實現(xiàn)對于諧波的有效控制。此種濾波器治理諧波，適用于用電可靠程度的要求較高，且諧波污染的控制標準明確的場所，能夠有效地實現(xiàn)對于有源濾波器及無源濾波器二者優(yōu)勢的應用。

2、采用諧波保護器

采用磁性方法治理諧波比有源濾波器成本更低。諧波保護器從任何一種諧波對電路系統(tǒng)帶來危害的本質(zhì)上著手解決問題，即采用磁場吸收諧波能量的方法，具有很高的可靠性與使用壽命。此類產(chǎn)品如諧波保護器（HPD），采用了超微晶合金材料與創(chuàng)新科技的特別電路，能吸收各種頻率各種能量的諧波干擾，將諧波消除在發(fā)生源，自動消除對用電設備產(chǎn)生的隨機高次諧波和高頻噪聲、脈沖尖峰、電涌等干擾。HPD并聯(lián)在電路中使用，本身并不耗電。

3、電力系統(tǒng)的濾波保護

建筑電氣設計人員在應對已經(jīng)出現(xiàn)的諧波時，還可以采用濾波保護器來降低諧波對于電力系統(tǒng)與設備的不良影響，進而使建筑中的線路、設備在諧波狀態(tài)下安全運行。諧波保護器治理電力系統(tǒng)的諧波問題，是以各種諧波危害系統(tǒng)的本質(zhì)為基礎，選擇合適的磁場方式，對諧波能量進行吸收，以消除諧波，進而實現(xiàn)對于線路與設備的有效保護。此種諧波治理方式需要耗費的成本較低，且具有較長的使用壽命，其使用穩(wěn)定可靠，與其他諧波治理方式相比，具有極其顯著的優(yōu)勢。具體來講，HPD諧波保護器是以超微晶的合金材料，及高科技的特殊電路作為其自身結(jié)構(gòu)，來吸收各種能量的干擾諧波，并在發(fā)生源頭，將高次諧波、電涌、高頻噪聲等徹底地消除，以避免系統(tǒng)中的設備受到損害。而且，HPD應用于諧波的治理，其自身并不需要消耗電量，可以有效地節(jié)省治理費用。

4、減少諧波出現(xiàn)的措施

提高供電量。電氣設計人員采用加大供電量的方式，抑制諧波的出現(xiàn)，是最為原始的治理方法，比如，設計人員將電纜的橫截面加大，就會使趨膚效應的出現(xiàn)受到影響，進而避免諧波的出現(xiàn)，或者設計人員將發(fā)電機、電容器的容量提升，以相對地降低諧波對于系統(tǒng)的危害等。但是，此種方法不能夠徹底地抑制諧波的出現(xiàn)，只能是降低諧波出現(xiàn)的頻率，而且，它還會產(chǎn)生較高的電力投資，使用戶的電力使用成本加大，并非一種良性的治理措施。如果設計人員必須使用這種方法抑制諧波，就應當結(jié)合非線性負載的具體狀況，為供電系統(tǒng)設計合理的增容裕度。

變換變壓器。某些特殊的變壓器之間進行相互變換，可以使次諧波受到有效的抑制，比如，/YnO的變壓器使用方式，可以實現(xiàn)對于3次及3n次諧波的阻隔，使諧波注入電網(wǎng)的途徑被切斷。這種方法較為簡單，可以實現(xiàn)對于某些典型諧波的有效治理，但是，它需要極高的一次性投資，且適用于特殊的場合，比如，/YnO變壓器就適用于單相的非線性負載的環(huán)境中的諧波抑制。設計人員采用此種方法治理諧波，必須充分考慮系統(tǒng)非線性負載的狀況。

結(jié)束語

在實際工作中，由于諧波具有多發(fā)性、隨機性和不可重復性，導致智能建筑中的各種電氣設備性能下降、無法工作的現(xiàn)象時有發(fā)生，因此，為保證現(xiàn)代智能建筑中各種不同類型設備和計算機及精密電子裝置正常、可靠、高效地運行，必須要采取相應措施，確保用電設備的使用壽命，從以上分析可知，筆者覺得根據(jù)建筑物中產(chǎn)生諧波種類綜合選擇諧波治理的的方法，混合濾波器是現(xiàn)階段能快速、有效地跟蹤諧波變化，抑制諧波，是最有成效的一種措施。

參考文獻

[1]齊立芬，姚寧.電力系統(tǒng)中諧波的產(chǎn)生、危害和抑制方法分析[J].煤炭工程，2010，(02)

篇7

關鍵詞：建筑電氣；諧波；來源；危害；措施

1 諧波問題的來源與危害建筑電氣的表現(xiàn)

1.1諧波來源

電力系統(tǒng)運行過程中，周期性的電量超出電流中基波頻率的整數(shù)倍，而脫離正弦波的狀況被稱為諧波問題，正弦波是指正常的供電環(huán)境下，電流與電壓理論上應當具有的健康狀態(tài)。諧波問題一旦出現(xiàn)，勢必會對電力系統(tǒng)造成程度不同的危害，惡劣的諧波甚至于會直接破壞電力系統(tǒng)以及各項用電設備，使系統(tǒng)陷入到崩潰狀態(tài)，因此，建筑電氣的設計人員必須要以諧波的來源為切入點，采取有效措施對其進行治理，以使其得到有效抑制。

而就諧波的具體成因來講，它的來源主要有兩個，即：①公用的電網(wǎng)系統(tǒng)本身便帶有一定含量的諧波，而且，其電網(wǎng)中的配變電變壓器也會作為諧波源，產(chǎn)生諧波并將其通過公用電網(wǎng)側(cè)傳輸給其他的配電系統(tǒng)；②電力系統(tǒng)中應用的計算機系統(tǒng)、電子熒光整流器、可控開關電源等設備，會在系統(tǒng)運行的過程中，產(chǎn)生諸多非線性的負荷，使得系統(tǒng)中的電流與電壓出現(xiàn)畸變問題，進而成為諧波的源頭，不斷地制造諧波。

1.2 諧波危害

公用電網(wǎng)中諧波的出現(xiàn)，會使發(fā)電以及輸電系統(tǒng)工作效率大幅度降低，影響用電設備的正常使用，使設備出現(xiàn)噪音、振動等問題，并誘發(fā)串聯(lián)與并聯(lián)的諧振，影響電力系統(tǒng)周圍的通信系統(tǒng)，使通信質(zhì)量嚴重降低。而且，諧波電流大量集中地穿越中線，還會使電路或者變壓器的溫度瞬間提升，為火災的發(fā)生埋下隱患，諧波問題顯然具有極大的危害。本文下面就以建筑電氣為例，具體地分析一下該問題危害電氣的具體表現(xiàn)：

1.2.1 當前時期，建筑的電氣設計逐步趨于智能化，建筑中的線纜密集、設備繁多，而且，微電子裝備極其復雜，缺乏對于外部不良影響的有效抵制，高次的諧波一旦出現(xiàn)，就會使系統(tǒng)設備數(shù)據(jù)碼出現(xiàn)錯誤、丟失、污染等問題，進而影響到建筑中的通信質(zhì)量，甚至于會使通信系統(tǒng)在低壓信號應用不斷增加的狀況下，造成整個電力網(wǎng)絡的癱瘓。而且，高次諧波的出現(xiàn)，會誘發(fā)電機扭矩的脈動問題，進而使其軸承與聯(lián)軸器部位出現(xiàn)磨損及裂紋，造成電動機設備應用壽命的縮短，破壞建筑電氣應用的穩(wěn)定性。

1.2.2 電壓諧波的出現(xiàn)，會使電容器出現(xiàn)額外的功率耗損，造成電容器絕緣介質(zhì)的過早老化，而大量的諧波電流的出現(xiàn)，則會使電容器與系統(tǒng)中其他元件出現(xiàn)并聯(lián)或串聯(lián)的諧振反應，使電容器的運行陷入超載狀態(tài)。這樣一來，與電容器相連接的所有配電回路中的線路、設備，均會在超壓、閃變以及負荷過度等問題的影響下出現(xiàn)局部或大范圍的損壞。配電回路中出現(xiàn)過多的諧波電流，還會使系統(tǒng)中斷路器的電弧出現(xiàn)重燃現(xiàn)象，從而造成跳閘錯誤或根本不跳的問題，進而降低斷路器的遮斷能力，使電力系統(tǒng)陷入危險狀態(tài)。

1.2.3 建筑中電氣諧波問題出現(xiàn)，還會使系統(tǒng)在負載變動或短路的狀況下，呈現(xiàn)出短時間的電壓變化，進而造成燈光的頻繁閃動，既能夠破壞燈具設備的正常壽命，也會造成人體的不舒服。而且，中性線上一旦疊加過多的高次諧波，其電流就會隨意地在金屬結(jié)構(gòu)物上面流動，使線路周圍的磁場失控，進而造成計算機的頻幕閃爍，損壞計算機內(nèi)部設備。

2 建筑電氣設計人員治理諧波問題的措施

電氣設計人員為建筑用戶解決電力系統(tǒng)諧波問題，可以使用借助于提高供電量、變換變壓器等方式，減少電力系統(tǒng)中諧波的出現(xiàn)頻率，也可以采用濾波器對系統(tǒng)的諧波進行過濾檢測，同時，還能夠借助諧波保護器降低諧波對于電力系統(tǒng)的危害程度，最終實現(xiàn)對于諧波的有效治理。本文下面就具體地對這些治理措施加以分析：

2.1減少諧波出現(xiàn)的措施

2.1.1 提高供電量。電氣設計人員采用加大供電量的方式，抑制諧波的出現(xiàn)，是最為原始的治理方法，比如，設計人員將電纜的橫截面加大，就會使趨膚效應的出現(xiàn)受到影響，進而避免諧波的出現(xiàn)，或者設計人員將發(fā)電機、電容器的容量提升，以相對地降低諧波對于系統(tǒng)的危害等。但是，此種方法不能夠徹底地抑制諧波的出現(xiàn)，只能是降低諧波出現(xiàn)的頻率，而且，它還會產(chǎn)生較高的電力投資，使用戶的電力使用成本加大，并非一種良性的治理措施。如果設計人員必須使用這種方法抑制諧波，就應當結(jié)合非線性負載的具體狀況，為供電系統(tǒng)設計合理的增容裕度。

2.1.2 變換變壓器。某些特殊的變壓器之間進行相互變換，可以使次諧波受到有效的抑制，比如，/YnO的變壓器使用方式，可以實現(xiàn)對于3次及3n次諧波的阻隔，使諧波注入電網(wǎng)的途徑被切斷。這種方法較為簡單，可以實現(xiàn)對于某些典型諧波的有效治理，但是，它需要極高的一次性投資，且適用于特殊的場合，比如，/YnO變壓器就適用于單相的非線性負載的環(huán)境中的諧波抑制。設計人員采用此種方法治理諧波，必須充分考慮系統(tǒng)非線性負載的狀況。

2.2濾波器檢測過濾諧波

2.2.1 有源濾波器。這種濾波器反應迅速，可以控制在與非線性的負荷進行并聯(lián)時，可以有效地檢測系統(tǒng)中由非線性負荷誘發(fā)的電流諧波，以實現(xiàn)對于諧波的有效過濾。電氣設計人員在采用有源濾波器，對諧波進行治理時，應當為濾波器選擇合適的安裝地點，盡量使其靠近諧波源，以提升濾波的效果，使諧波畸變等問題受到抑制。

2.2.2 無源濾波器。與有源濾波器相比，無源濾波器在諧波的治理中屬于一項較為傳統(tǒng)的方法，它是以串聯(lián)在一起的電容器和電抗器構(gòu)成，可以實現(xiàn)對于某一特定的諧波成分的有效檢測與過濾。若要對系統(tǒng)中不同的諧波進行過濾，就需要采用相對應的濾波器。無源濾波器容易在過載狀態(tài)下出現(xiàn)燒損問題，且無法收到控制，其效果遠不如有源濾波器。

2.2.3 混合濾波器。此種濾波器是對有源濾波器以及無源濾波器的混合應用，其中，有源濾波器是由直流電容、濾波電感、IGBT構(gòu)成，無源濾波器是由單調(diào)的濾波器（3次、5次、7次、9次）與高通濾波器組成。有源濾波器會從直流電容中獲取穩(wěn)定直流電壓，并由濾波電感將自身的開關諧波降低，最終與無源濾波器一起，實現(xiàn)對于諧波的有效控制。此種濾波器治理諧波，適用于用電可靠程度的要求較高，且諧波污染的控制標準明確的場所，能夠有效地實現(xiàn)對于有源濾波器及無源濾波器二者優(yōu)勢的應用。

2.3 電力系統(tǒng)的濾波保護

建筑電氣設計人員在應對已經(jīng)出現(xiàn)的諧波時，還可以采用濾波保護器來降低諧波對于電力系統(tǒng)與設備的不良影響，進而使建筑中的線路、設備在諧波狀態(tài)下安全運行。諧波保護器治理電力系統(tǒng)的諧波問題，是以各種諧波危害系統(tǒng)的本質(zhì)為基礎，選擇合適的磁場方式，對諧波能量進行吸收，以消除諧波，進而實現(xiàn)對于線路與設備的有效保護。此種諧波治理方式需要耗費的成本較低，且具有較長的使用壽命，其使用穩(wěn)定可靠，與其他諧波治理方式相比，具有極其顯著的優(yōu)勢。具體來講，HPD諧波保護器是以超微晶的合金材料，及高科技的特殊電路作為其自身結(jié)構(gòu)，來吸收各種能量的干擾諧波，并在發(fā)生源頭，將高次諧波、電涌、高頻噪聲等徹底地消除，以避免系統(tǒng)中的設備受到損害。而且，HPD應用于諧波的治理，其自身并不需要消耗電量，可以有效地節(jié)省治理費用。

3 結(jié)束語

當前時期，諧波問題已經(jīng)成為了破壞電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠運行的關鍵因素，嚴重地影響著建筑電力用戶對于電力的正常使用，因此，建筑電氣設計的工作人員，目前必須加大對于諧波問題的研究力度，并且采取有效的措施，對此問題加以解決，以維護建筑用戶的電力使用效益。

參考文獻：

篇8

關鍵詞：煤礦 電網(wǎng) 諧波

在煤礦的供電系統(tǒng)中，諧波對電網(wǎng)的危害十分明顯，諧波會產(chǎn)生額外線損，降低傳輸效率，會使電氣設備損耗增加，產(chǎn)生過熱，破壞絕緣，縮短電氣設備壽命，甚至可能損壞電氣設備；諧波發(fā)生的電氣事故最常見的有絞車電機故障、電容器過負荷爆炸、絞車電控損壞、浪涌保護損壞、接地誤動作、電纜事故等。同時諧波危害還造成電容器等設備燒毀；會引發(fā)繼電保護的誤動作，影響供電的安全性和可靠性；諧波電流會造成測量儀表的誤差增大，使電能計量出現(xiàn)混亂；會對某些控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，阻塞其信號傳輸；會對通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，破壞通信質(zhì)量，甚至威脅通信設備和人員的安全?？偲饋碚f諧波不僅危害煤炭企業(yè)，而且經(jīng)過供電部門的電網(wǎng)影響其它用戶，形成電氣公害。所以諧波產(chǎn)生的危害是煤礦生產(chǎn)建設發(fā)展過程中出現(xiàn)的新問題，應該在煤炭生產(chǎn)建設中開展諧波防治工作。

1、諧波的產(chǎn)生原因

在理想情況下，電力系統(tǒng)中的電壓應該是標準的正弦波形電壓。但實際中的電壓波形往往由于各種原因而偏離正弦波形，也就是產(chǎn)生了諧波。在供電系統(tǒng)中，產(chǎn)生諧波的根本原因是由于系統(tǒng)中存在大量的具有非線性阻抗特性的電氣設備。這些非線性負荷在工作時向電源反饋高次諧波，導致供電系統(tǒng)的電壓、電流波形畸變，使電力質(zhì)量變壞。在只含線性元件，如電阻、電感及電容的簡單電路里，流過元件的電流和所施加的電壓成正比，所以如果所加電壓是正弦的話，流過的電流就是正弦的。當電流流過與所加電壓不呈線性關系的負荷（即非線性負荷時），就形成非正弦電流。實際上，接入電網(wǎng)中的絕大部分電氣設備，都屬于非線性設備。諧波產(chǎn)生的主要原因，便是來自這些具有非線性特性的電氣設備。它們顯著的特點是從電網(wǎng)取用非正弦電流，換句話說，即使電源給這些負荷供給的是正弦波形的電壓，但由于它們具有其電流不隨電壓同步變化的非線性的電壓電流特性，使得流過電網(wǎng)的電流是非正弦波形的。這種電流波形是由基波和與基波頻率成整數(shù)倍的諧波組成，即產(chǎn)生了諧波，使電網(wǎng)電壓嚴重失真，此外電網(wǎng)還必須向這類負荷產(chǎn)生的諧波提供額外的電能。

2、諧波產(chǎn)生的危害

2.1 諧波引起的諧振現(xiàn)象

在電力系統(tǒng)中，常常為了補償負載無功、改善功率因素、提高系統(tǒng)的電壓水平、濾除諧波等，會裝設電容器和電抗器組成的濾波器。在工頻頻率下，這些電容器的容抗比系統(tǒng)的感抗大得多，一般不會產(chǎn)生諧振。但是，對于諧波而言，系統(tǒng)的感抗會因諧波次數(shù)的增加而增加，而容抗則會減小，這就可能產(chǎn)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振。這些諧振會對系統(tǒng)產(chǎn)生很大的威脅，常常會使電容器和電抗器燒毀。在由諧波引起的事故中，這類事故占有很大的比例。

2.2 諧波對電網(wǎng)的影響

諧波電流在電網(wǎng)中流動會產(chǎn)生有功功率損失，它構(gòu)成了電網(wǎng)線損的一部分，對電網(wǎng)的經(jīng)濟運行很不利。這部分諧波功率損失是由電網(wǎng)中的各諧波源供給的。一般諧波源只在幾個主要諧波頻率上送出諧波有功功率，而在其他頻率上可能是吸收有功功率的，但諧波源外送的諧波功率凈值一般是正的。諧波源外送的諧波，其諧波功功率是從電網(wǎng)吸收的基波有功功率的一部分轉(zhuǎn)化而成的。諧波源吸收的諧波有功功率常常對產(chǎn)生諧波的裝置是有害無益的。諧波源發(fā)出的諧波有功功率也給接在電網(wǎng)上的其他用電設備帶來危害，并增加功率損耗。

2.3 諧波對電動機的影響

諧波使電動機的溫度增加和損耗增大，主要表現(xiàn)在諧波頻率下的鐵損和銅損的增加，諧波電壓畸變將引起電動機的效率下降、振動和噪聲增加。對于一些多臺電動機的傳動設備，由于含有各種特殊頻率的諧波電流，會產(chǎn)生一定的附加轉(zhuǎn)矩，各電動機速度和轉(zhuǎn)矩就難以保持一致，不同的運行速度和轉(zhuǎn)矩將導致產(chǎn)品加工質(zhì)量下降，嚴重時會使整個工件報廢。

3、諧波的防治措施

3.1 有源電力濾波器

有源電力濾波器也是一種電力電子裝置，目前主要采用的是IGBT技術(shù)，其基本原理是從補償對象中檢測出諧波電流，由補償裝置產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等而極性相反的補償電流，從而使電網(wǎng)電流只含有基波分量。有源電力濾波器APF是諧波抑制和無功補償?shù)南冗M方法，與無源濾波器相比，APF具有高度可控制和快速響應特性，并且能跟蹤補償各次諧波、自動產(chǎn)生所需變化的無功功率，其特性不受系統(tǒng)影響，無諧波放大危險，相對體積重量較小等突出優(yōu)點，已成為電力諧波抑制和無功補償?shù)闹匾侄?。有源濾波器具有高度可控制性和快速響應性，不僅能補償各次諧波，還可以抑制電壓閃變、補償無功電流，性價比較合理。濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險。另外，APF還具有自適應功能，可自動跟蹤補償變化著的諧波。

3.2 裝設由電容、電感及電阻組成的單調(diào)諧濾波器和高通濾波器

單調(diào)諧濾波器是針對某個特定次數(shù)的諧波而設計的濾波器，高通濾波器是為了吸收若干個較高次諧波的濾波器。應裝設的濾波器類型、組數(shù)及其調(diào)諧頻率（濾波次數(shù)）可由具體情況決定。

3.3 改進電容器組

對于大容量的電力設備，特別是大容量的電容器組，回路內(nèi)增設限流裝置或串聯(lián)電抗器，以抑制電力諧波的產(chǎn)生；改變電容器的串聯(lián)電抗器，或?qū)㈦娙萜鹘M的某些支路改為濾波器，或限定電容器組的投入容量，可以有效地減少電容器對諧波的放大并保證電容器組的安全運行，避免在某些特征頻率上與感性系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，不僅能在基波時輸出部分無功，還能限制合閘沖擊電流和抑制電容器對外部短路的放電電流。

4、結(jié)語

總之，諧波治理不能盲目地說諧波電流含量高就必須治理，一定要和設備的耗電量相結(jié)合。我們在治理諧波的同時，應注意購買新的設備，要考慮一些采用新技術(shù)、諧波含量少的設備，把握購入的電力、電子設備諧波含量指標不得超過國家標準指標，避免一方面在治理諧波，一方面又大量增加諧波。應廣泛使用有源濾波器，因為有源濾波器能保證煤礦設備和電網(wǎng)的安全運行，并在節(jié)能減排、改善供電質(zhì)量方面有著重要的現(xiàn)實意義，并能使電能成為真正的無“污染”的綠色能源。

參考文獻

篇9

【關鍵詞】諧波；危害；治理

一、前言

由于部分區(qū)域內(nèi)以不銹鋼冶煉企業(yè)為主，諧波源客戶比較集中，隨著客戶負荷的不斷增長，電網(wǎng)諧波污染也變的更加嚴重。一旦用戶側(cè)消諧裝置故障或未投，將使變電所諧波設備過載，其產(chǎn)生的諧波對縣域電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生了不少的影響。下面就諧波的產(chǎn)生原因、對電網(wǎng)的影響和治理進行簡單的討論。

二、電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的原因

在理想供電系統(tǒng)中， 電流和電壓都是正弦波的。在只含線性元件電路里，流過的電流與施加的電壓成正比，流過的電流是正弦波。

高次諧波產(chǎn)生的根本原因是由于電網(wǎng)中某些設備和負荷的非線性特性，即所加的電壓與產(chǎn)生的電流不成線性（正比）關系而造成的波形畸變。任何周期性波形均可分解為一個基頻正弦波加上許多諧波頻率的正弦波。諧波頻率是基頻的整數(shù)倍，例如基頻為50Hz，二次諧波為100Hz，三次諧波則為150Hz。因此畸變的電流波形可能有二次諧波、三次諧波……可能直到第三十次諧波組成。

當電網(wǎng)向非線性設備和負荷供電時，這些設備或負荷在傳遞（變壓器）、變換（如交直流換流器）、吸收（如電弧爐）系統(tǒng)發(fā)電機所供給的基波能量的同時，又把部分基波能量轉(zhuǎn)換為諧波能量，向電網(wǎng)倒送大量的高次諧波，使電網(wǎng)的正弦波形畸變，電能質(zhì)量降低。供電系統(tǒng)中主要具有非線性的電氣設備有如下幾種：

1.具有鐵磁飽和特性的鐵芯設備，如：變壓器、電抗器等；

2.以具有強烈非線性特性的電弧為工作介質(zhì)的設備，如：氣體放電燈、交流弧焊機、煉鋼電弧爐等；

3.以電力電子元件為基礎的開關電源設備，如：各種電力變流設備(整流器、逆變器、變頻器)、相控調(diào)速和調(diào)壓裝置，大容量的電力晶閘管可控開關設備等，它們大量的用于化工、電氣鐵道、冶金、礦山等工礦企業(yè)以及各式各樣的家用電器中。

三、諧波對電網(wǎng)的影響

由于電網(wǎng)中的諧波電壓和諧波電流對用電設備和電網(wǎng)本身都造成很大的危害，世界許多國家都了限制電網(wǎng)諧波的國家標準，由權(quán)威機構(gòu)制定限制諧波的規(guī)定。世界各國制定的諧波標準大都比較接近。我國由技術(shù)監(jiān)督局于1993年了國家標準(GB/T14549—93)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》，并從1994年3月1日起開始實施。

下面就列舉了電網(wǎng)諧波的主要危害：

1.諧波使公用電網(wǎng)的用電設備產(chǎn)生了附加的損耗，降低了發(fā)電、輸電及供電設備效率和利用率。大量高次諧波流過中性線時會使導線發(fā)熱嚴重，甚至發(fā)生火災。如果輸電線是電纜線路，與架空線路相比，電纜線路對地電容要大l0-20倍，而感抗僅為其l/3-l/2，所以很容易形成諧波諧振，造成絕緣擊穿。

2.降低各種電氣設備的效率和壽命。諧波對電機的影響除引起附件損耗外，還會產(chǎn)生機械振動、噪聲和過電壓，使變壓器嚴重過熱。使電容器、電纜等設備產(chǎn)生過熱、絕緣老化、壽命縮短現(xiàn)象，以致?lián)p壞。

3.諧波會引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，使諧波危害大大增加，甚至引起嚴重事故。

4.影響繼電保護和自動裝置的工作可靠性。如果繼電保護裝置是按基波負序量整定其整定值大小，此時若諧波干擾疊加到極低的整定值上，則可能會引起負序保護裝置的誤動作，影響電力系統(tǒng)安全。

5.影響供電系統(tǒng)中測量和計量的準確度。

6.干擾通信系統(tǒng)的工作。在鄰近電力線的通信線路中產(chǎn)生干擾電壓，干擾通信系統(tǒng)的工作，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量；重者導致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。而且在諧波和基波的共同作用時，極端情況下，還會威脅通信設備和人員的安全。

7.影響人體健康。人體細胞在受到刺激興奮時，會在細胞膜靜息電位基礎上發(fā)生快速電波動或可逆翻轉(zhuǎn)．其頻率如果與諧波頻率相接近．電網(wǎng)諧波的電磁輻射就會直接影響人的腦磁場與心磁場。

四、諧波的治理

隨著工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，諧波對縣域電網(wǎng)的影響越來越大，需要生技和營銷等各個部門協(xié)調(diào)合作，共同應對。下面就簡單介紹幾點在實際生產(chǎn)和管理中比較有用的方法。

1.在無功補償設計中除了應注意避免并聯(lián)電容器與系統(tǒng)感抗的諧振、驗算基波外，還需要驗算3、5、7次等主要諧波，避開這些參數(shù)，以防止在該次諧波發(fā)生諧振。

2.在合適地段加入電容補償裝置和濾波器。電容補償裝置可補償無功，濾波器可以對某些諧波產(chǎn)生強烈的吸收作用，以減少諧波電流含有量。

3.把產(chǎn)生諧波的負荷的供電線路和對諧波敏感的負荷供電線路分開，使非線性負荷產(chǎn)生的畸變電壓不會傳導到線性負荷上去，以提高電能質(zhì)量。則需要相關部門在電力業(yè)擴申請時做好分類。

4.凡新裝、增容的用電戶，用電設備確為諧波源，消諧裝置必須與新裝、增容同步投運。業(yè)擴受理時，應提供諧波專題分析報告，并提出相應消諧措施，并經(jīng)審核認可。在送電前應嚴格把關，送電后及時組織相關部門做好對用戶諧波的測試，對測試不合格者限期整改，在規(guī)定期限內(nèi)不整改的或整改后仍不合格的用戶，則根據(jù)《供電營業(yè)規(guī)則》第六十六條之規(guī)定，按規(guī)定程序中止供電。

以35KV某某變電所為例，該變電所處于不銹鋼企業(yè)較為集中的姚東地區(qū)，雖然在用戶側(cè)和變電所內(nèi)均已安裝消諧設備，但電網(wǎng)諧波分量仍較高，變電所消諧設備始終處于滿載狀態(tài)，一旦有諧波源用戶消諧設備故障或未投，變電所濾波電容器熔絲就會熔斷，使變電所消諧設備無法正常運行，諧波就會進入35KV電網(wǎng)，影響縣域電網(wǎng)電能質(zhì)量。2010全年該變電所10KV諧波電容器熔絲熔斷共計24次，平均每月2次；2011年1月到9月15日該變電所10KV諧波電容器熔絲熔斷共計16次，平均每月1.9次。

2011年9月中旬，該變電所的消諧濾波設備進行了整體改造，安裝了新的5次、7次消諧濾波器組，此次改造對控制該區(qū)域的諧波危害起到了明顯的效果，極大的改善了縣域電網(wǎng)的電能質(zhì)量。2011年10月至今該變電所10KV諧波電容器熔絲熔斷次數(shù)為0次。

綜上所述，我們需要加強對諧波危害的認識，通過使用各種生產(chǎn)技術(shù)和管理方式加強對諧波的治理，從而提高縣域電網(wǎng)電能質(zhì)量，為企業(yè)和百姓提供高品質(zhì)的電能。

參考文獻

[1]李堅.電網(wǎng)運行及調(diào)度技術(shù)問題[M].北京:中國電力出版社,2004.

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【關鍵詞】諧波；事故；分析；措施

1、概況

近年來，隨著人們對電能質(zhì)量要求的提高，治理電網(wǎng)中的諧波污染越來越受到重視，下面是對本公司一個35kV客戶的諧波分析與治理措施的探討。

110kV石西變是通州中部地區(qū)的樞紐變，周圍存在工業(yè)污染和諧波污染，35kV有四條出線，架空線長7.0KM，全線避雷線、電纜總長為0.07kM，供35KV化肥變和鑄管變。后者負荷大都是電弧爐負荷，其中（1600+2200）kVA電弧爐變兩臺、中頻爐兩臺各2000kVA。35kV負荷曲線是一個鋸齒波（見下圖）。

2、諧波對電網(wǎng)造成的危害

自35kV鑄管變接入石西變35kV系統(tǒng)后，化肥變、鑄管變都相繼發(fā)生了不同程度的電纜、瓷瓶等設備擊穿事故。石西變35kV系統(tǒng)每年也要發(fā)生母線支柱瓷瓶擊穿、母線避雷器爆炸、電容器爆炸35kVPT熔絲熔斷等設備事故。設備的損壞不但造成了較大的經(jīng)濟損失，而且對電網(wǎng)的連續(xù)、安全穩(wěn)定運行構(gòu)成了嚴重威脅。

3、諧波分析

3.1負荷性質(zhì)

35kV石馬線為電弧爐沖擊負荷，最大為8MW，其負荷曲線為鋸齒波。由于電弧爐三相電極很難同時接觸到高低不平的爐料，使得燃燒不穩(wěn)定，變動頻率較高，產(chǎn)生沖擊電流及較強的高次諧波，而且極易引起供電電壓的波動和閃變導致三相電壓嚴重的不平衡，是典型的非線性負荷。

3.2現(xiàn)象

110kV石西變電所35kV母線電壓表指針經(jīng)常發(fā)生擺動，出現(xiàn)“虛幻接地”的現(xiàn)象。

3.3電容電流

3.5實測

為此，我和同事們多次請專家對石西變諧波電流進行實測分析

諧波電流測量如下表1-1（請南通供電公司有關專家實測）

根據(jù)諧波電流表分析，發(fā)現(xiàn)該變電所35kV側(cè)的三次、五次諧波超標。

3.6結(jié)論

從系統(tǒng)阻抗比可以知道石西變35kV系統(tǒng)處于基波諧振區(qū)，由于系統(tǒng)存在著大量的諧波分量，其中零序分量以壓變勵磁回路為通道，從而大大降低了系統(tǒng)的對地電抗。所以，Xc/Xl的值比計算值要大得多，系統(tǒng)的自振頻率不是一個常數(shù)，諧振一經(jīng)激發(fā)，由基頻諧振區(qū)轉(zhuǎn)移到高頻諧振區(qū)，而石西變35kV側(cè)的三次、五次諧波超標，又給高頻諧振提供了必要的條件（正反饋），以三次諧波為例（見圖），當系統(tǒng)對地電容足夠小，在擾動激發(fā)下出現(xiàn)3WLO3=1/3ωCO3時，產(chǎn)生三次諧波諧振。此時各相電壓為U=√（U12+U32）使三相電壓升高，但不超過3.6倍相電壓，因此，高次諧波諧振發(fā)生機率比低頻諧振發(fā)生機率大得多，且諧振電壓較高.因此石西變電所35kV系統(tǒng)發(fā)生高頻諧振的機率大大增加，造成了石西變及連接于35kV母線的兩個35kV用戶變多次發(fā)生設備故障。

4、防范措施

為了減少和抑制諧波分量，我們著重采取了以下幾個方面的措施。

4.1抑制諧波分量

根據(jù)我們在現(xiàn)場對電弧爐工藝生產(chǎn)流程的了解，電弧爐電流沖擊持續(xù)時間不超過2S，并且兩次沖擊的間隙時間不小于30S，這種短時間的沖擊電流所包含的諧波電流（或暫態(tài)諧波電流）不屬于限制范圍，故我們提出了改善電弧爐的操作方法、改進填料工藝，以減少沖擊電流的建議，廠方予以了采納。

根據(jù)交流濾波裝置，能夠有效地吸收諧波源產(chǎn)生的諧波電流，降低諧波電壓，我們在鑄管變內(nèi)加裝了交流濾波裝置。

4.2破壞諧振條件

根據(jù)系統(tǒng)Xc/Xl值，增加諧振回路阻尼電阻，在石西變及鑄管、化肥變35kV母線壓變開口處加裝阻尼電阻，消除基波諧振電阻。

壓變一次側(cè)中性點處加裝了專用消諧器。在石西變35kV母線上，裝設了星形接線的電容器組，當Xc/Xl

4.3減小諧振的破壞程度

為了減小諧振設備的過電壓程度，將石西變所有35kV出線避雷器均由原來的YCZ-35型換為殘壓低、滅弧電壓高和通流容量大的HY5W1-54/134型氧化鋅避雷器，在鑄管廠用變、化肥廠用變的進線處安裝了HY5CZ5-42/117型避雷器。

將產(chǎn)生諧波的負載供電線路和對諧波敏感的負載的供電線路分開運行。這樣以使由非線性負載產(chǎn)生的畸變電壓不會傳導到線性負荷上為此我們對石西變電所的接線方式進行了改善。在原來一臺變壓器供電的基礎上又增加一臺變壓器。正常方式規(guī)定：將含有諧波源的線路用一臺變壓器專供。既可抑制諧波電源，又可以因諧波故障發(fā)生，而縮小停電范圍，使負荷轉(zhuǎn)供方便靈活。將35kV母線上的化肥廠負荷與鑄管廠的負荷分別接于35kVI、II段母線上。詳見一次接線圖。

5、效果

以上技術(shù)措施的實施，對石西變35kV系統(tǒng)諧波電流起到了一定的抑制作用。幾次實測，均沒有發(fā)現(xiàn)諧波電流超標的現(xiàn)象。

6、小結(jié)

電弧爐產(chǎn)生的諧波，對電氣設備的安全、用戶的連續(xù)供電等都有不利影響，供電企業(yè)必須從源頭上抓諧波管理。對報裝接電且含有非線性負荷的用戶，把抑制和截堵諧波工作放在設計中，在進行無功補償設計時就要考慮對諧波的治理，對已投運的非線性用戶，要從技術(shù)上采取切實可行的措施抑制諧波分量。

參考文獻

[1]引用H.A.Peterson模擬試驗結(jié)果劃分諧振區(qū)域：1/2分頻諧振區(qū)——Xc0/Xl約為 0.01—0.08 基波諧振區(qū)——Xc0/Xl約為 0.08—0.8 高波諧振區(qū)——Xc0/Xl約為 0.6—3.0