公共配网电能质量特点

公共配网自动化系统中的大量自动化设备需要高质量的电源。但这些设备中相当一部分由于具有非线性负载特性，成为引发低压供电系统谐波畸变的扰动源。造成配电系统污染,对周围的通信系统甚至配电系统以外的设备造成危害。

公共配网谐波主要有以下两个来源:

（1）大量非线性负荷形成的谐波源，例如：电梯/电扶梯、给水系统水泵及空调风机变频器、办公及计算机网络、UPS电源、电子式照明等导致配电系统电压、电流畸变产生谐波；占到谐波总量的80％以上。

（2）背景谐波，公用电网本身具有一定的谐波含量，由电网侧传输至配电系统。

公共配网谐波的危害

（1）功率因数补偿设备产生问题：在谐波电压作用下，电容器会产生额外的功率损耗，加快绝缘介质的老化。更为严重的是，大量谐波电流很可能引发电容器和系统其他元件之间的并联谐振或串联谐振，造成电容器超载而损坏，也会使与电容器联接的配电回路中所有线路、设备因电压闪变超压过负荷而损坏。据统计，70％以上的谐波故障发生在电容器装置上。

（2）保护装置的误跳闸：配电回路的谐波电流含量高会使断路器遮断能力降低。这是因为畸变电流过零点时，电弧电流随时间的变化率要比工频正弦电流大，电弧电压的恢复要迅速得多，使电弧容易重燃。因此导致误跳闸或是在该跳闸的时候根本不跳。漏电电流可能会达到使漏电保护装置动作的设定值。事实表明，空气电磁断路器不能遮断其分断能力范围内波形畸变率超过50％的故障电流，还会导致断路器损坏。

（3）负载适中情况下变压器过热现象：谐波会引起变压器产生额外损耗，这些损耗将会导致早期故障。当前随着装置需要运行到极限值的趋势以及低电压系统日益增高的谐波污染，这个问题也变得日趋严重。

（4）感应电动机加速老化：电压谐波会导致感应电动机的额外损耗。高次谐波导致的扭矩脉动在联轴器和轴承处会产生磨损和裂纹。由于速度是固定的，在谐波里储藏的能量就以额外的热量形式散发了，导致设备过早老化。

（5）集肤效应引起的导线过热：对电力电缆和配电线路，谐波电流频率增高引起明显的集肤效应，导线电阻增大，如一根直径为20mm的导线在350Hz时具有比其直流电阻率高60%的视在电阻。线损加大，发热增加，绝缘过早老化。零线电流甚至达到相线电流的两倍，致使零线过热、烧毁，甚至导致火灾。 

（6）干扰控制装置：严重的谐波畸变会引起在一个正弦周波内的额外过零点，会干扰控制装置的同步性及PLC死机。 

（7）干扰感应式电能表计：在谐波环境下,电能表记录的是基波电能及部分谐波电能，后者将使得用电设备性能变坏，因此用户不但多交电费，而且受到损害。

（8）屏幕频闪灯光频闪：3n次谐波在中性线上叠加,中线回流能够在建筑物金属结构上任意流动，从而产生不受控制的磁场，引发计算机屏幕的频闪现象;由于电流谐波通过供电网络耦合成电压谐波，将会引起灯光频闪。

公共配网谐波治理方案

公共配网系统中负载主要包括照明，电梯、中央空调等等，其中照明等单相负载设备主要产生3次谐波，而电梯、中央空调等使用了变频器驱动的负载主要产生了5、7、11、13次谐波。针对公共配网系统的谐波现状,最佳解决方案是采用有源滤波技术。有源滤波装置采用先进的电力电子技术，实时检测电网中的谐波，通过变流器产生反相的补偿电流，动态滤除电网中的谐波。

应用案例

上海国家展中心主要负载为电梯/电扶梯、给水系统水泵及空调风机变频器、办公及计算机网络、UPS电源、电子式照明等，在使用过程中产生大量的谐波，根据现场情况，我们配置400A的有源滤波柜，以下是现场治理效果。经过YTPQC-APF有源电力滤波装置治理后，电流波形得到良好改善，谐波电流畸变率由34.7%降低至4.5%。

（补偿前电流波形）

（补偿后电流波形）

（补偿前电流畸变率）

（补偿后电流畸变率）

（补偿前无功功率及功率因数）

（补偿后无功功率及功率因数）