三次諧波電流的特殊性及危害

在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中，具有線性阻抗變化特性的傳統(tǒng)電氣設(shè)備工作時不會對頻率為50Hz呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)正弦波形的供電電源造成干擾影響，但隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，具有非線性阻抗特性的電氣設(shè)備(又稱為非線性負(fù)荷)應(yīng)用得越來越多，這些非線性負(fù)荷工作時會造成電力系統(tǒng)供電頻率與波形發(fā)生畸變，從中可以分解出不同頻率的正弦波形，這部分被分解出來的非50HZ交流正弦波統(tǒng)稱為諧波(harmonic)，其中頻率為50Hz三倍即150Hz的諧波稱為3次諧波；頻率為50Hz五倍即250Hz的諧波稱為5次諧波；頻率為50Hz七倍即350Hz的諧波稱為7次諧波。

而LED節(jié)能燈、LED顯示屏、充電器、加熱器、變頻器、消毒器、PC終端等采用單相二極管整流方式的非線性負(fù)荷在運(yùn)行時都會產(chǎn)生比較嚴(yán)重的奇次諧波電流，其中3次諧波最大，為主要諧波成分，5次、7次、11次等諧波也明顯偏高，但三次諧波電流不僅不能象基波及5次、7次、11次等其他頻次諧波電流那樣在零線上進(jìn)行矢量抵消掉絕大部分，而是以360度矢量角完全疊加到零線上，導(dǎo)致零線上三次諧波電流為相線上的3倍左右，因此當(dāng)單相整流負(fù)載產(chǎn)生的三次諧波電流含量達(dá)到35%以上時，零線電流就會異常增高超出了相線電流，很多情況下零線電流異常增高到相線電流的2倍左右，也給低壓配電系統(tǒng)造成了多方面的危害，主要的現(xiàn)象包括以下幾方面：

1)零線過流發(fā)熱：導(dǎo)致電纜發(fā)熱老化斷裂，不僅會直接燒壞用電設(shè)備，還極易誘發(fā)難以檢查防控的火災(zāi)隱患；

2)配電保護(hù)異常跳閘：即使線路上的負(fù)荷還沒有達(dá)到配電設(shè)計容量，也會出現(xiàn)零序保護(hù)跳閘，造成配電系統(tǒng)不穩(wěn)定，影響正常供電；

3)變壓器過溫異響：大量零線諧波電流回流到變壓器后，直接導(dǎo)致變壓器發(fā)熱升溫噪聲增大，加速變壓器的性能衰減，縮短了變壓器的壽命，嚴(yán)重時直接導(dǎo)致變壓器燒毀；

4)電能明顯浪費(fèi)：配電系統(tǒng)中存在比較大的三倍頻奇次諧波電流，會直接增加負(fù)載設(shè)備與供電設(shè)備的電能消耗，危及無功補(bǔ)償設(shè)備的安全運(yùn)行，造成比較明顯電能的浪費(fèi)。

零線電流諧波治理方法比較

傳統(tǒng)上解決零線上諧波電流的方法是安裝并聯(lián)型三相四線濾波器來吸收消減相線與零線上的諧波電流，但是無論是能精確消減的有源濾波器、還是粗略消減的無源濾波器，都僅能夠解決濾波器治理接入點(diǎn)上游(網(wǎng)側(cè))的諧波電流問題。例如：在變壓器的低壓總出線端安裝一臺有源或無源濾波器，都僅能減小進(jìn)入變壓器的諧波電流，而治理接入點(diǎn)下游(負(fù)載側(cè))諧波電流無法得到有效治理消減，因此單相整流負(fù)載產(chǎn)生的疊加到零線上的三次諧波電流對負(fù)載側(cè)零線排纜與負(fù)載設(shè)備的干擾危害依然存在，要全面解決整個配電系統(tǒng)中存在的三次諧波問題，必須在分布廣泛的諧波源負(fù)載設(shè)備進(jìn)線末端全部安裝大批量濾波器，施工量與成本費(fèi)用都將數(shù)倍增加，性價比太低，大多數(shù)用戶都難以承受。

ANSNP 系列中線安防保護(hù)器并聯(lián)在含諧波負(fù)載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)討B(tài)變化的諧波電流進(jìn)行 快速實(shí)時的跟蹤和補(bǔ)償。中線安防保護(hù)器的基本原理為:通過電流檢測環(huán)節(jié)采集系統(tǒng)中性線上過電流信息， 經(jīng)控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與過電流幅 值相等方向相反的補(bǔ)償電流，并注入中性線，從而消除中性線中過大的電流。

零線電流諧波治理裝置的性能特點(diǎn)

1) 3~25 次諧波和三相不平衡均可治理；

2) 3N 次諧波和三相不平衡引起的中性線過電流均可治理；

3) 具有過流反饋功能，可以自主設(shè)定過電流反饋值，進(jìn)一步保障中性線安全；

4) 具有風(fēng)扇自動調(diào)速功能，進(jìn)一步降低模塊能耗和運(yùn)行噪音；

5) 具有人性化的人機(jī)交互界面，可通過該界面看到系統(tǒng)和本體的實(shí)時電能質(zhì)量信息，操作簡單；

6) 采用進(jìn)口 IGBT，功率密度大，可靠性高；

7) 采用 DSP 高速檢測和運(yùn)算的數(shù)字控制系統(tǒng)；

8) 模塊主電路采用三電平拓?fù)洌?/p>

9) 標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計，縮短交付周期，同時提高了使用的可靠性和可維護(hù)性。

零線電流諧波治理裝置的安裝接線方式

本設(shè)備為強(qiáng)迫風(fēng)冷壁掛式設(shè)備，室內(nèi)壁掛安裝。設(shè)備底面板為散熱進(jìn)風(fēng)口，同時正面裝配了 7.0 英寸液晶屏用于設(shè)備的近端人機(jī)交互；設(shè)備頂板為散熱出風(fēng)口，同時含有一次及二次線纜的接線端口；2） 設(shè)備頂板包含一次接線端子（三相四線制為 A/B/C/N/N、三相三線制為 A/B/C）以及電流互感器、配件供 電、緊急停機(jī)、通訊）等二次接線端子；3）模塊需要接地，設(shè)備出線端子后方有接地端子。注：三相四線制設(shè)備的 A/B/C 相線與 N 線嚴(yán)禁接反，接反后會引起相間短路，造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞。

線電流諧波治理裝置的現(xiàn)場安裝效果

上海某商業(yè)廣場末端 N 相電流治理效果說明

N 線電流治理效果對比：

通過對設(shè)備治理前后 N 線電流進(jìn)行對比，治理前 N 相電流 19.4A 左右，設(shè) 備開啟補(bǔ)償治理，治理后 N 相電流 2.9A，現(xiàn)場要求 N 相治理完以后降低到 5A 以內(nèi)，完全滿足預(yù)期的治理要求，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。

審核編輯 黃宇