2.4 谐波治理

表2.4.2-1  谐波电压（相电压）限值

  2）电力系统公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量（方均根）不应超过表2.4.2-2规定的允许值。

表2.4.2-2  谐波电流分量限值

注：当电力系统公共连结点处的最小值短路容量与基准短路容量不同时，谐波电流允许值应进行换算。

 

  3）谐波骚扰的强度分级应符合表2.4.2-3的规定。

表2.4.2-3  低压电源系统中谐波骚扰强度分级（以基波电压的百分比表示）

注：该表引自上海市地方标准《公共建筑电磁兼容设计规范》DC/TJ 08—1104—2005。

  4)建筑物低压配电系统的谐波骚扰等级应符合下列规定：
    ①医院重要手术室和重症监护室、计量检测中心、大型计算机中心、金融结算中心等对谐波敏感的重要设备较多的建筑物中，相关配电系统主干线的谐波骚扰强度宜达到一级标准。
    ②大型办公建筑中，动力配电系统主干线的谐波骚扰强度宜达到二级标准。
    ③中、小型办公建筑中，动力配电系统主干线的谐波骚扰强度宜达到三级标准。
    ④音乐厅、影剧院等拥有强烈谐波骚扰源的建筑物中，除调光回路以外的配电干线的谐波骚扰强度宜达到三级标准。
2.4.3 用电设备的谐波限值。
注：国家尚无系列化标准，暂时引用上海市地方标准《公共建筑电磁兼容设计规范》DC/TJ 08一1104-2005，该规范借鉴了IEC的相关标准。
1.16A及以下的单相设备。
  1)除晶闸管调光型白炽灯以外的照明灯具的谐波电流限值，如表2.4.3-1所列。

表2.4.3-1  设备谐波电流限值（一）

注：λ是回路功率因数。
  2）电视接收机、个人计算机及其监视器、监视电视系统的监视器等设备的谐波电流限值，如表2.4.3-2所列。

表2.4.3-2  设备谐波电流限值（二）

  3）在建筑物中固定安装的其他设备的谐波电流限值，如表2.4.3-3所列。

表2.4.3-3  设备谐波电流限值（三）

2.每相输入电流大于16A小于75A的设备。
  1)当设备安装点的系统短路功率比Rsce≥33时，直接接入电网设备的谐波电流输出限值，如表2.4.3-4所列。

表2.4.3-4  设备的谐波电流输出限值（Rsce≥33时） 

  2)当设备安装点的系统短路功率比Rsce符合表2.4.3-5、2.4.3-6范围时，直接接入电网的三相不平衡、三相平衡设备的谐波电流输出限值如表2.4.3-5、2.4.3-6所列。

表2.4.3-5  单相、两相和三相不平衡设备谐波电流输出限值

表2.4.3-6  三相平衡设备谐波电流输出极限值

  3)当设备的单相电流大于75A时，其THD_i宜低于35％，但短时工作的设备(指在正常运行过程中，产生暗波的元件或机构不在线的设备，如带旁路的水泵软启动器等)除外。
2.4.4 谐波的预防和治理。
1.谐波预防。
  1) 一般原则。当建筑物中所用的主要电气和电子设备不符合2.4.3条的规定时，应对此类设备或其所在线路进行谐波治理，且应符合下列要求：
    ①区级或以上医院重要手术室和重症监护室、计量检测中心、大型计算机中心、金融结算中心等对谐波敏感的重要设备较多的建筑物内，应在相关配电系统主干线上靠近骚扰源处设置有源滤波装置。
    ②大型办公建筑中，宜在动力配电系统主干线上靠近骚扰源处设有源或无源滤波装置；当采用无源滤波装置时，应注息避免发生电网局部谐振。
    ③中、小型办公建筑中，宜在动力配电系统主干线上靠近骚扰源处设无源滤波装置并应注意避免发生电网局部谐振。
  2)系统设计要点。
    ①除低压用户外，公共建筑配电系统的接地保护应采用TN—S制。
    ②普通民用建筑配电变压器绕组应采用D，ynll型接线。
    ③谐波骚扰等级为一至三级的建筑物供电配电系统中，涉及主要非线性负载的配电变压器的负载率应按下式降容：
降容系数：

其中系数K为：

注意，其K值应根据系统的谐波水平确定。也可根据谐波源负荷占变压器的负荷比例，按图2.4.4粗略估计降容系数。
当不作计算时，普通配电变压器的负载率不宜高于75％。
    ④谐波骚扰等级为四级的建筑物供配电系统中，涉及主要非线性负载的配电变压器的负载率(计算值)应按降容系数D确定，当不作计算时，不宜高于70％。
有条件时，可选用按照K系数制造的专用配电变压器，其K值应根据系统后的谐波水平确定，计算方法参见本款③。
    ⑤谐波骚扰等级为四级的建筑物中，功率因数补偿电容器应串接适当规格的电抗器，并应注意避免发生电网局部谐振。
    ⑥设计中，应尽可能将非线性负荷放置于配电系统的上游，谐波较严重且功率较大的设备应从变压器出线侧起采用专线供电。
    ⑦三相UPS、EPS电源输出端接地形式为TN时，中性线应接地，以钳制由谐波引起的中性线电位升高。
    ⑧为X光机、CT机、核磁共振机等大功率非线性负载供电的变压器和馈线，宜按低阻抗要求进行设计。
    ⑨由晶闸管控制的负载或设备宜采用对称控制，以减小中性线谐波电流。
    ⑩设计过程中对建筑物的谐波难以预测时，宜预留必要的滤波设备空间。
2.谐波治理方法。
  1)无源吸收谐波装置。
    ①电容器串接调谐电抗器，要求见表2.4.4-1。

表2.4.4-1  电容串接调谐电抗器（一）

当变压器时，可按表2.4.4-2简化处理。

表2.4.4-2  电容串接调谐电抗器（二）

串联调谐电抗器配比计算：
调谐频率处：

式中：——电抗器基波感抗值；
           ——电抗器基波容抗值；
               h——谐波次数。

在确定电抗器容量时，应使实际调谐频率小于理论调谐频率(即希望抑制的谐波频率)，以避免发生系统的局部谐振。此外还应考虑一定裕度，因为当电容器经长期运行后，其介质材料绝缘性能将逐年有所退化，从而导致电容值下降，易引起谐振频率的升高。 一般实际调谐频率和电抗器配比可按表2.4.4-3确定。

表2.4.4-3  调谐频率与电抗器配比

    ②无源滤波器。常见类型有：
      a. 串联调谐滤波器。由电容器和电抗器串联而成，用于调谐较低次的谐波频率处。该滤波器阻抗对较低次的谐波频率呈容性、高阻抗，对较高次的谐波频率呈感性、低阻抗，即在低于调谐频率时呈高阻特性。
      b. 双带通滤波器。由一个主电容器、一个主电抗器和一个调谐装置串联而成，这种滤波器的阻抗在两个调谐频率处到达最低值。
      c. 阻尼滤波器。可以是1阶、2阶和3阶的，常用2阶的。一个2阶的阻尼滤波器由一个电容器与一个电抗器和一个电阻的并联组合相串联而成，它在一个较宽的频率范围内呈现为低阻抗，因而具有较宽的滤波频带。
  2)有源吸收滤波装置。常见类型有：
    ①并联有源滤波器(工程中较为常用)。
    ②串联有源滤波器。
    ③串并联复合型有源滤波器。
  3)无源有源复合滤波吸收装置。由无源滤波器和有源滤波器组合而成，由无源滤波器吸收一个或数个功率较大且稳定的特定频率的谐波，再由有源滤波器消除其余谐波。
  4)静止无功发生器(SVG)。无功功率变化较大且谐波严重的系统中宜采用静止无功发生器，在进行功率因数补偿的同时，也能在一定程度上实现对谐波的抑制。
  5)滤波器的正确应用。各种谐波治理设备的适用场合不尽相同。配电系统至少满足下列条件之一时，才可设置滤波器：
    ①配电系统的自然功率因数较低，需要作电容补偿；
    ②必须降低电压畸变以避免灵敏负载被干扰；
    ③必须降低电流畸变以避免馈线(如电缆的中外线等)与设备（如电容器等)过载。
其中，当配电系统中具有相对集中的大容量(如200kV·A或以上)非线性长期稳定运行的负载时，宜选用无源滤波器；当配电系统中具有大容量(如200kV·A或以上)非线性负载，且变化较大(如断续工作的设备等)，用无源滤波器不能有效工作时，宜选用有源滤波器；当配电系统中既具有相对集中且长期稳定运行的大容量(如200kV·A或以上)非线性负载，又具有较大容量的经常变化的非线性负载时，宜选用有源无源组合型滤波器。