隨著科技的進(jìn)步，生活中廣泛使用高靈敏度的現(xiàn)代化用電設(shè)備和裝置。高次諧波污染往往導(dǎo)致這些電子系統(tǒng)運(yùn)行錯誤乃至損壞。通過諧波保護(hù)器能夠凈化電源，保護(hù)用電設(shè)備和功率因數(shù)補(bǔ)償設(shè)備,防止保護(hù)裝置誤跳閘,從而保證設(shè)備正常穩(wěn)定地運(yùn)行。

為了適應(yīng)現(xiàn)代社會信息化的需要,智能建筑中使用了大量的現(xiàn)代化用電設(shè)備和裝置,如通信系統(tǒng)、計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備、變頻空調(diào)、數(shù)碼辦公設(shè)備、燈光調(diào)控設(shè)備、消防系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等,惡劣的諧波環(huán)境對保證系統(tǒng)和設(shè)備的正常運(yùn)行造成了較大的威脅。

一. 諧波對電力系統(tǒng)的危害有哪些危害？

• 1.1 設(shè)備損耗增加變壓器：諧波電流會使變壓器的銅損和鐵損明顯增加。由于諧波電流在變壓器繞組中流動，會產(chǎn)生額外的熱量，使變壓器的工作溫度升高。例如，在存在大量 3 次諧波的情況下，變壓器的繞組損耗可能會比正常情況高出 20% - 30%。長期的過熱會加速變壓器絕緣材料的老化，縮短變壓器的使用壽命。

• 1.2 電纜：諧波會導(dǎo)致電纜的介質(zhì)損耗增大。因為電纜相當(dāng)于一個電容器，在諧波電壓的作用下，會產(chǎn)生額外的電容性電流，從而增加了電纜的損耗。并且，隨著諧波次數(shù)的增加，損耗會更加明顯。例如，對于含有高次諧波的電力系統(tǒng)，電纜的損耗可能會是僅有基波電流時的數(shù)倍。

• 1.3 降低電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性電壓畸變：諧波會引起電網(wǎng)電壓的畸變。當(dāng)大量非線性負(fù)載接入電網(wǎng)時，會產(chǎn)生諧波電流注入電網(wǎng)，這些諧波電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生諧波電壓降，從而導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波形發(fā)生畸變。例如，在一些工業(yè)區(qū)域，如果有多個大型的電力電子設(shè)備同時運(yùn)行，電網(wǎng)電壓的總諧波畸變率（THD）可能會超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 5%，嚴(yán)重影響其他電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。

• 1.4 諧振現(xiàn)象：可能引發(fā)電力系統(tǒng)的諧振。當(dāng)電網(wǎng)的電感和電容參數(shù)與諧波頻率滿足一定條件時，就會發(fā)生諧振。諧振會導(dǎo)致電網(wǎng)中的電壓和電流急劇放大，對電網(wǎng)中的設(shè)備造成嚴(yán)重的過電壓和過電流損壞。例如，在一個包含電容器組的變電站中，如果系統(tǒng)中存在 5 次諧波，且其頻率與電容器組的固有頻率相近時，就可能引發(fā)諧振，損壞電容器和其他相關(guān)設(shè)備。

二. 諧波對電氣設(shè)備的危害有哪些？

• 2.1 縮短設(shè)備壽命電機(jī)：諧波會使電機(jī)的附加損耗增加，導(dǎo)致電機(jī)的溫度升高。同時，諧波還會引起電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動，使電機(jī)產(chǎn)生振動和噪聲。這些因素都會加速電機(jī)軸承的磨損和絕緣材料的老化。例如，在存在較多 7 次諧波的情況下，電機(jī)的絕緣壽命可能會縮短 30% 左右。2.2 電容器：諧波電流會使電容器產(chǎn)生額外的熱量，導(dǎo)致電容器內(nèi)部的介質(zhì)老化加速。而且，諧波電壓可能會使電容器的工作電壓超過額定值，容易引起電容器的損壞。例如，當(dāng)電容器長期工作在含有高次諧波的電網(wǎng)中時，其故障率會明顯增加。

• 2.3 干擾設(shè)備正常運(yùn)行電子設(shè)備：對于電子設(shè)備，如計算機(jī)、通信設(shè)備等，諧波會產(chǎn)生電磁干擾（EMI）。諧波電流在設(shè)備的線路和電路板上流動時，會產(chǎn)生高頻磁場，干擾設(shè)備內(nèi)部的信號傳輸和處理。例如，在一個數(shù)據(jù)中心，如果電網(wǎng)諧波含量過高，可能會導(dǎo)致服務(wù)器出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤、通信中斷等問題。

• 測量儀表：諧波會影響電力系統(tǒng)中測量儀表的準(zhǔn)確性。由于測量儀表通常是按照基波頻率進(jìn)行校準(zhǔn)的，諧波的存在會使儀表的讀數(shù)產(chǎn)生誤差。例如，普通的電能表在存在諧波的情況下，可能會高估或低估電能的計量，影響電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)核算。

三. 諧波對通信系統(tǒng)的危害有哪些？

• 3.1 電磁干擾：電力系統(tǒng)中的諧波會產(chǎn)生電磁輻射，對附近的通信線路和通信設(shè)備造成干擾。這種干擾可能表現(xiàn)為通信信號的噪聲增加、信號失真或通信中斷。例如，高壓輸電線路中的諧波可能會干擾附近的移動通信基站，使手機(jī)信號的質(zhì)量下降，通話出現(xiàn)雜音或掉線等情況。

• 3.2 信號衰減：諧波還可能導(dǎo)致通信電纜中的信號衰減增加。當(dāng)通信電纜靠近含有諧波的電力線路時，諧波產(chǎn)生的電磁場會在通信電纜中感應(yīng)出電流，這些電流會產(chǎn)生額外的損耗，從而使通信信號的強(qiáng)度減弱。例如，在一些電力和通信線路并行敷設(shè)的區(qū)域，通信信號的衰減可能會比正常情況高出幾倍。

四. 有源濾波器的作用闡述

4.1 電力系統(tǒng)方面

• 諧波補(bǔ)償：能檢測電網(wǎng)中的諧波，并生成相反的電流來抵消這些諧波，從而減少諧波對電網(wǎng)的影響，可同時濾除多次及高次諧波，濾除率高達(dá) 95% 以上，大大降低了諧波對電網(wǎng)和設(shè)備的危害，提高電網(wǎng)的電能質(zhì)量。

• 無功補(bǔ)償：可以實時檢測無功需求并自動進(jìn)行補(bǔ)償，提供無功功率，改善功率因數(shù)，減少線路損耗，提高電網(wǎng)的傳輸能力和設(shè)備的運(yùn)行效率。

• 電壓調(diào)節(jié)：對電壓進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，確保電壓的穩(wěn)定，從而保護(hù)連接到電網(wǎng)的設(shè)備不受電壓波動的影響，維持電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4.2 信號處理方面

• 濾除特定頻率成分：可以設(shè)計成低通、高通、帶通或帶阻濾波器。如低通濾波器可用于去除音頻信號中的高頻噪聲，高通濾波器用于去除直流偏置或低頻噪聲，帶通濾波器能選出無線通信和音頻系統(tǒng)中所需的特定頻段信號，帶阻濾波器可消除干擾和噪聲1。

• 信號增益：能夠?qū)νㄟ^濾波后的信號提供增益，增強(qiáng)信號強(qiáng)度，確保信號在經(jīng)過濾波后保持足夠的強(qiáng)度，在音頻放大和無線通信系統(tǒng)中尤為重要1。

• 改善信號失真：由于使用運(yùn)算放大器等有源元件，輸出信號的失真較低，適用于高質(zhì)量音頻設(shè)備和其他要求高信號保真度的應(yīng)用，可提高音頻、視頻及其他信號的質(zhì)量1。

• 提高阻抗匹配：提供電氣阻抗匹配功能，減少信號傳輸中的反射和損耗，確保信號能夠高效傳輸至后續(xù)電路，對于高頻信號處理和射頻應(yīng)用尤其關(guān)鍵。

4.3 其他方面

• 抗電磁干擾：在電子設(shè)備中，有源濾波器可以抑制電網(wǎng)中的電磁干擾，減少外界干擾對設(shè)備的影響，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，同時也能防止設(shè)備自身產(chǎn)生的電磁干擾影響其他設(shè)備。

• 保護(hù)設(shè)備安全：具備過流、過壓、欠壓、溫度過高、測量電路故障、雷擊等多種保護(hù)功能，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)異常情況時，能夠迅速檢測并采取措施，保護(hù)設(shè)備免受損害，確保裝置和電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。

• 提升系統(tǒng)性能：在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，濾除電力系統(tǒng)中的諧波和干擾信號，使控制系統(tǒng)的信號更加準(zhǔn)確、穩(wěn)定，提高系統(tǒng)的控制精度和可靠性，進(jìn)而提升整個系統(tǒng)的性能。在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，用于濾除生物信號中的干擾和噪聲，提取有效的生理信息，提高診斷的準(zhǔn)確性。

五. 諧波污染的主要防范措施

為保證智能建對3A系統(tǒng)(自動化系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)通信自動化系統(tǒng))運(yùn)行的高可靠性要求，在設(shè)計和施工階段，目前主要采取以下措施預(yù)防諧波對電子設(shè)備的干擾。

• 為電子設(shè)備設(shè)計回路供電,盡可能避免諧波干擾沿供電線路竄人。

• 為易受干擾設(shè)備加裝線路濾波器,消除或抑制諧波分量,達(dá)到凈化電源的目的。

• 該設(shè)備配盡能離電流畸變嚴(yán)重的線路,以避免空間電磁干擾。

然而,這些措施卻不是從源頭對諧波污染進(jìn)行治理。

5.1 諧波保護(hù)裝置

我司推出的諧波保護(hù)器從源頭消除了諧波污染,為用電設(shè)備提供諧波保護(hù)功能。HPD采用了超微晶合金材料與創(chuàng)新科技的特別電路，在2kHz10MH頻段內(nèi)有較好的濾波吸收效果,對用電設(shè)備產(chǎn)生的隨機(jī)高次諧波和高頻噪聲、脈沖尖峰、電涌等干擾具有抑制和吸收作用;隨時測量電壓波形,瞬時濾除電源中的尖峰浪涌(雷電)、雜波,矯正因諧波影響而產(chǎn)生畸變的電壓波形;除對電源中的干擾噪聲有濾波作用外，還對電源波形有矯正作用,把有用的電能返還到電源,達(dá)到提高電能質(zhì)量的效果

ANAPF有源濾波器產(chǎn)品實物照片

5.2 安科瑞智能電容器產(chǎn)品

AZC/AZCL系列智能電容器是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補(bǔ)償設(shè)備。它由智能測控單元，晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，線路保護(hù)單元，兩臺共補(bǔ)或一臺分補(bǔ)低壓電力電容器構(gòu)成?？商娲Ｒ?guī)由熔絲、復(fù)合開關(guān)或機(jī)械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的自動無功補(bǔ)償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護(hù)方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?/span>

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，自動尋找適宜投入（切除）點，實現(xiàn)過零投切，具有過壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過諧保護(hù)、過溫保護(hù)等保護(hù)功能。

電容產(chǎn)品實物展示

AZC系列智能電容模塊AZCL系列智能電容模塊

安科瑞無功補(bǔ)償裝置智能電容方案

結(jié) 語

為保證現(xiàn)代智能建筑中各種不同類型設(shè)備和計算機(jī)及電子裝置正?？煽?、穩(wěn)定地運(yùn)行,所以要采取相應(yīng)措施,消除對用電設(shè)備具有破壞性的高次諧波、高頻噪聲、浪涌、尖峰瞬變等,防止計算機(jī)電子設(shè)備、PLC、電機(jī)電器等死機(jī),確保用電設(shè)備的使用壽命。