配電係統中多功能諧波保護器的應用

1、引言
　　為適應現代社會的信息化，並且隨著計算機技術、通信技術和控製技術的不斷發展，智能建築不斷地日新月異，同時智能建築中使用了大量的現代化用電設備和裝置如計算機、通訊係統、網絡控製設備、各種數字辦公設備、燈光調控係統、消防係統、監控係統、變頻空調等，造成了惡劣的諧波環境，對保證電力係統和設備的**正常運行造成了極大的威脅。
　　電子計算機、微處理器以及其它電子儀器設備普遍存在著絕緣強度低、對諧波環境要求高、過電壓耐受能力差的弱點。高次諧波汙染往往使得這些高靈敏的電子係統在運行時，經常出現程序運行錯誤、數據錯誤、時間錯誤、死機、無故重新啟動，甚至造成用電設備的長久性損壞，給人們的工作和日常生活造成了巨大損失。
　　在消除或抑製諧波危害方麵，智能建築係統以往隻是采取一些防範措施，如根據負載確定電力變壓器額定容量時，考慮諧波畸變而留有裕量；為易受乾擾的設備加裝線路濾波器等，但是這些措施無法從根本上消除諧波危害。
　　諧波實際上是一種乾擾，注入公用電網就會使電網受到“汙染”，高次諧波還會直接對用電設備產生危害，造成電纜電線過熱，絕緣加速老化，線間短路和接地故障，供電係統損耗增加，係統功率因數降低，過零噪音，浪費係統容量，降低保護作用，使醫療設備誤動作等。近年，隨著知識經濟與信息時代的到來，電子計算機、微處理器、精密醫療儀器以及其它數字化電子設備應用日益普遍，這些電氣設備都對電源的諧波質量具有很高的要求。遇到高次諧波時，經常會出現程序運行錯誤、數據錯誤、時間錯誤、死機、無故重新啟動甚至導致長久性損壞。目前，發達國家均已製定了諧波限定的標準與規範。國際電工委員會IEC於1982年開始製定IEC955－2，明確提出對諧波限定的要求，1994年及1995年又修訂為IEC－1000－3－3《額定電流不小於16A的設備在低電壓係統中電壓波動及閃爍的限值》和IEC－1000－3－2《每相電流小於等於16A的設備諧波電流的發射限值》。美國電子電氣工程師協會IEEE於1992年製定了諧波限定標準IEEE－1100。我國也已於1993年頒布了GB/T14549－93《電能質量、公用電網諧波》的國家標準，明確規定了電網標稱電壓380V，電壓總諧波畸變率THD限值5％以下[1]。
　　目前國內*新技術的KYXBQ多功能諧波保護器能吸收各種頻率各種能量的諧波乾擾，將諧波消除在發生源，自動消除對用電設備產生的隨機高次諧波和高頻噪聲、脈衝尖峰、電湧等乾擾。
　　2、諧波的危害
　　根據相關規範，電網諧波（分量）的定義為“對周期**流量進行傅立葉級數分解，得到的頻率為基波頻率整數倍的分量”。理想的供電應是單一恒定頻率與規定幅值的穩定電壓，但隨著各種新型、高效、多功能用電設備的不斷更新，這些非線性電氣設備使電網電壓、電流波形實際上是不同程度畸變的非正弦波，非正弦波含有會直接對人體及用戶設備產生危害的高次諧波。
　　智能建築中諧波主要來自於兩個方麵，一是大量非線性負荷形成的諧波源，例如：計算機係統、開關電源、電子式熒光整流器等導致配電係統的電壓、電流發生畸變產生諧波；二是公用電網本身具有一定的諧波含量和配電變壓器作為諧波源產生的諧波，由電網側傳輸至配電係統[2]。
　　2.1電腦死機
　　由設備自身產生的接地電流在設備和真實地之間引發一個電壓降。雖然設備能將這種擾動的敏感性降低，但不能徹底消除，特彆是當噪聲頻率比較高的時候。
　　2.2屏幕頻閃
　　3n次諧波在中性線上疊加。中線回流能夠在建築物金屬結構上任意流動，從而產生不受控製的磁場，即引發計算機屏幕的頻閃現象。
　　2.3燈光頻閃
　　由於開關、短路以及負載變化而引起的短時間電壓變化將會引起燈光頻閃。過度的頻閃將會導致人體不舒服。
　　2.4影響控製裝置的正常運行
　　嚴重的諧波畸變會引起在一個正弦周波內的額外過零點，會影響測試設備。使程序控製裝置的同步性可能**擾，PLC可能會死機。
　　2.5數據網絡堵塞
　　智能建築中線纜密布、係統設備繁多，微電子裝備複雜，且防護能力單簿，高次諧波將會使智能化係統設備產生誤碼、錯碼，產生誤動作；使信號係統受到汙染、產生噪聲，甚至連通話質量都不能保證。隨著在IT設備中低電壓信號使用的增加，比特錯誤率也隨之提高，甚至可以高到使整個網絡癱瘓。
　　2.6功率因數補償設備產生問題
　　在諧波電壓作用下，電容器會產生額外的功率損耗，加快絕緣介質的老化。更為嚴重的是，大量諧波電流很可能引發電容器和係統其他元件之間的並聯諧振或串聯諧振，造成電容器超載而損壞，也會使與電容器聯接的配電回路中所有線路、設備因電壓閃變超壓過負荷而損壞。據統計，70％以上的諧波故障發生在電容器裝置上。
　　2.7保護裝置的誤跳閘
　　配電回路的諧波電流含量高會使斷路器遮斷能力降低。這是因為畸變電流過零點時，電弧電流隨時間的變化率要比工頻正弦電流大，電弧電壓的恢複要迅速得多，使電弧容易重燃。因此導致誤跳閘或是在該跳閘的時候根本不跳。漏電電流可能會達到使漏電保護裝置動作的設定值。事實表明，空氣電磁斷路器不能遮斷其分斷能力範圍內波形畸變率超過50％的故障電流，還會導致斷路器損壞。
　　2.8嚴重乾擾感應式電能表計
　　在諧波環境下，電能表記錄的是基波電能及部分諧波電能，後者將使得用電設備性能變壞，因此用戶不但多交電費，而且受到損害。
　　2.9在負載適中情況下變壓器過熱現象
　　諧波會引起變壓器產生額外損耗，這些損耗將會導致早期故障。當前隨著裝置需要運行到極限值的趨勢以及低電壓係統日益增高的諧波汙染，這個問題也變得日趨嚴重。
　　2.10感應電動機
　　電壓諧波會導致直接的感應電動機的額外損耗。高次諧波導致的扭矩脈動在聯軸器和軸承處會產生磨損和裂紋。由於速度是固定的，在諧波裡儲藏的能量就以額外的熱量形式散發了，導致設備過早老化。
　　2.11集膚效應引起的導線過熱
　　對電力電纜和配電線路，諧波電流頻率增高引起明顯的集膚效應，導線電阻增大，如一根直徑為20mm的導線在350Hz時具有比其直流電阻率高60%的視在電阻。線損加大，發熱增加，絕緣過早老化，容易發生接地短路故障，形成潛在的火災隱患。在智能建築中大量集中使用電子計算機和大麵積采用電子節能氣體光源照明的場合，零線電流甚至達到相線電流的兩倍，致使零線過熱、燒毀，甚至導致火災。
　　2.12KYXBQ多功能諧波保護器的節能基礎理論
　　KYXBQ多功能諧波保護器是一種無源型的並聯在用戶電路中連續不斷地監測該電力係統中電流的狀態，同時阻隔並吸收掉電路中的高次諧波，使各類設備本身產生的諧波不乾擾其他設備的電力裝置。
　　A.當消除諧波後，勢必會減少導體的集膚效應，避免導體的溫度升高，使變壓器的銅損、鐵損大為降低，減少不必要的能耗。
　　B.糾正波形並把它吸收以後返回電路係統，這是KYXBQ多功能諧波保護器所具有的其他任何節能係統的優勢。
　　C.在消除了諧波的同時，KYXBQ多功能諧波保護器還消除了對用電設備**破壞性的浪湧電壓、尖峰信號等雜波，從而使各相電路中的電流、電壓趨於平衡，相位差保持一致，充分發揮了各類設備的設計功能，以達到節約電能的目的。由於導體中高頻諧波引起的渦流現象，會造成多達20%的能量損失。如果安裝了KYXBQ多功能諧波保護器以後，就可以100%的消除電流渦流。

　　3、KYXBQ多功能諧波保護器的典型應用
　　3.1KYXBQ多功能諧波保護器保障醫院**醫療設備的正常運轉
　　現代化醫療機構為提高醫療服務水平，不斷引入新型、複雜的各種先進醫療設備如磁共振成像(MRI)、全身螺旋CT掃描儀、高頻電刀等等。這些先進的醫療設備都具有**的計算機部件和大量的高靈敏微電子器件，對供電電源的諧波質量要求很高。
　　由於高次諧波的存在，操作人員在工作中經常遇到這些先進的醫療儀器和設備出現故障，輕則出現數據差錯、圖像模糊、信息丟失，工作受到乾擾。重則硬件突然損壞，軟件遭到衝擊，儀器設備無法繼續正常工作。特彆是檢測人體生物電信號的儀器設備，如心電圖機、腦電圖機、心電監護儀、超聲診斷儀等直接接觸人體的儀器設備，由於信號非常的微弱，如果受到乾擾，就會在檢測結果如波形、圖形、圖像上疊加一種類似於某些病變的畸變（諧波）造成誤診，同時還會引起微電擊，嚴重時還有生命危險。因此在使用這些先進的醫療儀器設備時，應采取諧波保護措施，確保儀器設備的**。
　　*新技術的KYXBQ多功能諧波保護器能吸收各種頻率各種能量的諧波乾擾，將諧波消除在發生源，自動消除對用電設備產生的隨機高次諧波和高頻噪聲、脈衝尖峰、電湧等乾擾。
　　對帶有計算機係統的醫學儀器設備，當尖峰乾擾幅度達到2V～50V，時間持續數微秒時，可引起計算機邏輯錯誤、信息丟失等。諧波乾擾會使顯像管、X線影像增強管顯示圖像變形失真；加速器射線偏移；計算機磁盤、**記錄數據破壞；呼吸機工作失靈；心臟起博器工作失效等。現代醫院中含有豐富的現代精密醫療儀器，諧波汙染情況可以說是無處不在。
   3.1.1手術室
　　手術室中有電刀，除顫器、心電圖機等，諧波汙染會造成心電圖機輸出數據改變和γ計數器軟件故障等。
   3.1.2ICU（重症監護病房）
　　ICU病房在給病人提供支持**時，必須在病人附近同時安放和使用許多醫療設備，如心電監護儀、多功能呼吸機、心電圖機、起搏器等。諧波汙染嚴重而且複雜，更應采取諧波保護措施。
　　3.1.3放療科
　　放療科中移動式放射劑量測量係統（如速率計、校準室等）若遭受高次諧波乾擾，它們內嵌的電子元件可能記錄噪聲並改變數據輸出。
　　3.1.4醫學成像室
　　γ計數儀、移動式X射線機等極易受高次諧波乾擾而改變數據輸出。
　　醫院的信息網絡係統
　　醫療的特性決定了醫院信息網絡係統必須24小時全天候無間隙穩定運轉。高次諧波汙染往往使得這些智能化係統設備產生誤碼、錯碼，產生誤動作；運行時經常出現程序運行錯誤、數據錯誤、時間錯誤、死機、無故重新啟動，甚至可以使整個網絡癱瘓。
　　醫療儀器設備種類、規模和先進程度已成為現代化醫院的一個重要標誌，高精尖的醫療設備更是決定著醫療服務水平。大量的事實已經證明，諧波汙染已是造成大多數醫療儀器設備損壞及運行發生故障的“殺手”。為了保證醫生的正確診斷和不致延誤病人的病情，必須要為醫療機構創造良好的諧波環境。
　　上海坤友電氣有限公司推出的KYXBQ多功能諧波保護器將為現代化醫療機構**高效地使用先進的醫療設備帶來保障。KYXBQ並聯在電路中，本身不耗電。KYXBQ能有效消除、吸收設備中產生的高次諧波，清潔電能，減少對醫療器械的破壞和誤操作，確保醫務人員的正常工作和病人的**。同時也提高了設備的使用壽命，減少設備的維修和維護成本。
　　3.2KYXBQ多功能諧波保護器在煤礦**中的應用
　　煤礦提升機較普遍地采用晶閘管供電的直流拖動，稱為提升機晶閘管電控係統（SCR—D）。晶閘管電控係統具有調速平穩準確、效率高、容易維護、可引入計算機監控等優點。由於晶閘管變流器采用相切控製方式調節電壓或電流，使電網正弦電壓波形受到切割，並由此產生諧波電流，導致供電電網電壓波形畸變。SCR—D係統在整個運行期間功率因數偏低（一般在0.02～0.8之間），同時起動無功衝擊大，引起電網電壓發生波動，尤其對於礦井提升機這類大功率負載頻繁起動，無功衝擊導致電網電壓產生波動，對井上下電氣設備產生嚴重乾擾。
　　現代化的煤礦選煤廠也是諧波源負荷占總負荷比例*大的用戶。選煤廠大量采用整流供電的渣漿泵、真空泵、壓風機、振動篩等這些非線性電氣設備。為了節約電能，部分設備均大量使用晶閘管，而高次諧波問題又使電路的功率因數下降，造成選煤廠電氣元件及設備的故障和損壞。
　　煤礦用的通風機是重要的耗電設備。煤礦開采遵循以風定產的要求，有多大風量就允許有多大開采量，風量隨著煤的產量增加而增加。在采煤作業中瓦斯隨著煤的開采不斷湧出，湧出瓦斯與煤的開采量成正比，而保障每個煤礦工人正常工作所需的新鮮空氣也與煤的開采量成正比。因此為了煤礦生產**，所需風量、風壓隨著開采和掘進的不斷延伸，巷道延長，以及開采量的增加而增加，通風機需用的功率也隨之增加。通風機的耗電量往往占到生產電耗的15%~25%，因此也采用變頻調速技術進行節能改造。但高次諧波汙染可能造成設備故障和損壞，危及人身**和生產任務的順利完成，高次諧波的消除刻不容緩。
　　現代煤礦工業中由於電力電子以及電子計算機等現代技術的廣泛使用，對電能質量造成了很大的影響，危及到煤礦工業的**生產。針對越來越惡劣的電能質量，美國電氣控製公司推出的KYXBQ多功能諧波保護器為設備的正常運行提供了保障。KYXBQ並聯在電路中，本身不耗電。KYXBQ的使用減少了儀器設備的故障率和機器誤操作，**克服了由於諧波汙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**運行。
　　3.3KYXBQ多功能諧波保護器為**音響係統提供純淨的電源環境
　　音樂一直以來都是大眾所喜愛的高雅藝術，隨著科學技術的發展和人們生活水平的提高，各種高科技的音響設備更是走進了尋常百姓家。音樂成了人們生活中的一部分，音樂陶冶著人們的情操。人們對音樂的質量和音效更是提出了更高的要求。對音色、聲音的還原提出了非常高的要求。
　　KYXBQ多功能諧波保護器為**音響提供了純淨的電源環境，避免由於提供的電源的諧波造成音響失真。
　　1）音樂的主要因素
　　音高
　　音色
　　響度
　　2）高次諧波對樂音的影響
　　（1）音頻的失真
　　（2）高次諧波對**音響設備的影響
　　KYXBQ多功能諧波保護器使用非常簡單，它並聯在電路中，本身不耗電。實踐證明在音響係統中采用了KYXBQ後，傳統的數碼聲、晶體管聲被一掃而光，在各種檔次的音響係統中都起到了立竿見影的效果。
　　KYXBQ多功能諧波保護器使聲音中毛剌感消失，生硬變得柔滑；平麵式聲像變得醇厚飽滿；低音變得寬鬆，增加了彈性；聲場變得寬闊；聲像定位聚焦感也更強了。在彩電圖象上，穩定度增加、色彩豔麗、層次細節增強，噪點、噪聲變少、變小。在所有通訊、電腦、自動控製設備上，誤動作與故障率大幅度降低，設備運行穩定，受高次諧波乾擾的影響降到了*低。
　　KYXBQ多功能諧波保護器為**音響提供提供了純淨的電源環境，是高等級音響設備的必備基礎設施。
　　4、高次諧波汙染的消除
　　4.1對諧波汙染的防範
　　為保證智能建築對3A係統（設備自動化係統、辦公自動化係統、通信自動化係統）運行的高可靠性要求，在設計和施工階段，可采取以下措施預防諧波對電子設備的乾擾。
　　①為電子設備設計專用回路供電，儘可能避免乾擾沿供電線路竄入。
　　②為易受乾擾設備加裝線路濾波器，消除或抑製諧波分量，達到淨化電源的目的。
　　③使該類設備配線儘可能遠離諧波電流畸變嚴重的線路，以避免空間電磁乾擾。
　　從源頭對諧波汙染進行治理才是*根本的措施。
　　4.2多功能諧波保護器KYXBQ
　　上海坤友電氣有限公司推出的KYXBQ多功能諧波保護器從源頭消除諧波汙染，為用電設備提供了諧波保護。KYXBQ多功能諧波保護器采用了超微晶合金材料與**科技的特彆電路，對用電設備產生的隨機高次諧波和高頻噪聲、脈衝尖峰、電湧等乾擾具有抑製和吸收作用；隨時跟蹤電壓波形，瞬時濾除電源中的尖峰、浪湧（雷電）、雜波，矯正因諧波影響而產生畸變的電壓波形；對噪聲進行消化並把被吸收的噪聲能量部分返回到電網中以矯正電網波形，使電網電源波形變得光滑清潔，既提高了電網質量，又保證了儀器設備的正常運行。
　　4.2.1自動保護用電設備
　　KYXBQ能自動消除具有破壞性的高次諧波，高頻噪聲、浪湧、尖峰瞬變等，確保了用電設備的使用壽命。
　　4.2.2淨化電源
　　KYXBQ多功能諧波保護器具有很強的抑製和消除能力，*高可消除99%的因各種諧波引起的電壓、電流的畸變，防止諧波引發的計算機屏幕頻閃，以及由於開關、短路、負載變化引起的燈光頻閃。
　　4.2.3保護功率因數補償設備
　　高次諧波頻率可能和雜散的電網電感及功率因數補償（PFC）設備組合的諧波頻率形成並聯諧振回路，諧振電路引起的諧波放大使電壓和電流波形畸變更為嚴重，從而導致設備過早出現故障。KYXBQ消除了諧波汙染，確保了功率因數補償設備的使用壽命。
　　4.2.4防止保護裝置的誤跳閘
　　諧波電流會導致斷路器誤跳閘或是在該跳閘的時候根本不跳，KYXBQ多功能諧波保護器能有效地防止發生這樣的問題。
　　KYXBQ多功能諧波保護器典型接線圖

　　5、結束語
　　智能建築中的諧波汙染對設備造成了大量危害，因為它具有多發性、隨機性和不可重複性，造成智能建築中的用電設備性能下降、無法工作的現象時有發生。針對當前越來越惡劣的諧波環境，諧波保護器為用電設備的正常運行提供了保障。KYXBQ並聯在電路中，本身不耗電，它采用了新材料與新電路，能夠自動消除對用電設備具有破壞性的高次諧波、高頻噪聲、浪湧、尖峰瞬變等，淨化了電源，防止高次諧波引發的一係列問題；保護了IT設備，確保數字通信網絡的正常運行；提高了電力係統的功率因數，防止保護裝置的誤跳閘；保證了智能建築中各種不同類型的用電設備和計算機及精密電子裝置正常、可靠、高效地運行，同時有效地延長了用電設備的使用壽命。

參考文獻：
　　[1]朱東柏，劉驥。電力有源濾波及無功補償裝置的研究[J]。電機與控製學報，2002,(4):337一341
　　[2]戴瑜興，張義兵。智能建築諧波和無功功率的綜合治理[J]。電工技術雜誌,2003,****2.