电气人必看！哪些行业的谐波危害需要治理及负荷分析

资讯 2022-07-03 易泵网手机阅读

美国电力科学研究院EPRI最近的告指出，全美因谐波等电能质量损失达几百亿美元。在中国，由谐波污染带来的电能质量损失可能更大。

01城市轨道交通

负荷分析： 城市轨道交通的用电负荷按其功能不同可分为两大用电群：

01：电动客车运行所需要的牵引负荷；

02：车站、区间、车辆段、控制中心等其他建筑物所需要的动力照明用电，诸如：通风机、空调、自动扶梯、电梯、水泵、照明、AFC系统、FAS、BAS、通信系统、信号系统等。

城市轨道交通的供电系统中谐波源主要为：

牵引整流逆变装置产生的高次谐波（11次、13次等）；

其次是站用变电站中的大量非线性负荷（3次、5次、7次等）。

02医疗机构

随着各式高精密医疗电子设备入驻医院如，电子手术刀、医学影像检测仪器、机械手臂内视镜、呼吸循环仪器等，医生和患者可以通过电子与网络技术第一时间掌握病患的诊断数据、图像与病历，为下一步的治疗打下了坚定的基础!这些医疗仪器在提供百姓优良医疗质量的同时，却也因为仪器高负载特性，造成大量谐波污染，反而影响电网与电源质量。由于谐波所产生的电压与电流波动，对医疗仪器中的电子组件产生干扰，造成设备损坏或误动作，可能导致监控数据误差、断层影像错误、放射剂量失准、仪器过度放电、甚至是电子手术刀起火等攸关人命的危害。医院配电系统也可为国家强制性加装有源滤波器的行业。

负荷分析：医院配电系统主要负载为电子医疗精密设备（CT机、B超、X光机、核磁共振等）、照明及变频通风设备、计算机及UPS等。其中大部分为单相非线性负荷，低压配电网上谐波严重，主要谐波源可分为下面几种：

01：通风设备：为了节约能源，大部分医院均采用变频风机及空调。变频器是非常重要的谐波源，其总谐波电流畸变率达33%以上，会产生大量5、7次等的谐波污染电网。

02：照明设备：由于医院内部使用大量的荧光灯具，因此会产生严重的谐波电流，其中3次谐波为最高，当多个荧光灯接成三相四线负载时，中线上就会流过很大的三次谐波电流。

03：电子医疗精密设备：大型医院内的大型电子医疗设备一般为开关电源供电，开关电源设备会产生3、5、7次等谐波注入电网。

04：计算机及UPS：目前医院均为计算机网络管理，计算机的数量很大，此外服务器等数据存储系统必须配有UPS等备用电源。个人电脑的开关电源及UPS均为谐波源，会产生大量的3、5、7次等谐波。

总之，医院的低压配电系统有大量的谐波源负荷，会产生大量的3、5、7次等谐波，严重污染电网。大量的单相非线性负荷会造成三相不平衡、谐波超标、中性线谐波过载等电能质量问题，必须要治理谐波。

03电视台剧场

在电视台、剧场、舞台中，会运用大量的舞台照明设备、舞台机械控制室、空调机房等，这些都是重要的谐波源。并且，这些谐波又反过来影响了舞台照明效果、音响系统等，直接影响到到整场演出的效果。据分析，剧场电视台中存在的谐波主要有3次、5次、7次、9次、11次、13次等奇次谐波，在负载率为40%～50%时(为大剧院、电视台正常演出时常见的负载率)，系统中的谐波畸变率达到48%～53%，谐波含量已严重超标，并且中性线电流过大，达到约150A，而此时的相线电流约50A。特别是灯光硅控设备产生的3次谐波电流在中性线上叠加使得中性线电流过大，从而使得中性线电缆消耗增加，发热量增加，存在发生火灾的安全隐患，且易造成系统保护装置误动作，造成不明原因的断电，影响正常工作。

04钢铁冶金行业

我国是最早掌握金属铸造、金属热加工工艺的国家。现如今，金属铸造热加工工艺中更是涵盖了多种材质，铁、铝、铅、锡、铜等多种金属，再到各类合金，金属铸造热加工工艺也呈现了翻天覆地的变化，从原来的粗放式的生产模式，升级到了精密生产控制线，产品品质大幅提升的同时，生产的过程也更加的环保。

然而，由于金属热处理加热和保温时用到电阻炉、热处理炉、电弧炉、中频炉等电炉，冷却和流水线则用到变频器水泵、电机等为非线性负载设备，不可避免的带来了谐波，造成诸多不利生产的影响。如，引起电容振荡，使电容补偿器(容量1.1MVar)合闸即跳脱，无法投入使用;影响加热工艺，热处理装置的加热性能达不到预期的效果，加热速度成倍的延长;引起敏感的测量和控制设备多次无故损坏;影响变压器的安全运行，造成很大的供电安全隐患。

负荷分析： 钢铁行业主要负荷包括：

01：各类交直交型、交交变频的轧机

02：各类辊类负载

03：中频炉、电弧炉、转炉、氧枪的升降系统，电焊机，压焊机

04：钢水运送车

谐波电流一般以5次、7次、11次和13次为主，如果系统存在大量单相谐波源，则谐波电流还包括3次谐波。

冶金行业（尤其是有色冶金行业）：

冶金行业主要负荷：

各类整流、电解设备

谐波电流5次、7次、11次和13次为主。

05智能楼宇

随着楼宇建设的数字化、智能化，计算机、变频空调、LED电源、升降电梯等设备大规模配备，为智能楼宇引入了新的电能质量问题-谐波，大量的非线性负荷导致电压、电流谐波严重畸变、功率因数低。

负荷分析：电信建筑中通信设备、数据机房设备、专用机房空调设备对供电连续性要求非常高，对电压波动非常敏感，各种电磁干扰会对数据交换设备造成影响。

电信建筑中存在大容量的谐波源负载，大部分为单相非线性负荷，包括：

01：UPS电源，单机容量大，大部分为6脉波的UPS不间断电源设备（3次、5次、7次等)

02：开关电源，主要用于计算机等办公设备供电电源，数量多（3次、5次、7次等）

03：变频空调、电梯、水泵等，大量使用，变频驱动设备为主要谐波源（5次、7次等）

06纺织、造纸行业

自2008年经济波动后，随着纺织的出口转内销及行业内部自身的调整，纺织品服装生产的自动化、智能化水平的不断提升，大量自动控制设备和电力电子设备被应用于纺织生产线。大量高科技的运行，从纺纱到织布的整个生产流程中用到了大量变频调速装置，导致用电系统出现了越来越多的电能质量问题，谐波，并对生产线造成了很多不利影响：导致生产线锦纶切片、浆纱机、并纱机、自动络筒机、精梳机、清梳联设备、捻机等用到自动控制设备和电力电子设备加热温控失灵，造成产品品质严重下降，给企业造成巨大经济损失;使配电室变压器、母线等电气元器件严重发热，隐患大。

负荷分析： 变频器作为设备传动的核心部件在造纸行业应用广泛，变频器的大量应用，必将产生大量的5、7、11、13次谐波。

07烟草制造行业

中国是全球最大的烟草消费市场，全球40%以上的烟草制品来自中国。随着自动化技术的发展，烟草制造的繁复步骤，诸如烟草的拣选、熏蒸、除骨、压片、切丝、干冷、加香、卷制、包装等通过采用各种机械设备提升烟草生产的效率与质量，极大的节省了人力物力，然而却带来很多新的电能质量问题—谐波。据了解，一个该烟草每月因谐波问题埋单的损失每月高达几十万。

负荷分析： 卷烟厂的负荷种类多，主要包括：

01：生产设备：制丝生产线、卷机包生产线、装封箱等生产线上的生产设备；这些生产设备均为变频驱动设备，谐波污染严重；

02：动力中心负载：包括风机、水泵等。有大量的变频设备，谐波污染严重。

变频器的大量应用，必将产生大量的5、7、11、13次谐波。

08市政工程

污水处理厂用电设备主要包括泵类、搅拌器、鼓风机类等负载。风机、泵类一般都要求变频，然而变频器是特别大的一个谐波源，因此会为系统带来特别严重的谐波污染与谐波干扰，影响系统的工作，经常性的烧坏电气元件。同时系统中也有很多电力电子类元器件，如UPS、开关电源等，都是重要的谐波源。因此，为了保障居民的正常用水，污水处理厂一般需要加装有源电力滤波器来治理谐波。

电动汽车充电站作为电动汽车的配套设施，为电动汽车的运行提供能量补给，是电动汽车的重要基础支撑系统。充电站内采用将交流电源转化为直流电源的充电机，为电动汽车的车载蓄电池充电。充电(站)桩采用的充电机是非线性设备-电动汽车充电站内的充电机一般采用桥式可控硅整流装置，整流装置就是重要的谐波源，降低供配电系统的可靠性，并危害其他用电设备的安全运行，因此，电动汽车充电站在设计之初就配有了HDA有源电力滤波器。

负荷分析：6脉波交流变频驱动系统，将会产生5次，7次，11次，13次等次谐波。

09汽车生产行业

汽车车间(冲压车间、焊装车间、总装车间等)大量使用电焊机、激光焊机和大容量的感性负荷(以电动机为主)等非线性负荷，导致了该车间所有变压器负荷电流都存在严重的谐波电流3次、5次、7次、9次和11次为主，400V低压母线的电压总畸变率达到5%以上，电流总畸变率(THD)达到了40%左右，造成400V低压供配电系统电压总谐波畸变率严重超标，并导致了用电设备和变压器存在严重的谐波功率损耗。同时，生产车间所有变压器负荷电流都存在严重的无功功率需求，部分变压器平均功率因数仅为0.6左右，存在严重的功率损耗问题，并导致变压器输出有功容量严重不足，谐波的干扰使得该汽车现场总线自动化生产系统无法正常工作。

负荷分析：车间大量使用电焊机、激光焊机和大容量感性负荷（以电动机为主）等非线性负荷，导致了车间变压器负荷电流都存在严重的谐波电流，谐波电流以3次、5次、7次、9次和11次为主。

10制药企业

很多的制药厂意识不到，自己的工厂之内存在严重的谐波污染问题。特别是高次谐波，还有少量的三次谐波，严重干扰到工厂的正常生产。制药行业的负载主要是变频器所带的泵类、空压机、搅拌器、风机、离心机、冰机、提纯设备等。泵类负载量大而广，主要有冰水泵、循环水泵、冷冻水泵、深井潜水泵、排污水泵、真空泵等，泵类负载一般属于平方转矩类负载，而深井潜水泵、真空泵相对负载较大。

空压机主要为发酵罐供气。搅拌器类负载也是制药车间比较常见、应用比较多的负载，功率规格较多。离心机类负载为大惯性负载。风机类负载主要是锅炉鼓、引风机。由于制药厂的负载多由变频器拖动，变频器在运行过程中会产生大量高次谐波，而工厂的照明很多时候会用到荧光灯等，荧光灯工频工作时产生大量的三次谐波分量。

11造船行业

谐波污染情况在造船业普遍存在，现场实际的电流谐波THD往往高达30％以上，谐波实际上是一种严重的干扰，且现实与潜在危害很大，注入公用电网就会使电网受到“污染”，对连续安全供电构成严重威胁。

在很多造船行业的实际现场，由于电网谐波污染而导致的电容器发生损坏以及线路发热的情况非常严重。很多造船厂内一些无功补偿装无法投入、闲置不用，从而造成无功指标低下，进一步造成变压器和线路的进一步发热，能耗加大；或者出现投入使用的电容频繁损坏的情况，极大增加了投资成本，且时刻面临谐振风险造成供电安全问题，甚至导致其他设备损坏。

负荷分析： 造船行业主要负荷：

01：码头与厂内的大型起重机设备，翻斗车

02：各类焊机

03：船上的各类电源，传动系统

04：船闸控制系统

05：各类门机、桥吊、行车、龙门吊

06：皮带与传送设备

谐波电流一般以5次、7次、11次和13次为主，如果系统存在大量单相谐波源，则谐波电流还包括3次谐波

12石化和天然气行业

石化行业生产线长、涉及面广，自动化程度高，复杂的装置间关联度。由于生产的需要，存在大量快速变化的冲击性负荷，电力负荷构成也发生了质的变化。大量非线性负载的接入不可避免地产生诸多电能问题：电压地闪变及波动、功率因数偏低、无功消耗过大、谐波干扰等。其中谐波干扰的问题是目前石化行业电能质量最为关注的问题。

天然气管线压气站驱动压缩机的变频器一般功率在10～18MW之间，近年来，采用变频器进行压缩机调速的压气站逐渐增多，以变频器为代表的电力电子装置已经成为压气站电气系统中最主要的谐波源之一。由于变频器由大功率电力电子元器件组成，在运行过程中会产生高次谐波电流，从而对压气站的供电系统产生干扰。

负荷分析：石化和天然气行业主要负荷：

01采用中低压变频与调速的钻机、潜油泵、风机等；

02炼制环节的蒸馏、裂解、催化、加氢、糠醛等生产线（变频器与 UPS），聚酯切片类负载。

UPS电源，大部分为6脉波的UPS不间断电源设备，主要产生3次、5次、7次等谐波

变频器的大量应用，必将产生大量的5、7、11、13次谐波。