針對國內(nèi)冶金行業(yè)使用非常廣泛的中頻爐諧波治理情況，根據(jù)大量工程案例的實(shí)施和分析，上海坤友電氣有限公司節(jié)選出測試概況、測試依據(jù)、測試儀器、測試方法、測試內(nèi)容及結(jié)果、測試結(jié)論等精華內(nèi)容，并提出了諧波治理措施的建議。

1.測試概況

為了查明某市非線性負(fù)荷的諧波污染情況，為今后諧波治理提供依據(jù)，2010年8月2日上海坤友電氣有限公司在某市供電局用電科有關(guān)同志配合下對某鋼業(yè)有限公司1.5噸中頻電爐進(jìn)行了諧波調(diào)查測試。該廠由35KV大青變的10KV配電線路供電。與中頻電爐配套的配電變壓器的主要有關(guān)參數(shù)如下：型號為S9－1250／10，額定電壓10KV±5％／750V，10KV側(cè)額定電流為72.2A，短路阻抗5.46％。中頻爐由陜西省某市中頻電爐有限公司制造。測試了煉一爐鋼的全過程中產(chǎn)生的諧波電流。測試結(jié)果表明，目前省內(nèi)普遍使用的中頻電爐的5次、7次諧波電流超標(biāo)嚴(yán)重，值得引起各有關(guān)管理部門重視。

2．測試依據(jù)

（1）國標(biāo)GB／T14549－93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》；

（2）原電力工業(yè)部的《電網(wǎng)電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)定》；

3．測試儀器

Fluke 430電能質(zhì)量分析儀；以上儀器的技術(shù)規(guī)范符合諧波國標(biāo)對諧波測試儀器的精度要求。

4．測試方法

4.1測量信號的抽?。弘妷盒盘栆驘o法抽取信號暫未測量；電流信號取自被測10KV線路測量CT的二次回路試驗(yàn)端子接入電能質(zhì)量分析儀的電流輸入端，CT變比為100／5。

4．2測量儀器的設(shè)置：用Fluke 430電能質(zhì)量分析儀測量；將儀器設(shè)置為自動(dòng)定時(shí)測量方式，每兩次測量間隔為一分鐘，設(shè)置諧波次數(shù)為第2次－－～25次，進(jìn)行一爐煉鋼周期的連續(xù)諧波測量。

4.3數(shù)據(jù)處理方法：測量完畢后利用儀器的后臺分析功能，對定時(shí)測量的存盤數(shù)據(jù)文件作統(tǒng)計(jì)分析，得到各次諧波的95％概率值、*大值、*小值和平均值，并以*大相的95％概率值作為*終測量結(jié)果，與國標(biāo)的限值或允許值比較來確定諧波電流是否超標(biāo)。

5．測試內(nèi)容及結(jié)果

5.110KV側(cè)諧波電流的測量統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如下

5次超標(biāo)6.36倍

7次超標(biāo)3.57倍

11次超標(biāo)1.45倍

13次超標(biāo)83％

23次超標(biāo)2.38倍

25次超標(biāo)2.55倍

總諧波含量18.71

注：上表中的國標(biāo)諧波電流允許值系按國標(biāo)在基準(zhǔn)短路容量下的允許值按國標(biāo)中提供的公式換算后求得。換算的計(jì)算參數(shù)為：公共連接點(diǎn)（35KV大青變10KV母線）*小短路容量49.44MVA；公共連接點(diǎn)的供電設(shè)備容量8MVA；用戶的用電協(xié)議容量1.25MVA。5.2將10KV側(cè)諧波電流統(tǒng)計(jì)結(jié)果折算到750V側(cè)的諧波電流及5.3典型的波形（略）

6．測試結(jié)論

6.1該公司1.5噸中頻電爐在在正常開爐冶煉過程中，在配變10KV側(cè)的主導(dǎo)諧波電流是5次、7次、11次等六脈動(dòng)整流的特征諧波，其中5次諧波電流*大值達(dá)16.7A，95％概率值為15.5A，超標(biāo)6.36倍；7次諧波電流*大值為9.093A，95％概率值為9.003A，超標(biāo)3.57倍；11次諧波電流*大值達(dá)6.762A，95％概率值為3.964A，超標(biāo)1.45倍；23次和25次諧波電流的95％概率值分別為2.969A和2.841A，分別超標(biāo)2.38倍和2.55倍；總的諧波電流*大值為20.98A，95％概率值為18.71A。可見5次和7次諧波電流嚴(yán)重超標(biāo)，11次，23次和25次超標(biāo)也比較嚴(yán)重。6.2將10KV側(cè)折算到750V側(cè)5次諧波電流*大值達(dá)222.7A，95％概率值為206.7A；7次諧波電流*大值為121.2A，95％概率值為120.0A；11次諧波電流*大值達(dá)90.2A，95％概率值為53.5A；總的諧波電流*大值為279.7A，95％概率值為249.5A；總的諧波電流含有率達(dá)到基波電流的22.43％。中頻電爐在運(yùn)行時(shí)注入電網(wǎng)的5次和7次等諧波電流嚴(yán)重超標(biāo)。由于目前中頻電爐的使用比較普遍，故對電網(wǎng)造成嚴(yán)重的諧波污染和干擾影響，威脅到電網(wǎng)設(shè)備的**運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)引起用電管理部門和用戶的高度重視。因此，根據(jù)“誰干擾，誰污染，誰治理”的原則，必須在諧波源用戶就地采取抑制諧波的措施，這是*經(jīng)濟(jì)有效的。如果該廠是長期使用該中頻爐的話，上海坤友電氣有限公司建議該廠在配變的低壓側(cè)加裝5次、7次及高通濾波器，就地濾除主要次諧波，將諧波水平限制到國標(biāo)允許值范圍之內(nèi)。

關(guān)于電弧設(shè)備、整流設(shè)備的諧波治理現(xiàn)在很多鋼廠、鋁廠的電弧爐、中頻爐都會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，根據(jù)上海坤友電氣有限公司積累的案例來看，治理的方式是不一樣的。

（1）如果諧波源是電弧設(shè)備，因其存在間諧波，諧波頻譜偏低，相角、幅值波動(dòng)較大，加上功率快速閃動(dòng)，所以用普通并聯(lián)無源濾波器效果不佳。

（2）如果諧波源是整流換流設(shè)備，則可在低壓母線側(cè)加裝并聯(lián)無源濾波器，只要濾波器容量設(shè)計(jì)足夠，調(diào)諧點(diǎn)和支路數(shù)合理，其效果就有保證。適當(dāng)改變諧波電流分布或網(wǎng)絡(luò)諧波阻抗，同時(shí)也改善了電網(wǎng)的諧波電壓水平。

中頻爐諧波實(shí)測資料之一中頻對電網(wǎng)造成的諧波肯定會(huì)有，只是大小的問題，而且根據(jù)現(xiàn)場工作經(jīng)驗(yàn)燒毀電容的時(shí)候是有的。一個(gè)地區(qū)中頻電爐的量太大或者說采用可控硅整流方式工作的電器設(shè)備功率太高必然會(huì)對電網(wǎng)造成嚴(yán)重污染，污染的程度要是線路的的負(fù)載能力（即變電站的主變壓器輸出功率）而定。另外如果中頻的進(jìn)線電抗器的電感值太小或有些用戶在因空心電抗燒毀而不用時(shí)，所造成的污染會(huì)更大一些。今年，北方某地區(qū)曾治理過中頻電爐對電網(wǎng)的污染，所有采用雙變壓器供電的中頻電爐必須采用十二相整流，由供電部門進(jìn)行變壓器的改造（費(fèi)用用戶自付），另外，我們也知道因中頻設(shè)備造成的電網(wǎng)危害有多大，因?yàn)樵谖业闹苓叺貐^(qū)曾有過燒毀電視機(jī)的情況。*嚴(yán)重的一次燒毀電視機(jī)及其它電器達(dá)幾十臺。

要注意中頻電爐產(chǎn)生的高次諧波對電網(wǎng)的危害中頻爐由于是經(jīng)整流后變?yōu)橹蓄l，其產(chǎn)生高次諧波對電網(wǎng)的危害很大，使一些電器設(shè)備損壞，特別是電力電容器，對現(xiàn)有的中頻爐進(jìn)行實(shí)測，沒有加裝電力濾波器的中頻爐均超過國標(biāo)GB／T14549－93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》中規(guī)定的允許值，又根據(jù)電力部的規(guī)定：”因電網(wǎng)或用戶用電原因引起的電能質(zhì)量不符合國家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，按“誰干擾，誰污染，誰治理”的原則及時(shí)處理，并貫穿于電網(wǎng)及用電設(shè)施設(shè)計(jì)、建設(shè)和生產(chǎn)的全過程。”因此，目前電力部門已重點(diǎn)整治。希望中頻爐工廠引起重視。為了使加裝的電力濾波器能有較小的費(fèi)用，在購中頻爐時(shí)，要中頻爐生產(chǎn)廠家提供中頻爐產(chǎn)生的諧波資料及保證條件。

關(guān)于整流制式和高次諧波影響關(guān)于整流制式和高次諧波影響：在存在可控整流的應(yīng)用場合，不可避免地要在上級電網(wǎng)中產(chǎn)生高次諧波；一般說來，在考慮整流制式和高次諧波時(shí)應(yīng)注意以下四個(gè)因素：

1．整流裝置的制式：大中容量中頻裝置常用的有三相六脈波全橋可控橋式整流，三相十二脈波雙全橋可控整流等等，一般來說同樣工況條件下，整流脈波數(shù)越大，高次諧波影響就越小。

2．電源裝置的容量：中頻裝置容量越大，在整流α角后移時(shí)高次諧波影響就越大，所以有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推薦1000KW以下的中頻裝置采用六脈波整流，1000KW以上的中頻裝置根據(jù)容量大小，采用12脈波、24脈波整流。

3．中頻裝置的工作狀態(tài)：對一定容量的中頻裝置，其輸出功率越接近滿功率，高次諧波影響就越小，其輸出功率比較小時(shí)，高次諧波與工頻基波的比值較大，所以在大功率中頻裝置選擇功率容量時(shí)，應(yīng)盡可能使它與大多數(shù)工作時(shí)間的輸出功率相接近。

4．上**電網(wǎng)短路容量：上**電網(wǎng)短路容量大，對中頻裝置產(chǎn)生的高次諧波影響的承受能力就較強(qiáng)，反之高次諧波造成的影響就比較嚴(yán)重。

關(guān)于整流制式和高次諧波影響自然功率因數(shù)是補(bǔ)償前還是補(bǔ)償后的，這是兩個(gè)概念。COSθ指的是系統(tǒng)的自然功率因數(shù)，它反映了系統(tǒng)感性的程度，一般在0.05～0.25之間，逆變側(cè)補(bǔ)償后的功率因數(shù)一般用COSφ表示，在負(fù)的0.7～0.9之間。即工作在過補(bǔ)償工況，或者說負(fù)載回路工作在容性狀態(tài)。

關(guān)于電磁干擾半導(dǎo)體整流設(shè)備的確存在對電網(wǎng)的污染，這個(gè)問題不光在中頻感應(yīng)設(shè)備上，采用移相方式整流的設(shè)備（如電鍍、直流調(diào)速，包括調(diào)光臺燈）都有這個(gè)問題，這一點(diǎn)大家應(yīng)該是形成共識的，不必要再討論。問題在于：這種污染究竟到什么程度、造成的損失有多大，是否必須消除，這是技術(shù)角度考慮。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，消除這種污染的投入產(chǎn)出比怎么樣。有些技術(shù)有一個(gè)接受的過程，超前不等于熱銷，市場接受能力如何，也是產(chǎn)品是否有銷路的主要問題。

1．一般認(rèn)為造成污染主要是高次諧波，污染的途徑一是通過電力線污染電網(wǎng)，二是通過空間輻射干擾其他用電器和無線電設(shè)備，包括中頻設(shè)備感應(yīng)圈使周圍導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)發(fā)熱。對于種污染，變壓器作為一個(gè)大電感的電路元件，可以起到較好的隔離作用，對消除通過電力線污染電網(wǎng)，這個(gè)作用是可以得到肯定的。不知道測試參數(shù)（雖然沒有看到）是在變壓器前邊還是變壓器之后，具體數(shù)量級是否到了非治理不可的程度。

2．如果當(dāng)?shù)貙ξ廴締栴}（假設(shè)有）壓力不大，用戶肯定要考慮是否合算。是否要加這個(gè)設(shè)備，實(shí)際不由中頻設(shè)備生產(chǎn)廠家決定，因?yàn)檫@個(gè)成本還是要加到用戶開銷上，主要取決于用戶要求。也不見得因?yàn)橛形廴締栴}，中頻設(shè)備就不用了，設(shè)備就賣不出去。中頻設(shè)備生產(chǎn)廠家不見得就害怕這個(gè)東西，大家討論也并不是要一棍子打死。

要注意中頻電爐產(chǎn)生的高次諧波對電網(wǎng)的危害某用戶有一400KW中頻感應(yīng)加熱設(shè)備，系由一臺1250KVA變壓器供電，（1250KVA變壓器同時(shí)供應(yīng)其他車間的設(shè)備用電）配電室內(nèi)裝有容量約280KVAR補(bǔ)償電容柜。當(dāng)400KW中頻爐沒有工作時(shí)，280KVAR補(bǔ)償電容全部投入工作，其補(bǔ)償電流約為560A（正常）；當(dāng)400KW中頻爐投入工作時(shí)，280KVAR電容全部投入工作，其補(bǔ)償電流約為700A，且其電流是隨中頻爐功率的提升從560A慢慢地上升到約700A（不正常）。

分析：”一400KW中頻感應(yīng)加熱設(shè)備，系由一臺1250KVA變壓器供電，（1250KVA變壓器同時(shí)供應(yīng)其他車間的設(shè)備用電）配電室內(nèi)裝有容量約280KVAR補(bǔ)償電容柜。當(dāng)400KW中頻爐沒有工作時(shí)，280KVAR補(bǔ)償電容全部投入工作，其補(bǔ)償電流約為560A（正常）；當(dāng)400KW中頻爐投入工作時(shí)，280KVAR電容全部投入工作，其補(bǔ)償電流約為700A，且其電流是隨中頻爐功率的提升從560A慢慢地上升到約700A（不正常）。”這是由于280KVAR補(bǔ)償電容使中頻爐流入電網(wǎng)諧波放大，280KVAR補(bǔ)償電容的電流中有較大的諧波電流，因此，從560A慢慢地上升到約700A，電容器會(huì)發(fā)熱或熔絲熔斷，有的會(huì)發(fā)出聲音。應(yīng)安裝濾波裝置，既消除部分高次諧波。

如何抑制中頻爐的諧波干擾據(jù)以往上海坤友電氣有限公司測量的數(shù)據(jù)可知，0.75噸的中頻爐的平均功率在450KW，無功功率在180KVAR左右。諧波電壓畸變率一般在15％左右，諧波頻譜主要集中在250HZ，大約在130A左右，350HZ大約在60A左右。如果對5次和7次采取濾波措施，則可以保證大部分的諧波電流被吸收，保證上**電網(wǎng)的用電**。該濾波器采用LC濾波基本原理，在濾波的同時(shí)補(bǔ)償電網(wǎng)的功率因數(shù)，可以達(dá)到非常滿意的效果。