ANHPD谐波保护器在行业的应用 安科瑞鲍静君
摘要：随着科学技术进步发展，越来越多的电力电子装置等非线性负载应用于企业当中，在带来节能与能量变换积极一面的同时，也产生了谐波等电能质量问题。特别是行业，对电能质量要求很高，其引进的设备 (如CT机、核磁共振、直线加速器等)，科室和病房都采用中央空调。这些设备的应用提升了服务水平，对于行业发展都具有重要意义。同时这些、高灵敏度、大电 流、大功率的设备会产生大量的谐波，而这些“谐波源”会对所用电设备以及其他设备(如彩超、化验室高精设备等)的运行和使用寿命造成严重影响。因此本文将对谐波保护器进行分析，并在此基础上研究谐波保护器的作用，进而探索谐波保护器的应用效果。
关键词：；高次谐波；谐波保护器
社会经济和科技的发展推动着控制技术、通信技术、计算机技术 的不断进步，在智能建筑中开始广泛应用变频空调、系统、消防系 统数字办公设备、通信设备、计算机等。与此同时这些设备和装置的应用也产生了相应的副产品谐波，而这严重的威胁了智能建筑系统和用户，使得相应设备的安全正常运行受到影响。为了满足社会生活发展需要一种能够对各种频率和各种能量的谐波干扰进行吸收并自动消除用电设备产生的随机电涌、脉冲尖峰、高频噪声、高次谐波的装置——谐波保护器应运而生。当前在智能建筑电力环境中谐波保护器被广泛应用， 为用电设备的有效运行提供了重要保障。
一、谐波保护器基本原理
谐波保护器是一种用于滤除高次谐波、保护精密仪器设备的新型保护装置，采用超微晶合金材料与创新的特别电路。它主要由电压箝位、低通滤波器以及吸收器组成，不但可以抑制和吸收用户用电设备产生的随机高次谐波和高频噪声、脉冲尖峰、电涌等干扰，而且能随时跟踪电压波形，瞬时滤除电源中的尖峰、浪涌、杂波，矫正因谐波影响而产生的高次谐波，从源头消除谐波污染，为用电设备提供保护功能。
谐波保护器的基本原理如图1所示（以三相为例）：以电压箝位实时监测电压的变化，使用低通滤波器滤除高次谐波，再运用吸收器吸收高次谐波的滤波设备。
图1 谐波保护器原理
二、谐波保护器的功能
，自动保护用电设备。在电路中并联谐波保护器能够实现具有破坏性的尖峰瞬变、浪涌、高频噪声、高次谐。它的有效消除，进而促进用电设备的安全稳定运行和提升用电设备的使用寿命。
第二，净化电源。谐波保护器的抑制和消除谐波能力显著，在并联谐波保护器的电路中99％因各种谐波引起的电压、电流的畸变都可以得到消除，同时谐波引发的计算机屏幕频闪、负载变化、短路、开关引起的灯管频闪都可 以得到避免。
第三，保护功率因数补偿设备。实际当中并联振回路会在高次谐波频率和杂散的电网电感及功率因数补偿设备的谐波频率的相互的作用下产生，电压和电流波形会在谐振电路引起的谐波放大作用下加剧畸变，进而刚氏设备使用寿命。此外谐波保护器能够对谐波污染进行净 化，为功率因数补偿设备的使用寿命提供。
第四，防止保护装置的无跳闸。断路器会因谐波电流的音响而发生断路器误跳闸，或者拒跳闸，而在电路中并联谐波保护器能够有效消除谐波电流，进而有效避免断路器发生误跳闸或者拒跳闸问题引。
谐波保护电器有从源头上消除谐波污染的作用，进而为用电设备的正常运行提供保障。在电力设备电路中并联谐波保护器，不仅能够对电力系统中的电流状态进行连续监测，还能够对电路中的高次谐波进行吸收和阻隔，进而避免其他设备受到设备本身产生的谐波的干扰。
三、谐波保护器在场所的应用
场所设备和仪器经常会受到高次谐波的干扰而发生故障，进而引发信息丢失、图像模糊、数据差错等影响正常工作的问题，更有甚者会使硬件和软件同时发生损坏进而影响仪器正常工作。所以应当利用谐波保护器对这些设备和仪器进行保护，进而保障仪器设备的安全运转。
谐波保护器是现代结构设备、安全运行的重要保障， 技术人员只需将其接入到电路中，设备中产生的高次谐波就会被其吸收，器械的破坏和误操作随之降低，进而为医务人员和病人的安全提供保障。同时谐波保护器本身并不耗电，设备在谐波保护器器的作用下使用寿命会被有效严惩，同时设备维修和维护成本也能得到降低。
大型设备使用是很频繁的，瞬间电流变化达几百安培，中央空调的运行使得内电网内产生的谐波都很大，而高精设备少值几万元，多值几百万元。因而谐波保护器在使用非常必要。
安科瑞ANHPD系列谐波保护器为行业供电系统出力，避免其高次谐波干扰，已运行项目有：大连友谊、院、浦口中、田阳县中、昆山第三等，以下为我司ANHPD对于高次谐波的治理效果展示，对于高次谐波抑制有非常显著的效果。
（1）50Hz工频电源迭加2KHz干扰信号
谐波保护器接入前 谐波保护器接入后
（2）50Hz工频电源迭加10KHz干扰信号
谐波保护器接入前 谐波保护器接入后
（3）50Hz工频电源迭加100KHz干扰信号
谐波保护器接入前 谐波保护器接入后
（4）50Hz工频电源迭加1MKHz干扰信号
谐波保护器接入前 谐波保护器接入后
四、安科瑞谐波保护器介绍
4.1主要技术参数
表3-1 ANHPD技术参数
4.2功能特点
•采用超微晶体的电路；
•吸收3KHz~30MHz频率各种能量的谐波干扰，消除高次谐波、高频噪声、脉冲尖峰、浪涌等干扰，矫正电压、电流波形；
•减少了用电设备的故障率和机器误操作，全面克服了由于高频谐波污染引起的干扰，保障了设备的安全运行；
•设备本身几乎不耗电，具有的经济性；
•结构设计合理，接线简单，安装方便。
五、结语
是未来用电设备发展的必然趋势，相应的怎样避免受这些设备产生的谐波的干扰成为科技人员面对的重要课题。谐波保护器对于当前的高科技、高灵敏度设备产生的谐波具有有效地吸收和阻隔作用。因此在未来一段时间内在建筑电气系统中运用谐波保护器将会是必然的趋势，相关人员应当从谐波保护器的作用原理和电气设备实际情况出发，科学合理的运用谐波保护器保护用电设备。
「参考文献】
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谐波的危害
1、谐波使公用电网中的元件产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热，甚至引起火灾。
2、谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等;使变压器局部严重过热;使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏。
3、引起电网谐振，使得谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统，特别是对电容器和与之串联的电抗器形成很大的威胁，经常使电容器和电抗器烧毁。
4、谐波会导致继电保护，特别是微机综合保护器与自动装置误动作，造成不必要的供电中断和生产损失。谐波还会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给用电管理部门或电力用户带来经济损失。
5、临近的谐波源或较高次谐波会对通信及信息处理设备产生干扰，轻则产生噪声、降低通信质量、计算机无常工作，重则导致信息丢失，使工控系统崩溃。
有源电力滤波器产品效益
1、使谐波指标满足国家标准，避免供电部门罚款或中断供电;
2、降低变压器损耗;
3、减少谐波污染，降低谐波对自动控制装置、电能计量装置、继电保护装置的干扰，供配电系统安全稳定运行;
4、避免谐波过电压和谐波过电流对电气设备的危害，延长设备使用寿命;
5、节能降耗，提高功率因数，节约电费，避免罚款。
谐波与有源滤波装置的应用
项目背景
某企业是一家单晶硅制造企业。单晶硅建设项目具有的市场和广阔的发展空间。近年来，各种晶体材料，特别是以单晶硅为代表的高科技附加值材料及其相关高技术产业的发展，成为当代信息技术产业的支柱，并使信息产业成为经济发展中增长快的先导产业。其生产工艺多分熔融加热或直流加热，由于采用半导体可控整流方式，本身工作过程中会产生非常大量的电流谐波，对电网造成谐波污染，这些谐波使得仪器精度失准甚至误动作，破坏了系统的无功补偿，造成系统供电损耗的增加及损坏补偿电容器等，对于单晶硅复杂的生长过程以及后期的加工流程都造成非常大的影响，因此电网的品质间接决定着单晶硅成品材料的品质，几乎所有的单晶硅制造生产线都面临谐波问题
治理方案
针对电能质量状况，上海安科瑞电气股份有限公司提出了谐波治理的解决方案，并终确定在3#变压器下进行试点，采用ANAPF有源电力滤波装置，自动跟踪治理负载产生的谐波电流，整个系统安全可靠运行。
从现场测试的有源滤波器投入前后的数据可以看出，有源滤波器投入运行后，电压和电流谐波明显降低，电压谐波由原来的4.7%降到2.4%，电流谐波由原来的18.4%降到5.0%，谐波电流值从273A下降到63A，三相电压和三相电流波形均得到明显改善，从根本上消除了谐波的影响，保障了单晶硅生的质量，该企业决定在后期改建工程中全部采用ANAPF有源滤波器。
谐波治理是电能质量问题的核心内容之一，也是现代电力生产发展的迫切需要。有源电力滤波器经过二、三十年的发展已成为补偿电力系统谐波及无功功率的重要装置。目前在实际应用中，并联型APF是比较成熟的拓扑结构，是优选的方案;串联型APF电路在工作时需流过全部的正常负载电流，损耗比较大，而且投切、故障后退出及各种保护电路也比较复杂;串、并联型APF当前的主要问题是控制复杂，造。
从近年来的研究和应用中可以看出，APF具有如下的发展趋势：
(1)通过采用PWM调制和提高开关器件等效开关频率的多重化技术，实现对高次谐波的补偿;
(2)采用APF和PF组成的混合型滤波系统，以减少APF的容量，降低成本;
(3)随着半导体器件制造水平的迅速发展，混合型滤波系统低成本的优势将逐渐消失，而并联APF由于其功能强大、，将是很有发展前途的有源滤波装置;
(4)随着电力电子器件耐压水平的提高和对电能质量的日益重视，APF也将在工业系统的高压领域得到广泛应用。
随着我国电力事业的发展，电能质量的要求将不断提高，利用APF进行电能质量治理有着的市场潜力。特别是在补偿谐波、无功功率，以及中线电流、不平衡电流等方面，有源滤波技术必将拥有更加广阔的应用前景。
有源滤波与无源滤波的区别
目前，谐波治理方式主要有两种：有源滤波方式、无源滤波方式。
无源滤波器
采用电力滤波装置就近吸收谐波源所产生的谐波电流，是谐波污染的措施。通常采用由电力电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的无源滤波装置进行滤波。
无源滤波器由电容电抗和电阻组成，根据电容电阻固有的阻抗特性，对某一特定频率的谐波呈低阻抗，为负载谐波电流提供较低的阻抗通道，与电网阻抗形成分流的关系，使大部分该频率的谐波流入滤波器，而不流入电网。
无源滤波器具有投资少、、结构简单、运行可靠及维护方便等优点，因此无源滤波器仍然是目前广泛采用的谐波及无功补偿的手段。不过，由于无源滤波器是通过在系统中为谐波提供一条并联的低阻通路，以起到滤波作用，其滤波特性由系统和滤波器的阻抗比所决定，因而存在以下缺点:
1)滤波器一旦制成，性能参数难以变动，滤波特性受系统参数的影响较大。当系统参数改变，则滤波装置有可能失效甚至会引起谐振。因此当电网谐波阻抗降低时，滤波效果将随之降低;当电网参数不变而谐波电流增加时，可能使滤波器过载。另一方面即使电网参数和谐波电流都不变，但由于温度变化，滤波器部件老化和其它因素都会影响滤波器性能而降低效率。此外滤波器的电抗电容值通常也会有容差即偏离其标准值±10%而增加了失谐度，也会降低滤波效率;
2)只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用。当电网短路容量大(即电源阻抗小)时，则要求滤波器阻抗还要更小，即要求滤波器是调谐(锐调谐)，但由于部件性能的容差和变动使滤波器的设计有很大的困难;
3)谐波电流时，滤波器负担随之加重，可能造成滤波器过载;
4)材料消耗多，体积大。
无源电力滤波器组成简单，成本也较低。但由于无源电力滤波器容受系统阻抗影响，很难达到预期要求。而且由于无源元件本身的特性，会与电网阻抗一起作用引起谐振，谐振将引起某次谐波放大数倍，这对于供电系统来说是非常危险的。电网阻抗一般较为稳定，但难免会波动，这样不但会影响滤波效果，而且可能引起谐振。另一方面，由于滤波支路表现出电容特性(对于滤波支路，容抗远远大于感抗)，所以在电压作用下，会产生的无功电流，这样就存在一个问题，在使用无源电力滤波器同时还会进行无功补偿，如果系统原有的无功含量不大(小于电容可以提供的无功)，那么就会出现无功功率过补，功率因数可能因此下降，而且会提升电网电压，这对某些设备也是不安全的。
有源滤波器
由于无源滤波器具有以上缺点，随着电力电子技术的不断发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器。与无源滤波器相比，有源电力滤波器具有高度可控性和快速响应性，不仅能补偿各次谐波，还可闪变、补偿无功，有一机多能的特点，其具体特点如下：
滤波特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险;
具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波。
尽管有源电力滤波器有着无源滤波器所不具备的技术优势，但目前要想在电力系统中完全取代无源滤波器还不太现实。这是因为与无源滤波器相比较，有源电力滤波器的成本较高，这一点是限制其推广使用的关键。
通过检测被补偿对象的电流瞬时值，经指令电流运算电路得出谐波补偿电流的指令信号，控制变流器产生所需要的补偿电流。补偿电流与负载电流中要补偿的谐波成份及无功电流相抵消，终获得期望的电源电流。
电网侧的谐波电流可以写为： 只要控制有源电力滤波器的输出电流，使其满足，即可使电网侧的谐波电流。
地方规定摘录
《上海轨道交通无功补偿及谐波支路意见》
2007年4月上海申通地铁集团有限公司发布的《上海轨道交通无功补偿及谐波支路意见》中明确指出，设计方案中“取消传统的无功补偿设计方案”，“新建线路的设计中应统一采用：串接电抗器的无功补偿装置(失谐无功补偿装置)与有源滤波器并联使用的设计方案”。
APF有源电力滤波器产品设计理念
1、模块的安装，设计模块的托盘、挂耳
2、滤波器采用强迫智能风冷，采用立风道
3、柜体应注意维护通道，应注意柜前后留有足够的空间，即满足风冷要求，也可以便于维护
4、滤波器安装位置首要选择先滤波再补偿的原则，同时滤波器的采样应避开电容器组的电流
5、并柜、母排、断路器及其他元器件设计与开关柜相同
6、开关柜的尺寸、种类等
