关键词：变频器；高次谐波；谐波危害；谐波抑制
引言
近年来，我国工业生产取得了跨越式的发展，人们生活质量和生活水平得到了普遍的提高。但同时，随着工业生产规模和生产数量的增加，国内环境质量却每况日下，绿色环保和低碳生产已经受到越来越多人们的重视。众所周知，电力企业是一种高能耗、高污染类企业，如果不对电力技术和电力设备进行研究，就会对环境造成不可逆转的破坏。因此相关技术人员应该本着提质增效的生产原则，不断促进电力企业的可持续发展，变频器作为有效促进电力企业绿色生产的重要组成部件，受到了人们的高度重视。
1变频器谐波的产生
发电、输电以及配电均属于我国电网的基本构成环节,在任何环节均可以产生谐波危害,其中最为严重的为用电环节。随着电厂开采行业的快速发展,供配电谐波污染问题变得愈加严重,相关工作人员深入分析了其具体来源。电厂供配电运行系统中,非线性负荷用电设备属于谐波的主要来源,其中最为常见的便是变压器,在运行过程中,变压器具备磁化曲线以及内铁芯饱和的特点,磁化电流会导致奇次谐波的产生,呈现出检定特点,且谐波的大小由铁芯的饱和度等因素决定。电厂电力系统主要设备为电压器,除此之外还存在带式输送机、提升机以及通风机等非线性负荷用电设备,电力系统可以带动这些设备的正常稳定运行,为此提供非正弦波形电流与正弦波形电压,从而导致谐波的产生。风机、水泵等一般包括交交变频器以及交直交变频器等类型,采用变频运行原理。期间主要通过三相桥式可控硅的整流作用促使改变直流电压信号,确保滤波的频率可变性。为了确保固定频率交流电相数的一致性,开关元件应采用大功率。同时,还应采用相位控制技术调节交流电频率,经过变换产生整次与分次谐波,当功率较大时,电网运行情况会受到较大的影响,以致谐波污染。
2谐波的危害
电厂配电系统中的谐波对电气设备具有以下危害：谐波电流通过电动机负载时，会使得电动机出现发热、噪声和振动，缩短其使用寿命；在高低压变压器等电气设备中，谐波电流能增加电缆中损耗，导致电气线路绝缘介质老化、损坏，造成回路短路，甚至造成电气火灾，并增大电力传输的网损，致使变压器出现过热、振动和噪声；在并联电容器中，会引起无功补偿电容器谐振过载，导致补偿设备烧坏或无法投入运行；在继电保护中，对继电保护和自动装置产生干扰，引起误动或拒动，引发大面积电力系统故障；在断路器中，使断路器开断能力降低，磁吹线圈不能正常工作；在通信系统和电子设备中，会引起录波装置误启动，影响其正常运行，甚至导致故障。谐波能致使电厂放射设备异常运行，在影像中产生干扰。从以上分析可以看出，从电网的安全运行、设备的正常使用、用户安全的角度来说，对谐波进行快速治理是电网安全运行的重要条件。
3变频器高次谐波的抑制措施
3.1使用独立专用的变压器
新大型设备机械的变频器尽量使用独立专用的变压器，使变频器产生的高次谐波与其它供电系统隔离，笔者认为这是比较简单可行的一个方法，但也存在着变压器的容量要求足够大，变压器损耗较大的问题。采用专门的变压器能够降低谐波产生的可能性。另外还可以尽量缩短变频器与电机的距离，应尽量控制在200m内，减少谐波对变频系统的干扰，如线路较长，则考虑在变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器，吸收谐波和增大电源或负载的阻抗，达到抑制谐波的目的。当然，受电抗器特性的影响，电抗器消除谐波的范围较窄。
3.2无功补偿电容器
当电厂供配电系统产生谐波问题时,此时无功补偿不能采用一般的补偿系统,且针对电容器与供配电系统存在的串联谐振问题及时采用合理的解决措施。在补偿电容器设备中应增加串调电抗器,避开谐波电流频率。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆电容器属于调谐电容器组的主导设备,在基波频率的影响下会显示容性,保证了功率因数的补偿,电抗器可以杜绝谐波放大问题,有效避免了谐波污染。同时,带调谐电抗器的电容器可以吸收电网中的部分谐波,并根据矿井供配电系统的谐波含量选择具体的电抗率。当系统谐波主要为3次时,应串联14%的电抗器,系统谐波为4次时,电抗器容量应选择7%或8%,当系统谐波次数为5次时,应串联5.7%的电抗器。但串联调谐电容器的关键不在于避免畸变问题,而是避免电容器不受负荷状况、系统阻抗以及系统配置等因素的影响,杜绝产生谐振问题。
3.3采用谐波保护器
谐波保护器从任何一种谐波对电路系统带来危害的本质上着手解决问题，即采用磁场吸收谐波能量的方法，具有很高的可靠性与较长的使用寿命。谐波保护器采用了超微晶合金材料与创新科技的特别电路，能吸收各种频率、各种能量的谐波干扰，将谐波消除在发生源，自动消除对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。谐波保护器并联在电路中使用，本身并不耗电。
3.4做好变频器的日常维护措施
首先，应该保证变频器的工作环境，例如保证工作温度、湿度等指标符合要求，还要保证生产车间中浮尘不可过多，防腐条件达标等。其次，检修维护人员应该定期对变频器的供电器、断路器进行检测，保证这些节点分断动作良好。第三，应该定期对变频器构件连接处的螺丝松紧度进行检测，保障变频器内部接触良好。第四，操作人员应该严格按照变频器的使用说明和使用规定操作，严禁根据经验随意操作。最后，在使用过程中如果变频器发生报警，应该及时通知技术人员，分析找出原因并进行正确的故障处理，确定故障已经完全解除后才可再次使用，同时对故障原因和处理过程进行详细的记录并进行存档。
3.5利用脉宽调制技术消除高次谐波
一般情况下，使用较为广泛的调制方法主要分为载波调制与脉宽调制。根据研究发现，脉宽调制具有减小高次谐波、成本低廉、损耗小的优势。因此，采用脉宽调制技术对变频器高次谐波干扰进行消除。脉宽调制技术消除变频器高次谐波干扰的基本思路就是对PWM输出波形的转换时刻进行控制，同时保证波形的对称性，使高次谐波幅值为0，基波幅值为设置值，通过计算得到开关通断时刻，以此来实现消除变频器高次谐波干扰的目的。首先，依据最优准则对目标函数进行构造，变频器高次谐波干扰的自动抑制，为系统的安全、稳定提供更加有效的保障。
3.6加装静止无功补偿装置
通过加装静止无功补偿装置能够有效补偿负载的无功功率,向相关设备提供容性无功功率,补偿设备的无功需求,提高电网效率和功率因数,同时还能够减小负载电流,降低电路损耗。由于谐波多是由大功率设备引起,通过静止无功补偿装置就可以抑制变频器运行中产生谐波,对无功功率进行补偿,使流入电流成为正弦波,降低谐波电流产生几率。但加装静止无功补偿装置时易对供配电运行状态和阻抗产生影响,并且容易与系统间发生并联谐振,放大谐波,导致LC滤波器烧毁,引起火灾。所以应用过程中必须要对并联谐振问题进行全面考虑。
结语
通过安装有源滤波器，有效降低了大量变频电机投运后产生的谐波频率，提高了电能的利用率。避免了大量谐波产生后导线过热、绝缘老化、寿命缩短、损坏甚至发生火灾的隐患，保证了设备的运行安全，为企业创造了经济效益。
参考文献
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论文作者:甄志远
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年2期
论文发表时间:2020/3/16
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