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【摘要】由于珠海集装箱码头大量的灯塔设备和附近办公楼内计算机、空调、带电子镇流器日光灯的广泛应用，产生的高次谐波对供配电质量产生一定的影响。因此采用补偿电容器串联电抗器的办法提高功率因数，降低谐波水平成为常用的方法。同时，使用消除谐波的设备后，通过理论计算低压系统中剩余的各次谐波的值是否满足国标要求，明确谐波的计算办法。
【关键词】谐波；功率因数补偿电容器；谐波计算
1.谐波产生的原因
谐波产生的根本原因是由于非线性负荷，当电流流经用电设备时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。例如：电视机、计算机、复印机、不间断电源、电信设备、含电子镇流器的照明灯具、变频空调、变频装置等等，这些装置的负载都是非线负荷。因此，它们产生的大量谐波注入电网就会污染电网，引起电网电源的电压和电流波形发生变化，从而使电网中的其它电气设备无法正常运行。谐波可以区分为奇次谐波和偶次谐波。一般来说，奇数谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。谐波也可以分为正序谐波、负序谐波和零序谐波。谐波次数为3K+1（K为正整数）次谐波为正序谐波。谐波次数为3K-1（K为正整数）次即为负序谐波。零序谐波指频率为3倍的整数倍基波频率的谐波。正序谐波会加速机械运动，负序谐波会减速机械运动，而正负序谐波叠加就会造成机械运转抖动，从而影响设备运行，降低生产效率。
2.珠海集装箱码头产生谐波的装置
集装箱码头装有灯塔作为码头照明，附近还是有一棟办公楼。下列用电设备都是产生谐波的装置。（1）整流器和整流设备，电子开关设备；（2）计算机、复印机、打印机、传真机、不间断（UPS）电源等办公自动化设备；（3）节能灯，采用电子镇流器的日光灯、码头灯塔上安装的高压的钠灯等室内外照明灯具。（4）电梯、空调，尤其是变频空调。
3.谐波的危害与影响
谐波的危害和影响，主要表现在以下几个方面：
（1）造成电网电压严重畸变，干扰生产设备正常运行，影响生产效率及产品质量。
（2）谐波使公用电网中的设备产生附加损耗，降低了发电，输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中线时，会使线路过热甚至烧毁。
（3）谐波影响设备正常工作。使变压器局部严重过热，加大噪音，增加温升；使电动机产生机械振动，噪音和过电压。使电容器、电缆等设备过热，绝缘老化以致降低使用寿命，甚至损坏。
（4）谐波使断路器、继电器等电气保护元件过热、失灵、误动作。
（5）谐波影响测量表计量精度。例如谐波会计入用户用电电度，额外增加用户的电费负担。
（6）谐波对同时对设备产生影响降低通信质量，使信息丢失甚至通信设备无法正常工作。
4.集装箱码头项目中谐波治理方案
4.1 状况说明
该集装箱码头装有20基灯塔做码头场地和道路照明，总容量346kW。办公楼空调，计算机、日光灯等照明负荷共53kW。产生以3次谐波为主，兼有5、7、11、13等奇次谐波的电流。经计算，若将所有的谐波源负荷399kW由一台1250KVA变压器供电，引起的电压畸变将近8%。我国GB/T 14549-93《电能质量 公共电网谐波》中对谐波电压限值做了明确规定，在电网电压为0.38kV时，电压总谐波畸变率小于5%。因此严重超标，对电网，用户设备、电缆及通信线路均构成威胁。
4.2 治理方案
目前，较常采用的抑制谐波的方法有：增加整流装置的相数；设置无源滤波器；当无源滤波器不能满足要求时，设置有源滤波器或有源无源组合滤波器。 针对集装箱码头的具体情况；采用欧高公司生产的成套无源消谐滤波装置，内装电容器配串消谐电抗器，起到既补偿功率因数又降低谐波水平的作用。与有源滤波器相比，价格便宜。 集装箱码头变电所设有3台1250KVA变压器。为了能充分利用无功补偿电容器组滤波、消谐，把灯塔346kW照明负荷分散由3台1250kVA变压器供电，使谐波源负荷分散均匀。由于办公楼负荷不便于分散给不同变压器供电，灯塔负荷中的2130kW由2台1250kVA变压器供电；余下的86kW灯塔负荷加上办公楼负荷53kW，合计136kW，由第3台1250kVA变压器供电。 每台1250kVA变压器的无功补偿容量为637kvar，电容器额定电压为525V，由8组75 kvar和1组37 kvar电容器组成。每组电容器串电抗率为14%的电抗器。功率因数可以从0.8提高到0.92。吸收谐波总量约30%，谐波电压总畸变率可以控制在国际允许范围之内，满足小于5%的要求。
5.5 变压器分流（即注入变压器）的各次谐波电流和总谐波电流
国标要求谐波电压总畸变率小于5%，经计算谐波电压总畸变率为2.57%，符合国标要求。
6.结束语
无源消谐滤波装置投入使用后，实测各次谐波值均小于理论计算值。说明消除谐波装置发挥了很好的作用。今后随着许多电力电子产品的广泛应用，针对不同的谐波源采取有效的治理措施，减少谐波污染是解决电能危机的发展方向之一，从始至终也是我们研究的重要课题。
参考文献：
[1]隋志平.可逆型冷扎机谐波治理及无功补偿技术的研究.南通机电工程2008.3.
[2]周志敏等.无功补偿电容器配置、运行、维护.北京：电子工业出版社.2009.
[3]王兆安等.谐波抑制和无功功率补偿.北京：机械工业出版社，2006.
【关键词】谐波；功率因数补偿电容器；谐波计算
1.谐波产生的原因
谐波产生的根本原因是由于非线性负荷，当电流流经用电设备时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。例如：电视机、计算机、复印机、不间断电源、电信设备、含电子镇流器的照明灯具、变频空调、变频装置等等，这些装置的负载都是非线负荷。因此，它们产生的大量谐波注入电网就会污染电网，引起电网电源的电压和电流波形发生变化，从而使电网中的其它电气设备无法正常运行。谐波可以区分为奇次谐波和偶次谐波。一般来说，奇数谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。谐波也可以分为正序谐波、负序谐波和零序谐波。谐波次数为3K+1（K为正整数）次谐波为正序谐波。谐波次数为3K-1（K为正整数）次即为负序谐波。零序谐波指频率为3倍的整数倍基波频率的谐波。正序谐波会加速机械运动，负序谐波会减速机械运动，而正负序谐波叠加就会造成机械运转抖动，从而影响设备运行，降低生产效率。
2.珠海集装箱码头产生谐波的装置
集装箱码头装有灯塔作为码头照明，附近还是有一棟办公楼。下列用电设备都是产生谐波的装置。（1）整流器和整流设备，电子开关设备；（2）计算机、复印机、打印机、传真机、不间断（UPS）电源等办公自动化设备；（3）节能灯，采用电子镇流器的日光灯、码头灯塔上安装的高压的钠灯等室内外照明灯具。（4）电梯、空调，尤其是变频空调。
3.谐波的危害与影响
谐波的危害和影响，主要表现在以下几个方面：
（1）造成电网电压严重畸变，干扰生产设备正常运行，影响生产效率及产品质量。
（2）谐波使公用电网中的设备产生附加损耗，降低了发电，输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中线时，会使线路过热甚至烧毁。
（3）谐波影响设备正常工作。使变压器局部严重过热，加大噪音，增加温升；使电动机产生机械振动，噪音和过电压。使电容器、电缆等设备过热，绝缘老化以致降低使用寿命，甚至损坏。
（4）谐波使断路器、继电器等电气保护元件过热、失灵、误动作。
（5）谐波影响测量表计量精度。例如谐波会计入用户用电电度，额外增加用户的电费负担。
（6）谐波对同时对设备产生影响降低通信质量，使信息丢失甚至通信设备无法正常工作。
4.集装箱码头项目中谐波治理方案
4.1 状况说明
该集装箱码头装有20基灯塔做码头场地和道路照明，总容量346kW。办公楼空调，计算机、日光灯等照明负荷共53kW。产生以3次谐波为主，兼有5、7、11、13等奇次谐波的电流。经计算，若将所有的谐波源负荷399kW由一台1250KVA变压器供电，引起的电压畸变将近8%。我国GB/T 14549-93《电能质量 公共电网谐波》中对谐波电压限值做了明确规定，在电网电压为0.38kV时，电压总谐波畸变率小于5%。因此严重超标，对电网，用户设备、电缆及通信线路均构成威胁。
4.2 治理方案
目前，较常采用的抑制谐波的方法有：增加整流装置的相数；设置无源滤波器；当无源滤波器不能满足要求时，设置有源滤波器或有源无源组合滤波器。 针对集装箱码头的具体情况；采用欧高公司生产的成套无源消谐滤波装置，内装电容器配串消谐电抗器，起到既补偿功率因数又降低谐波水平的作用。与有源滤波器相比，价格便宜。 集装箱码头变电所设有3台1250KVA变压器。为了能充分利用无功补偿电容器组滤波、消谐，把灯塔346kW照明负荷分散由3台1250kVA变压器供电，使谐波源负荷分散均匀。由于办公楼负荷不便于分散给不同变压器供电，灯塔负荷中的2130kW由2台1250kVA变压器供电；余下的86kW灯塔负荷加上办公楼负荷53kW，合计136kW，由第3台1250kVA变压器供电。 每台1250kVA变压器的无功补偿容量为637kvar，电容器额定电压为525V，由8组75 kvar和1组37 kvar电容器组成。每组电容器串电抗率为14%的电抗器。功率因数可以从0.8提高到0.92。吸收谐波总量约30%，谐波电压总畸变率可以控制在国际允许范围之内，满足小于5%的要求。
5.5 变压器分流（即注入变压器）的各次谐波电流和总谐波电流
国标要求谐波电压总畸变率小于5%，经计算谐波电压总畸变率为2.57%，符合国标要求。
6.结束语
无源消谐滤波装置投入使用后，实测各次谐波值均小于理论计算值。说明消除谐波装置发挥了很好的作用。今后随着许多电力电子产品的广泛应用，针对不同的谐波源采取有效的治理措施，减少谐波污染是解决电能危机的发展方向之一，从始至终也是我们研究的重要课题。
参考文献：
[1]隋志平.可逆型冷扎机谐波治理及无功补偿技术的研究.南通机电工程2008.3.
[2]周志敏等.无功补偿电容器配置、运行、维护.北京：电子工业出版社.2009.
[3]王兆安等.谐波抑制和无功功率补偿.北京：机械工业出版社，2006.