谐波治理对汽车工业的意义

• 谐波治理对汽车工业的意义

汽车行业主要工艺包括冲压、焊装、涂装、总装等。随着技术的发展，大量的非线性负载在汽车工业中得到广泛的应用，这些非线性负载在工作的过程中会产生各类谐波污染，并具有一定的冲击性，进而降低了整个系统的电能质量，威胁生产的安全与设备的稳定运行。

其中：

1. 冲压车间的主要负载为大型冲床、电机、传送装置等，其负荷特性为在启动时会带来很大的冲击电流，造成系统电压波动；在工作过程中负荷频繁变化，引起系统无功功率的不断变化。冲压车间会产生大量的5、7、11、13等次谐波，同时冲压机动作时会造成无功短时间内的剧烈变化，引起冲击。、
2. 焊接车间的主要负载为各类焊机群，由于焊机工作具有随机性、快速性和冲击性大特点。这类负载在工作时不仅会带来3、5、7等次谐波，同时会带来大量的无功冲击引起电压跌落和闪变。
3. 涂装车间的主要负载为车体预处理、电泳、打磨、喷漆、组装等，使用大型的非线性设备。变频器、软启动器等产生大量5、7、11、13等次谐波，总电流畸变率（THDI）可高达25%
4. 总装车间主要包含地面输送机、提升机、举升台、传送机等设备，其变频器、计算机控制系统、LED照明等产生大量3、5、7、11、13等次谐波。

谐波的治理具备广泛的意义：：

避免谐波过流：3次、9次等谐波会在中心线上三倍叠加，有效治理谐波电流后，显著降低对Ｙ形连接中性线接地系统中，零序谐波电流造成的中性线发热。

中性线电流过大会大大增加单相用电设备安全隐患。中性线电流过大会加速电缆的老化以及绝缘，一旦烧毁，所有单相设备电压会升高，导致用电设备因电压高而毁坏。

例如湘潭步步高商业广场，现场2#变压器温升过大，（如下图所示，变压器需要长年使用空调与电风扇降温）且噪声严重。经检测，发现其谐波含量过高，中性线电流严重超标，因3次谐波导致的中性线谐波叠加，导致其中性线电流高达1000A，具有严重的火灾隐患。其开业第一天因中性线谐波电流过大导致中性线互感器烧毁，因抢救及时才保障了正常开业。

对于变压器：将显著降低特别是零序谐波侵入三角形连接的变压器，在其绕组中形成环流，造成的绕组发热。同时能降低变压器的铁损、铜损、磁滞损耗等。

谐波造成的变压器损耗不仅会导致电能的浪费，其损耗的电能会以热能的方式耗散，从而导致变压器的温升提高，进而造成降低变压器性能、减弱绝缘强度、并导致变压器寿命降低。据测试变压器正常运行时在额定温度基础上，每升高6～8℃，变压器寿命减少一半，相反每降低6～8℃，寿命则会增加一倍。

对于继电保护：保证电力系统安全稳定，如果继电保护装置是按基波负序量整定其整定值大小，此时，若谐波干扰叠加到极低的整定值上，则可能会引起负序保护装置的误动作。降低谐波污染后可保证配电用电安全稳定可靠。

对于金属化膜电容器：在电网中金属化膜电容器被大量用于无功补偿，对谐波的有效治理后，可以有效缓解金属化膜电容器会老化加速现象，避免因谐波造成电容降容严重，增加了后续电容柜维护成本，消除与系统发生谐振风险。

例如某氯碱化工厂380V动力电系统中有一组120kVar电容器，其运行电流为额定值的2倍，经计算在11次附近发生谐振(实测该电容电流为基波电流1.67倍)，导致电容烧毁，其它变电所情况类似，结果全厂约有1800千乏左右低压电容器全部停止运行，导致功率因数不达标，缴纳了相当于其电费总额6.5%的功率因数罚款。在发生事故之前，其电容器平均每半年就要更换，电容器全部更换一次成本在5万元左右，若使用进口电容器，其更换成本会更高。

输电线路功耗：高次谐波电流会使输电线路功耗增加。如果输电线是电缆线路，与架空线路相比，电缆线路对地电容要大10-20倍，而感抗仅为其1/3-1/2，所以很容易形成谐波谐振，造成绝缘击穿。

如某电器厂REF挤板机主要负载为多台400kW直流电机，基本每天24小时运行，用电量较大，平均每月用电量80000~100000KWH，因谐波较大，导致其电缆发热严重（如图所示），并存在严重的电力损耗。

计算其谐波治理前的线路损耗如下：

P=185KW,U=380V,I=611A,COSΦ=0.46

电缆长度：0.2kM   300平方电缆电阻率：0.0601Ω/kM

基本电阻R₂₀=0.1202Ω  负载电流附加电阻R_I=0.1202Ω

附加温度电阻Rt=a*(t_p-20)*R20=0.00019232Ω     其中a=0.0004，t_p=60

线路实际电阻R=R₂₀+Rt+ R_I=0.2423Ω

线损功率： △P＝3I²R=271.4KW

其谐波治理后的线路损耗如下：

P=185KW,U=380V,I=300.8,COSΦ=0.6

电缆长度：0.2kM； 300平方电缆电阻率：0.0601Ω/kM

基本电阻R₂₀=0.1202Ω 负载电流附加电阻R_I=0.1202Ω

附加温度电阻Rt=a*(t_p-20)*R20=0.00019232Ω 其中a=0.0004，t_p=40（发热减少，温度下降）

线路实际电阻R=R₂₀+Rt+ R_I=0.2413Ω

线损功率： △P＝3I²R=65.5kW

经过谐波治理，其减少了线损功率205.9kW。

旋转电机的损耗：国际上一般认为电动机在正常持续运行条件下，电网中负序电压不超过额定电压的2%，如果电网中谐波电压折算成等值基波负序电压大于这个数值，则附加功耗明显增加。

测量控制仪器、通讯系统：有效减小了谐波对电力载波通信的干扰，在动力电缆与通信线路铺设不合理的情况下，消除谐波污染，对提高信号传输品质变的尤为重要。