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EP系列谐波吸收装置在治理变频器谐波污染中的应用
葛文浩，黄健文
美国环境潜能公司 上海市 200282
摘要：EP系列谐波吸收装置对于治理各种频段、各种类型的谐波污染等非常好的作用。尤其对治理各种变频装置产生的特征谐波、非特征谐波或谐间波有不可比拟的优势。
关键词：EP系列谐波吸收装置，特征谐波、谐间波、非特征谐波、浪涌、频谱跟踪
1.
EP系列谐波吸收装置简介
EP系列谐波吸收装置能基本解决电源所有瞬变问题，经过近三十年的研究开发，于1999年投入市场，2002年正式进入我国市场。
EP系列装置的工作原理就是把所有这些因谐波而产生的偏转的磁力线和电子运动方向的角度逐步扭转到设计的正确方向上。基本原理设计公式如下：
Dv=N•∑
∫ d /dt 公式（1）
这里是已偏转的角度，t是工作时间，N是磁性体参数，DV就是总电压畸变率。当二者相等时，即，
N•∑∫
d /dt=√∑Vn2/V1×100%公式（2）
这就是安装EP产品后达到效果的时候。
EP系列谐波吸收装置的等效电路描述为：
内部电路开关闸门 箝位截止电压（MOV） 气体放电管
多通道频谱仪 低通滤波器 散热型吸收器（同步进行）
EP系列谐波吸收装置的特性是
1
工业、商业等电力分配系统提供安全保护。它自动消除具有破坏性的高次谐波、电涌、尖峰信号、瞬时脉冲和激励振荡等。
2
各频段的谐波（高次谐波、低次谐波）都有很强的抑制和消除能力，最高能达到-40db的衰减能力（即可消除99%的因各种谐波引起的电压、电流的畸变）。
3
瞬时尖峰、电涌的抑制能力可高达1万伏，这是一般工业电路中所允许的电涌电压的3倍，从而极大地保护了电路免受过大电涌引起的短路等设备故障或事故。
4
无源并联在电路各负载配电柜，安装、运行简单可靠。
5
装置由特殊晶体材料合成所制，工作寿命无限。
6
由于消除了电路中的谐波等畸变现象，使电路中的铁损、铜损、集肤效应、涡流甚至谐振现象全面克服，避免了上述各种因素带来的电能损耗，做到真正意义上的节能。根据不同的用电状况电率在5—15%以上。通过吸收谐波后矫正了磁力线因谐波引起的偏转方向，从而提高相关电器设备的使用效率。降低了电器设备及相关导线的工作温度，不仅延长了设备使用寿命，又减少了故障。
7
装置安全性通过了UL、CSA认证、并符合NEMALS—1、NEB及IEC516公告。
8
装置吸收浪涌的能量目前世界上大的（60万焦耳），响应时间最快（微秒级），有非常好的吸收雷电功能。
2.
变频装置产生谐波类型
交——交型变频装置
交——交变频装置（又名为循环挽流器）通过一套可关断晶闸管和斩波技术，不经过整流这个中间环节，把电网工频直接变成交流调速电动机所需的交流频率。
交——交变频装置除了向供电系统注入高次谐波电流外，还注入谐间波（即频率不是工频整数倍）电流，谐间波电流的频率和含有率随电动机工况而变化。IEEE谐波工作组曾对交——交型变频装置注入电网的谐间波频率fL提出以下计算式
三相输出的交——交变频装置fL=（pm±1）fs±6nfo
公式（3）
单相输出的交——交变频装置fL=（pm±1）fs±2nfo
公式（4）
式中： fL———谐间波频率；
fs———供电网工频；
fo———变频器输出频率；
p———变频器脉冲数，一般是6；
m、n——任意正整数或0
变频装置（谐波源）的实际工作条件总会不同程度地偏离理想条件，故会出现某些或大或小的非特征谐波分量（不同于所属谐波源的特征谐波次数的各次谐波）
交—直—交
变频装置
交—直—交
变频装置通过整流装置（一般6脉）变成直流电后，再通过多台变频逆变器把直流变成交流调速电动机所需的交流频率。
交—直—交
变频装置除了向供电系统注入特征谐波外直逆变输出端还会产生高次谐波、谐间波及非特征谐波。
3.
变频装置产生谐波的危害
从上述中可看到变频装置产生的谐波分量不仅有高次谐波，还有间谐波。按照公式（3）主要间谐波应是（50±36n）、（250±360）、（350±36n）HZ等等。变频装置在实际工作中总会偏离理想条件，如晶闸管导通角的偏离，就会产生非特征谐波，可以看出变频装置产生的谐波种类很多，频率范围从几百HZ——几百万HZ。治理难度很大，普遍消谐装置很难有好的治理效果。
变频装置对电网和设备的影响主要有以下几方面：
4
于谐波的累积和叠加效应，各谐波源的谐波会相互累积叠加，加重导线的集肤效应和涡流现象，及变压器的铜损和铁损使电能损耗大为增加。
下列表列出的是常用导电材料在不同频率下的电流透入深度：
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频率 材 料 |
铜 |
铝 |
铸铁 |
铸钢 |
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50HZ |
9．43MM |
11．5MM |
3．56MM |
0．723MM |
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1000HZ |
2．11MM |
2．85MM |
0．796MM |
0．162MM |
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8000HZ |
0．745MM |
0．913MM |
0．281MM |
0．056MM |
8
于变频装置所产生的谐波频段很宽，产生谐振的机会大为增加，谐振产生的过电压过电流容易造成变频装置的各种模块击穿，也容易烧毁各种电容器组。
9
变频装置产生的谐波会导致电机转子脉冲转矩也将使电机的转轴产生扭曲振动，使设备疲劳过度而提前损坏。
10
变频装置的谐间波频率很高，其产生的电磁辐射会通过空气传播或电磁耦合到各种电器设备上，对电磁兼容要求高的各种电器设备产生很大的影响，如各种DCS、PLC系统、精密仪器、仪表及通讯系统。
4.
EP装置能有效抑制变频器产生的谐波
1、 装置是新一代无源动态谐波吸收装置，2、 对各种频段内的谐波具有很强的抑制能力。
3、 EP装置不4、
仅针对特征谐波或几种目标5、 谐波有吸收作用，而6、 是对所有工频以上的特征谐波，7、
间谐波及非特征谐波都有很强的抑制作用。
8、
EP装置布控在各种谐波源源头，9、 有效阻断谐波的互相叠加，10、
并在源头把谐波吸收掉做到了真正意义上 的谐波治理。
11、
EP装置对各种能量大速度快的浪涌冲击，12、 甚至雷电冲击有相当强的吸收功能，13、
其吸收浪涌的最大电压达到50000V，14、 最大电流达30000A，15、
响应时间达到微秒级。对各种变频装置及其他电器设备16、 起到很好的保护作用。
5.
应用实例
17、
津石化聚酯B段安装了EP装置后从波形图看（附图1）正弦波上的高次谐波造成的毛刺现象基本消除；从频谱看高于50HZ的谐波噪声得到有效的抑制，18、
达到-40db的衰减。又根据厂方介绍，19、
安装了EP装置一年多来变频器从来没有发生过损坏事故，而20、 聚酯部A段同21、 样的一条生产装置，22、
常常发生变频器损坏事故。另外安装EP装置后，23、 电抗器的噪音完全消失。
24、
在齐鲁石化某装置的变频器安装EP装置后，25、 原来由于受变频器产生的电磁干扰而26、 经常造成停机的DCS系统，27、
应用半年多时间以来未发生停机事故。
6.
总结
随着石化企业生产装置技术水平的不断提高，变频装置在石化企业内被大量采用，其必然会产生严重的谐波污染，反而增加了企业的事故隐患，降低了生产效率，谐波所造成的生产事故不胜枚举，给企业带来巨大损失。通过近几年EP装置在各行业，由其在石化行业的很好应用，并得到石化电器专家组各位领导的指导和大力支持，为未来石油化工等企业在治理谐波，消除电力隐患、节能降耗，提高生产效率等方面起到很好的作用。
附图1
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