中化重庆涪陵化工 郑会明

　　1 引言

　　在上世纪80年代后期，随着电子（微电脑）、信息、智能技术的不断提高，特别是PWM--脉宽调制技术的诞生，变频技术更是得到了突飞猛进的发展。采用PWM技术的变频器，由于其具备卓越的调速性能、完备的保护功能及超凡的节能效果，在全球范围内，作为高科技产品的变频器inverter得到了非常广泛的应用，给全世界人们的生产和生活带来了极大的便利；可以说，变频器已经时时、刻刻、处处不断地影响、提高、改善着我们的生产和生活。

　　但是，变频器在应用中存在着非常严重的干扰问题，对电能质量的影响更是与日俱增。市场上的厂家、经销商或产品样本、说明书等资料出于商业目的，过度夸大其产品的功能、买点，而忽视其产品的瑕疵、不足，特别是对电能质量的危害，表述不是那么严谨，未将输入/输出电抗器纳入标配，从而在有意无意间将变频器的应用引入一种歧途、盲从。本文就变频器在运行中对电能质量的影响及谐波治理作一些探讨。

　　2 事故举例

　　本世纪初，中化涪陵化工与四川大学合作，联合研发了一个化工项目--精制湿发磷酸（简称PPA。分化肥级、饲料级、食品级磷酸盐，效果好，获国家奖励），现已形成完整的工艺包，并先后向国内多家企业转让。我司承建了首套装置，其配电规模为：2台主变1250KVA，41面低压柜，其中无功补偿柜4面，4*160kvar，使用3～90kw变频器50余台，见下图1。

　　受当初经济环境影响，为节约投资，电气专业在设计时，变频器均未配置输入、输出电抗器，无功补偿柜也未设置限流电抗器。见下图2。

　　装置建成试运行后，配电系统发生多次故障：变频器时常报过流、放炮、甚至烧坏IGBT模块；无功补偿电容鼓泡、失效；电子仪表失灵、烧坏；个别电机发热、振动、噪声等等。经采取一系列措施--咨询厂商、查询资料、现场测试，最终认定是变频器高次谐波污染所致；配置合适电抗器后，故障得到有效遏制，配电系统、设备等得以正常运行。

　　在后续装置建设中，总结了经验，配电系统采取了上述措施，使整体工艺包更加趋于完善。

　　3 高次谐波对电网的危害（电源质量的污染）

　　变频器影响电能质量，究其原因分析如下：

　　由于目前通用的变频器几乎都采用PWM控制技术，其输入、输出电流，输出电压波形都是（矩形方波）等效正弦波，而不是标准的正弦波，见下图3。

　　（1）按傅氏级数分解，除基波外其中还含有很多高次谐波成分，它们会以电磁辐射、线路传导等方式把干扰源传送到电网上，对周围的电子设备、元件的工作造成严重干扰；

　　（2）在电源侧产生高次谐波电流，并造成电压波形畸变，对电源系统产生严重影响；

　　（3）高次谐波电流还使并联在母线上的无功补偿电容电流增加，并会进一步放大谐波电流（电容对高次谐波短路），造成其严重发热，甚至烧坏补偿电容；

　　（4）在轻载时，电网侧电流产生尖峰脉冲，电流畸变较大，造成对电网的谐波污染加大，网侧的功率因数降低；

　　（5）变频器作为干扰源，对同一母线上的其它变频器造成相互严重影响，谐波将通过辐射或电源线传导方式侵入变频器的内部，引起控制系统误动作，造成变频器工作不正常或停机，严重时甚至损坏变频器。

　　4 PWM调制波形成的尖峰电压对电机的影响

　　（1）在变频器的输出电压中，含有高频尖峰电压。这些高次谐波冲击电压将会降低电动机绕组的绝缘强度；

　　（2）大量高次谐波，使输出到电机的电流畸变较大，增加电机的铁损和铜损，使电机发热；

　　（3）振动、噪声。矩形波产生的脉动转矩将引起电机的共振，特别是当脉动转矩在机械系统共振点附近时更为严重；脉动电流产生的电磁场也会在电动机内部产生电磁噪声。

　　5 谐波治理

　　通过上述分析，要治理变频器谐波对电网及设备的危害就变得相对简单（非彻底根治）。

　　（1）在较大变频器（11KW）的输入侧配置电抗器。其作用是：抑制5次、7次及11、13次谐波、削弱浪涌电流、提高功率因数；（动补效果会更好，因技术和价格的原因，目前在国内推广缓慢。）

　　（2）在较大变频器（15KW）的输出侧配置输出电抗器。其作用是：抑制变频器电磁幅射干扰、抑制电动机电压谐振。同时可允许延长至电机配线长度；

　　（3）在无功功率补偿装置前安装限流电抗器。抑制5次、7次谐波电流；

　　（4）控制线路采用屏蔽电缆，控制线路与主回路动力线路隔离敷设，并注重接地。

　　采取上述措施后，谐波将得到有效治理，电能质量得以改善。

　　6 结论

　　（1）变频器作为高科技产品，不但具有良好的调压、调频、稳压、调速等基本功能，而且具有保护、节能、无功补偿等特殊功能。从理论上讲，变频器可以应用在所有带有交流电动机的机械设备中。随着科技的进步、技术的发展，变频器一定会得到更加广泛、合理的应用；

　　（2）PWM技术输出的矩形脉冲，其高次谐波会使电源波形畸变，影响电网质量。因此，在变频器用量较多、或者功率较大的场合，其输入、输出侧、无功补偿侧应安装合适的电抗器；

　　（3）合理应用变频器。基于污染及节能条件，调速不频繁、范围不宽、长期处于满负荷附件运行的设备，不要盲目使用变频器，应限制其用量，以减少干扰源。

　　参考文献

　　[1] 施耐德ATV产品样本.

　　[2] 上海雷诺尔变频器产品样本.

　　[3] “变频器基础控制与应用大全”www.gongkong365.com.

　　[4] “工控世界论坛”.www.PLCWORLD.CN.

　　作者简介

　　郑会明，中化重庆涪陵化工有限公司副主任工程师，电仪车间主任，国家注册高级电气管理工程师。主要从事新建工程电气专业设计、现场施工管理、装置竣工验收以及传统装置节能改造。