眾所周知，通過(guò)變頻器拖動(dòng)電機(jī)(非線性負(fù)載)，就不可避免地產(chǎn)生諧波。諧波將會(huì)干擾供電系統(tǒng)，也會(huì)干擾電機(jī)運(yùn)行，甚至通過(guò)動(dòng)力電纜輻射干擾著鄰近plc弱電信號(hào)。總之，變頻器的諧波問(wèn)題始終令很多人覺得“一頭霧水”，難以排查而覺得頭痛。
案例1:
某水廠十幾年前，采用6se70 afe來(lái)驅(qū)動(dòng)水廠的水泵，變壓器也是siemens品牌的整流變壓器。去年6se70 afe已經(jīng)壞掉，客戶選配了不帶輸入電抗器的sinamics g150柜機(jī)來(lái)替換。使用時(shí)發(fā)現(xiàn)頻率接近50hz時(shí)，整流變壓器的原邊互感器檢測(cè)的功率因數(shù)表和電流表波動(dòng)很大，我們起初懷疑是變頻器調(diào)試導(dǎo)致或干擾等導(dǎo)致，最終經(jīng)第三方公司采用電能質(zhì)量分析儀，檢測(cè)結(jié)果是5次/7次諧波含量超標(biāo)。
sinamics g150 不帶輸入電抗器50hz運(yùn)行的電流諧波圖
客戶非常重視諧波問(wèn)題，決定加錢購(gòu)買了輸入電抗器和lhf濾波器。
下圖是加裝輸入電抗器和lhf濾波器之后，在50hz運(yùn)行的諧波測(cè)試數(shù)據(jù)（此時(shí)功率因數(shù)表和電流表很穩(wěn)定）
水廠的水泵配置了一臺(tái)3ac 690v 800kw sinamics g150柜機(jī)，輸入側(cè)配置的整流變壓器與sinamics g150柜機(jī)容量相匹配（也就是kd班竹所說(shuō)：變頻器的容量與電網(wǎng)的容量很接近，小于2倍的關(guān)系）。
g150不開機(jī)不運(yùn)行的時(shí)候，經(jīng)第三方公司采用電能質(zhì)量分析儀檢測(cè)過(guò)整流變壓器的原邊，諧波是沒有問(wèn)題的，可以排除電網(wǎng)已有的諧波干擾。當(dāng)g150開機(jī)運(yùn)行之后，45hz以下沒問(wèn)題；當(dāng)頻率接近50hz時(shí)，整流變壓器的原邊互感器檢測(cè)的功率因數(shù)表和電流表波動(dòng)非常大。
案例1 得到的啟示:
1) 設(shè)計(jì)變頻傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，變壓器容量與變頻器容量的比值是個(gè)很重要的指標(biāo)。正如kd班竹所言：當(dāng)變壓器負(fù)載的50%以上是你的傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，諧波的產(chǎn)生你的裝置占了主要部分，你要負(fù)責(zé)處理。
2）設(shè)計(jì)變頻傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，大功率低壓變頻器必須配置進(jìn)線電抗器，對(duì)諧波做雙向的抑制。實(shí)際使用中，可以控制總諧波的電流畸變率 thid<30%。
案例2：
某個(gè)調(diào)峰的蓄能水電站，采用了一臺(tái)3ac 18kv 18mw simovert s ( lci 電流源型晶閘管變頻器）作為軟啟動(dòng)器，來(lái)分別起動(dòng)四臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)（每臺(tái)同步發(fā)電機(jī)為334mva)。
由于simovert s是交-直-交結(jié)構(gòu)的晶閘管變頻器，其對(duì)電網(wǎng)的諧波污染是很嚴(yán)重的。設(shè)計(jì)階段采用l- c 濾波裝置來(lái)抑制諧波對(duì)電網(wǎng)的影響。
實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)l- c 濾波裝置與電網(wǎng)中其他相關(guān)電氣設(shè)備的參數(shù)不匹配。simovert s啟動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)的過(guò)程中，由于諧波電流沖擊而使得電網(wǎng)上其它運(yùn)行中的水輪發(fā)電機(jī)跳閘。
經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)和研究，最終增設(shè)隔離變壓器來(lái)取代l- c 濾波裝置，徹底切斷了諧波電流傳導(dǎo)的途徑。從那以后，再?zèng)]有發(fā)生過(guò)類似的跳閘事故。
中高壓大功率變頻器的輸入側(cè)，配置隔離變壓器比較普遍，為了切斷諧波電流傳導(dǎo)的途徑。
值得注意的是，大功率afe變頻器可以把這個(gè)隔離變壓器省掉，由于afe變頻器的諧波量非常小。但是，直流母線上要配裝共模電壓抑制器。
案例3：
最近，我們拜訪了一些橡膠、塑料機(jī)械制造廠，橡塑的煉膠和成型工藝裝備需要使用中壓變頻器。廠里的工程師和電氣師傅反映：中壓變頻器運(yùn)行之后，附近的plc模擬量信號(hào)受到嚴(yán)重干擾，這些模擬量信號(hào)幾乎不能正常使用。
與廠里的工程師和電氣師傅確認(rèn)過(guò)，強(qiáng)、弱電布線確實(shí)分開，強(qiáng)、弱電的電纜確實(shí)采用屏蔽電纜，確實(shí)也將屏蔽做了單端接地（i/o盤柜側(cè)）。但是，plc模擬量信號(hào)被嚴(yán)重干擾的問(wèn)題沒有解決。
結(jié)合已確認(rèn)的情況，我們建議廠里的工程師和電氣師傅：
1）中壓變頻器最好采用變頻專用電纜，盡可能不采用普通的動(dòng)力電纜。
2）中壓變頻器專用電纜內(nèi)含三芯，每個(gè)線芯有分相屏蔽，整個(gè)電纜有總屏蔽。
我們要求每個(gè)線芯的分相屏蔽在變頻器側(cè)做單端接地！假如分相屏蔽雙端接地，諧波感應(yīng)出的電流在兩個(gè)接地點(diǎn)之間流動(dòng)，將會(huì)造成兩個(gè)接地點(diǎn)之間有電壓差。這個(gè)電壓差將干擾周圍敏感的弱電信號(hào)！
我們要求電纜總屏蔽做雙端接地！由于電纜內(nèi)部三芯電流的矢量和為零，總屏蔽上的感應(yīng)電流非常小，總屏蔽做雙端接地非常合適。
中高壓變頻器專用電纜示意圖
每個(gè)線芯的分相屏蔽在變頻器側(cè)做單端接地！電纜總屏蔽做雙端接地！
還是雙層屏蔽好用！我看西門子的標(biāo)配的電纜都是雙層屏蔽，而且外層應(yīng)該是雙端或多端接地，內(nèi)層是單端接地，所以用西門子標(biāo)配的電纜對(duì)外界干擾少很多。
案例4:
四年前，我在某熱軋鋼廠做現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，就遇到一件很倒霉的事情：電網(wǎng)諧波超標(biāo)，損壞了一批變頻器的控制板。
熱軋鋼廠供電線路檢修，當(dāng)天晚上廠里完成線路的檢修。第二天早上，供電線路逐級(jí)送電，abb acs800變頻器柜逐個(gè)上輔電，變頻器進(jìn)線斷路器合閘，但是變頻器沒有啟動(dòng)。
在不到一小時(shí)的時(shí)間里，陸續(xù)地發(fā)現(xiàn)有10多臺(tái)acs800變頻器的acu控制板損壞，所有在場(chǎng)的人非常吃驚。當(dāng)天，大家忙著查找什么原因造成這么多acu控制板損壞。第二天，從北京請(qǐng)過(guò)來(lái)的電能檢測(cè)機(jī)構(gòu)的專業(yè)人員，使用專業(yè)電能檢測(cè)儀表，分析結(jié)果：37次諧波嚴(yán)重超標(biāo)！
熱軋鋼廠電氣維護(hù)排查下來(lái)，也發(fā)現(xiàn)了高次諧波濾波器沒有投入。追查到當(dāng)班的電工作業(yè)票，供電線路逐級(jí)送電的時(shí)候，高次諧波濾波器忘記投入。
嗨！一次電工作業(yè)的疏忽，竟然造成如此大的損失。