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1、电能质量测试报告及整改方案TEST REPORT客户名称： 苏州工业园区电信ldc数据交换中心 测试日期： 2010-4-192010-4-21 一、 检测目的：苏州工业园区电信ldc数据交换中心1#、2#、8#、9#变压器下的有大量非线性负荷（照明、空调、变频器、ups等）。在运行过程中会产生大量谐波电流，影响工作的正常运行；此次测量目的是了解现场电压、电流的谐波情况，分析所得数据并且寻求解决方案。二、 检测时间：2010年4月19日2010年4月21日三、 检测人员： 京亚派科技实业有限公司：许工，黄工，胡工 苏州工业园区电信ldc数据交换中心：华工四、 检测设备：1、美国FLUKE公司的
2、FLUKE1760电能质量测试仪。此设备用于监测电能质量，可以在线连续长时间测量电压、电流的谐波，三相不平衡，闪变，暂态过程，波形变动，频率变化等，可同时记录八个信号输入。设备技术参数电压精确度: 0.15%电流精确度: 0.5%采样频率:1kHz64kHz脉冲采样频率:100kHz10MHz符合EN61000-4-7标准-A等级五、 测试数据及分析（一）1#变压器1测量示意图50Hz20kVSn=2500 kVAZk= 5.0%20kV/400V TR1测量点50Hz400V变频器三相照明单相电机三相M2量测记录图1-1 瞬时电压、电流波形图A相电压- A相电流-图1-2 基波电压趋势图A相
3、电压- B相电压- C相电压-图1-3 基波电流趋势图A相电流- B相电流- C相电流-图1-4 谐波电流畸变率趋势图(U-THD)A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-图1-5 谐波电流趋势图A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-图1-6 谐波电压频谱图5次 A相谐波电压- B相谐波电压- C相谐波电压-图1-7 谐波电流频谱图5次 A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-表1 测量点数据记录分析谐波次数设备工作时电压电流(A项)U（V）(%)I(A)(%)122910047810020.03170.0140.8830.18530.2980.133.50.72440.0
4、9950.0430.3840.0854.5241.96648.68210.21560.05080.0220.3710.07870.4830.2119.0744.00380.04590.020.210.04490.08210.0362.1110.441100.02630.0110.2190.046110.4580.19911.1022.329120.02610.0110.1190.025130.3150.1378.251.731140.01390.0060.1590.033150.08470.0371.2890.27160.01420.0060.07370.015170.2610.1134.04
5、50.849180.01280.0060.08450.018190.3990.1735.2371.0990200.01760.0060.1510.032THD(%)2.4514.5（二）2#变压器1测量示意图50Hz20kVSn=2500 kVAZk= 5.0%20kV/400V TR1测量点50Hz400V变频器三相照明单相电机三相M2量测记录图2-1 瞬时电压、电流波形图A相电压- A相电流-图2-2 基波电压趋势图A相电压- B相电压- C相电压-图2-3 基波电流趋势图A相电流- B相电流- C相电流-图2-4 谐波电流畸变率趋势图(U-THD)A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波
6、电流-图2-5 谐波电流趋势图A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-图2-6 谐波电压频谱图5次 A相谐波电压- B相谐波电压- C相谐波电压-图2-7 谐波电流频谱图5次 A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-表2 测量点数据记录分析谐波次数设备工作时电压电流(A项)U（V）(%)I(A)(%)123210023210020.04410.0190.7360.31730.2890.1272.331.00540.04170.0160.5890.25451.3290.58424.12910.40360.03760.0170.2040.08871.0920.47914.9376.43
7、980.05460.0240.4470.19390.040.0180.5050.216100.01270.0060.3130.135110.2420.1065.6992.457120.02630.0110.1230.053130.2040.0893.0671.323140.04550.020.4770.206150.01610.0080.3930.169160.02130.0090.1210.052170.4530.1996.462.785180.01510.0070.1280.055190.3520.1554.6131.989200.02950.0130.2650.114THD(%)2.51
8、3.8（三）8#变压器1测量示意图50Hz20kVSn=2000 kVAZk= 5.0%20kV/400V TR1测量点50Hz400VUPS三相照明单相电机三相M2量测记录图3-1 瞬时电压、电流波形图A相电压- A相电流-图3-2 基波电压趋势图A相电压- B相电压- C相电压-图3-3 基波电流趋势图A相电流- B相电流- C相电流-图3-4 谐波电流畸变率趋势图(U-THD)A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-图3-5 谐波电流趋势图A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-图3-6 谐波电压频谱图13次 A相谐波电压- B相谐波电压- C相谐波电压-图3-7 谐波电流频
9、谱图4次 A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-表3 测量点数据记录分析谐波次数设备工作时电压电流(A项)U（V）(%)I(A)(%)123810024810020.3230.13527.18910.9731.3640.57341.21816.63140.840.35341.54916.76450.3970.16714.4855.84560.5280.22210.3214.16471.6110.67620.1148.11581.5050.63223.2979.40190.5890.24714.1655.715100.4250.17812.3474.982111.670.70125.41
10、0.248121.0650.4478.083.26132.0980.88113.5355.461140.980.41110.7894.353150.3420.1432.8591.153160.3210.1355.8182.348170.5210.2192.7011.09180.8430.0350.7760.313190.3140.1320.680.274200.1590.0670.6670.269THD(%)2.638（四）9#变压器1测量示意图50Hz20kVSn=2000 kVAZk= 5.0%20kV/400V TR1测量点50Hz400VUPS三相照明单相电机三相M2量测记录图4-1
11、瞬时电压、电流波形图A相电压- A相电流-图4-2 基波电压趋势图A相电压- B相电压- C相电压-图4-3 基波电流趋势图A相电流- B相电流- C相电流-图4-4 谐波电流畸变率趋势图(U-THD)A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-图4-5 谐波电流趋势图A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-图4-6 谐波电压频谱图5次 A相谐波电压- B相谐波电压- C相谐波电压-图4-7 谐波电流频谱图4次 A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-表4 测量点数据记录分析谐波次数设备工作时电压电流(A项)U（V）(%)I(A)(%)123310031510020.4860.2
12、0828.3018.99330.9320.441.11613.06641.2320.52943.49213.82154.9232.11225.8918.22760.6160.2649.7243.0970.7420.3186.362.02180.9370.40226.3668.37990.5150.2215.1061.623100.7490.32117.085.428111.5840.6829.6499.422120.7110.30510.5163.342130.4410.18911.3183.597140.8040.34513.4034.259150.3120.1342.5310.804160
13、.5950.2557.3382.332170.05280.0230.7110.226180.1170.051.6450.523190.08290.0360.9050.287200.0760.0330.4590.146THD(%)2.828.3（五）变频器137kw变频器量测记录图5-1 50hz基波电流趋势图A相电流- B相电流- C相电流-图5-2 50hz谐波电流畸变率趋势图(U-THD)A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-图5-3 50hz谐波电流趋势图A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电-图5-4 50hz谐波电流频谱图5次 A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流
14、-图5-5 40hz基波电流趋势图A相电流- B相电流- C相电流-图5-6 40hz谐波电流畸变率趋势图(U-THD)A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-图5-7 40hz谐波电流趋势图A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电-图5-8 40hz谐波电流频谱图5次 A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-表5 测量点数据记录分析谐波次数设备工作时电流(A项)50HZ40HZI(A)(%)I(A)(%)1481003410020.280.590.5711.70333.9448.432.1076.28940.160.3310.160.478515.2432.15212.4143
15、7.04560.0910.1920.1550.46274.6719.8173.98411.88880.0460.10.0840.25190.4751.0770.3180.95100.0650.1360.0650.193113.4867.3582.6157.804120.0310.0690.0630.189131.6233.4491.2513.734140.0490.1050.0630.189150.2950.6590.2050.612160.0360.0760.0390.116171.5193.2691.3383.993180.0260.0570.050.149191.2642.6420.83
16、32.485200.0290.0630.0490.146THD(%)36.542255kw变频器量测记录图6-1 50hz基波电流趋势图A相电流- B相电流- C相电流-图6-2 50hz谐波电流畸变率趋势图(U-THD)A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-图6-3 50hz谐波电流趋势图A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电-图6-4 50hz谐波电流频谱图5次 A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-图6-5 40hz基波电流趋势图A相电流- B相电流- C相电流-图6-6 40hz谐波电流畸变率趋势图(U-THD)A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-图6-7
17、 40hz谐波电流趋势图A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电-图6-8 40hz谐波电流频谱图5次 A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-表6 测量点数据记录分析谐波次数设备工作时电流(A项)50HZ40HZI(A)(%)I(A)(%)1691005010020.4190.6091.162.33535.4157.7832.7995.63240.140.2030.3170.638519.60328.39719.03538.29560.1070.1510.3050.61375.7848.356.32412.72480.060.0870.1570.31790.7671.1060.435
18、0.875100.0690.1010.1240.25115.4917.9864.228.49120.0520.0740.130.262132.593.7371.7353.49140.0370.0530.1060.214150.4160.5980.2920.587160.0390.0570.0770.155172.653.8622.0444.112180.0370.0520.0880.176191.6352.350.9811.974200.030.0430.0730.148THD(%)3643375kw变频器量测记录图7-1 50hz基波电流趋势图A相电流- B相电流- C相电流-图7-2 50
19、hz谐波电流畸变率趋势图(U-THD)A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-图7-3 50hz谐波电流趋势图A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电-图7-4 50hz谐波电流频谱图5次 A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-图7-5 40hz基波电流趋势图A相电流- B相电流- C相电流-图7-6 40hz谐波电流畸变率趋势图(U-THD)A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-图7-7 40hz谐波电流趋势图A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电-图7-8 40hz谐波电流频谱图5次 A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-表7 测量点数据记录分析谐波次数
20、设备工作时电流(A项)50HZ40HZI(A)(%)I(A)(%)1641005110020.6370.9991.4792.91631.9473.0063.4656.83340.2330.3640.4370.862522.32334.92521.63642.65360.1610.2520.3870.76376.94310.8018.216.16680.0850.1340.1990.39290.2940.4570.4920.97100.0920.1440.1470.289114.9557.8093.9067.7120.0680.1060.1550.305132.1263.3431.8753.69
21、5140.0790.1220.1460.289150.1830.2840.3020.596160.0530.0830.090.178172.3363.6762.0734.087180.0490.0760.1120.221191.422.2350.961.893200.0520.0810.1050.207THD(%)4048.5490kw变频器量测记录图8-1 50hz基波电流趋势图A相电流- B相电流- C相电流-图8-2 50hz谐波电流畸变率趋势图(U-THD)A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-图8-3 50hz谐波电流趋势图A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电-图8-4
22、 50hz谐波电流频谱图5次 A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-图8-5 40hz基波电流趋势图A相电流- B相电流- C相电流-图8-6 40hz谐波电流畸变率趋势图(U-THD)A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-图8-7 40hz谐波电流趋势图A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电-图8-8 40hz谐波电流频谱图5次 A相谐波电流- B相谐波电流- C相谐波电流-表8 测量点数据记录分析谐波次数设备工作时电流(A项)50HZ40HZI(A)(%)I(A)(%)11271008910020.7970.630.7070.79731.9451.5385.6976.4
23、2840.3570.2830.1520.172532.80725.94832.19736.29160.1550.1230.130.146710.3278.1689.92911.19480.1510.1190.1680.1990.4430.350.9011.017100.1430.1130.1420.16119.2667.3297.8638.862120.0810.0640.0680.077135.1174.0473.6354.096140.10.0790.160.181150.2930.2320.4380.494160.0830.0660.1190.134174.2763.3823.8624.
24、353180.0590.0470.0490.055193.1282.4742.3882.691200.0680.0540.1150.129THD(%)29.541.5（六）测试分析及治理方案测试分析：苏州工业园区电信ldc数据交换中心1#、2#、8#、9#变压器下的有大量非线性负荷（变频器，ups等）。运行过程中会产生大量谐波电流。（注：1#、2#变压器下的变频器由于受条件限制，测量变压器低压端时没有投入工作，另外由于该数据中心刚成立不久，许多主机设备还未投入使用，预计正常运作情况下谐波电流会进一步加大）1. 1#、2#系统中谐波主要集中在5次，8#、9#系统中谐波主要集中在3次，4次。2.
25、1#系统中存在的谐波电流5次49A（允许限值为5次41A）；2#系统存在的谐波电流5次24A（允许限值为5次19A）；8#系统存在谐波电流3次41A，4次42A（允许限值为3次22A，4次14A）；9#系统存在谐波电流3次41A,4次43A（允许限值为3次27A，4次17A）。3. 1#系统总电流畸变率为14.5%，总谐波电流为60A；2#系统总电流畸变率为13.8%，总谐波电流为32A；8#系统总电流畸变率为38%，总谐波电流为95A；9#系统总电流畸变率为28.3%，总谐波电流为89A。4. 1#、2#变压器下有4种不同型号的的变频器，分别是37kw、55kw、75kw、90kw，工作时会
26、产生大量电流谐波，从而影响电网的电流质量，经测试37kw变频器工作在50hz时总电流畸变率为36.5%，总谐波电流为19A，工作在40hz时总电流畸变率为42%，总谐波电流为14A；55kw变频器工作在50hz时总电流畸变率为36%，总谐波电流为24A，工作在40hz时总电流畸变率为43%，总谐波电流为22A；75kw变频器工作在50hz时总电流畸变率为40%，总谐波电流为27A，工作在40hz时总谐波畸变率为48.5%，总谐波电流为24A；90kw变频器工作在50hz时总电流畸变率为29.5%，总谐波电流为38A，工作在40hz时总谐波畸变率为41.5%，总谐波电流为36A。整改建议及方案：
27、1. 1#、2#变压器治理方案1#、2#变压器下有大量非线性负载。主要有4台90kw，4台75kw，2台5kw，2台37kw变频器，运行过程中会产生大量谐波电流。而且由于其使用的无功补偿为单纯电容补偿，将谐波进一步放大，加大了谐波对整个系统的影响。 方案一：在的谐波源设备前端进行就地补偿，主要是对各台变频器进行就地补偿，为37kw，55kw，75kw每台变频器各配置一台A-APF/3L-30A 的电力有源滤波器（共8台），为90kw每台变频器各配置一台A-APF/3L-50A 的电力有源滤波器（共4台），另外在1#、2#变压器下各配置一台A-APF/3L-100A 的电力有源滤波器（共2台）；
28、可保证电流总畸变率THDi5%，功率因数0.98，满足国家用电要求、改善用电质量，并能对三相不平衡进行补偿。 优点：谐波就地得到补偿，避免了谐波的扩散，补偿效果好，消除同一条母线上的设备相互干扰。降低了冲击性负载的电流冲击，保护了母线。同时由于降低母线的峰值电流，还会大大减小网损；消除了分路开关因为谐波误动作的可能性。缺点：就地补偿冲击性负载。调速装置不工作时，设备闲置，浪费大，设备整体利用率低。同时对电网的新增谐波，没有自适应，还可能需要再上谐波滤除装置以保证电能质量。方案二：可在变压器低压端安装电力有源滤波器集中补偿。根据检测1#、2#变压器下设备满载工作时各相总谐波电流能达到400A左右
29、，在1#、2#变压器下各配置2台A-APF/3L-200A的电力有源滤波器（共4台），可保证电流总畸变率THDi5%，满足国家用电要求、改善用电质量，并能对三相不平衡进行补偿。优点：综合治理整个公司的谐波污染问题，保证了公司的电能质量，改造工程量小，对电网后来新增的谐波具有自适应能力。测试对象公司的电容器是集中安装，滤波装置的集中安装能与电容器的配合使用，消除系统谐振及继电保护的误动作，保护电容器免受谐波影响。集中补偿方式补偿的是整个系统的谐波，设备利用率高。缺点：这种方案只是解决了谐波向上级扩散的情况，谐波没有就地消除，车间内同一条母线上的设备还是存在谐波干扰的隐患，车间内母线上还是有大量的
30、谐波，增加母线电缆上的线损；分路开关误动作的可能性没有消除。方案分析及建议：方案一符合谐波消除的规范，谁产生谁治理，但受现场空间的制约；就设备利用率来讲方案二较方案一优势明显；就改造的难以程度及工作量来讲，方案二也较方案一更合理。从最终的治理效果，彻底解决谐波问题来讲，方案二可行性高，推荐采用。2. 8#、9#变压器治理方案8#、9#变压器下有大量非线性负载，主要是UPS，运行过程中会产生大量谐波电流。而且由于其使用的无功补偿为单纯电容补偿，将谐波进一步放大，加大了谐波对整个系统的影响。根据检测8#、9#变压器下各相总谐波电流达到100A，但考虑到该数据中心刚成立不久，好多负载设备没有投入运行
31、，为保证设备正常投入运行时，能有效的治理谐波，建议在8#、9#变压器下各配置一台A-APF/3L-200A 的电力有源滤波器（共2台）可保证电流总畸变率THDi5%，满足国家用电要求、改善用电质量，并能对三相不平衡进行补偿。 附件：一、谐波电流危害现代化电力系统中，非线性设备作为谐波源，包括传统非线性设备和现代电力电子设备两大类。传统非线性设备：包括变压器，旋转电机以及荧光灯等；现代电力电子非线性设备：包括在工业界和现代办公设备中广泛使用的电子控制装置和开关、电源、晶闸管控制设备等。其中晶闸管控制设备包括整流器，逆变器，静止无功补偿装置，变频器，高压直流输电设备等。电力系统谐波的危害：1 对输
32、电线路的影响谐波电流一方面在输电线路上产生谐波电压降，另一方面，增加了输电线路上的电流有效值从而引起附加输电损耗。使设备的温度过热，网损增加，加速电缆绝缘老化，影响使用寿命。2 对变压器的影响变压器在高次谐波电压的作用下，将产生集肤效应和邻近效应，增加了磁滞损耗、涡流损耗及绝缘的电场强度。电网中谐波电流的存在增加了铜损，对于带非对称性负荷的变压器，如果负载电流中含有直流分量，会引起变压器的磁路饱和，从而大大增加励磁电流的谐波分量。3 对电力电容的影响由于电容器的容抗，与频率成反比，因此在高次谐波电压作用的容抗要比在基波电压作用下的容抗小得多，从而使谐波电流的波形畸变更比波电压的波形畸变大得多，
33、即便电压中谐波所占的比例不大，也会产生显著的波电流。特别是在发生谐振的情况下，很小的谐波电压就可引起很大的谐波电流，使电容器成倍地过负荷，导致电流器因过流而损坏。4 对继电保护、自动装置的影响电力谐波常会引起会引起继电保护、自动装置的拒动或误动，使其动作失去选择性，可靠性降低，容易造成系统事故，严重威胁电力系统的安全运行。5 对旋转电机的影响谐波电压或电流会在电机的定子绕组、转子回路以及定子和转子铁芯中引起附加损耗。这些附加损耗要比其本身的直流电阻所引起的损耗大，电机会产生过热现象，并使电 机效率降低。谐波电流还会增加电机的噪声，产生脉冲转矩引起谐波振动。6 对测量仪表的影响测量仪表是在正弦波
34、情况下进行校验的，如果供电的波形发生畸变，仪表则容易产生误差，导致电气仪表计量不准确。7 对计算机和通讯设备的影响谐波一般通过电容耦合、电磁感应及电气传导等三种途径影响通讯，特别是载频低的信号受影响更大。变流器在换相期间注入的脉冲电压所包含的谐波频率较高，可以高达1 MHz以上，因而会引起电磁干扰。它对计算机、通信线路、通信设备会产生很大影响。轻者产生噪声，降低通信质量;重者导致信息丢失，使计算机和通信系统无法正常工作等。8 对其它用户设备的影响高次谐波除了对上述设备产生影响之外，还会对下列用户设备产生影响： 影响电视机的画面质量； 对电子计算机产生干扰； 影响仪用互感器的测量精度； 使熔断器
35、未超整定值就熔断； 影响电子显微镜的画面清晰度； 使日光灯的镇流器及补偿用电容过热和损坏； 影响其它换流设备或其它由电压过零所控制的设备的同步。二、电能质量国家标准中的指标说明自90年代开始，国家质量监督局在总结执行原水利电力部 电力系统谐波管暂行规定（SD126-84）经验的基础上，系统的研究了电能质量标准的有关问题，结合国情，吸取国外电力系统谐波的最新研究成果和各类标准，提出了谐波国家标准电能质量 公用电网谐波（GB/T14549-1993）。 各级电网谐波电压限值注入公共电网的谐波电流允许值 三、电力有源滤波器简介电力有源滤波器（APF）是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置
36、。它能对变化的谐波进行快速的动态跟踪,它根据负荷的谐波进行动态补偿,不但能滤去高次谐波而且能对基波无功进行补偿，达到负荷电流波形与系统电压波形一致，从而实现了一机多能，是随机谐波治理、动态无功补偿的理想的装置。A-APF系列电力有源滤波器由两大部分组成，即谐波电流检测电路和补偿电流发生电路（由补偿电流控制电路、隔离与驱动电路和主电路三个部分构成）。其中，谐波电流检测电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波电流分量。补偿电流发生电路的作用是根据谐波电流检测电路得出的补偿电流信号，产生实际的补偿电流。补偿电流控制电路的作用是根据检测到的各个电压和电流，由控制算法计算得出补偿电流的指令信号。主电路用来产生补偿电流，采用 PWM变流器形式实现。从补偿原理上讲，A-APF可等效为一个受控谐波电流发生器，其产生的补偿电流大小和成分均由谐波电流检测电路唯一确定，也就是说由负载谐波电流确定。A-APF原理框图四、无源滤波装置与有源滤波装置的比较 名称不同电力无源滤波器的英文全称为ELECTRIC POWER PASSIVE FILTER DEVICE，其中PASSIVE的中文含义为“被动的、无源的”。电力有源滤波器的英文全称为ELECTRIC POWER ACTIVE FILTER DEVICE，其中ACTIVE的中文含义为“主动地、积极的、有源的”。 构造与原理电力无源滤波器：它是按照希望抑制的
