隨著科技的進步，生活中廣泛使用高靈敏度的現代化用電設備和裝置。高次諧波污染往往導致這些電子系統運行錯誤乃至損壞。通過諧波保護器能夠凈化電源，保護用電設備和功率因數補償設備,防止保護裝置誤跳閘,從而保證設備正常穩定地運行。

為了適應現代社會信息化的需要,智能建筑中使用了大量的現代化用電設備和裝置,如通信系統、計算機、網絡控制設備、變頻空調、數碼辦公設備、燈光調控設備、消防系統、監控系統等,惡劣的諧波環境對保證系統和設備的正常運行造成了較大的威脅。

一. 諧波對電力系統的危害有哪些危害？

• 1.1 設備損耗增加變壓器：諧波電流會使變壓器的銅損和鐵損明顯增加。由于諧波電流在變壓器繞組中流動，會產生額外的熱量，使變壓器的工作溫度升高。例如，在存在大量 3 次諧波的情況下，變壓器的繞組損耗可能會比正常情況高出 20% - 30%。長期的過熱會加速變壓器絕緣材料的老化，縮短變壓器的使用壽命。

• 1.2 電纜：諧波會導致電纜的介質損耗增大。因為電纜相當于一個電容器，在諧波電壓的作用下，會產生額外的電容性電流，從而增加了電纜的損耗。并且，隨著諧波次數的增加，損耗會更加明顯。例如，對于含有高次諧波的電力系統，電纜的損耗可能會是僅有基波電流時的數倍。

• 1.3 降低電力系統的穩定性和可靠性電壓畸變：諧波會引起電網電壓的畸變。當大量非線性負載接入電網時，會產生諧波電流注入電網，這些諧波電流在電網阻抗上產生諧波電壓降，從而導致電網電壓波形發生畸變。例如，在一些工業區域，如果有多個大型的電力電子設備同時運行，電網電壓的總諧波畸變率（THD）可能會超過標準規定的 5%，嚴重影響其他電氣設備的正常運行。

• 1.4 諧振現象：可能引發電力系統的諧振。當電網的電感和電容參數與諧波頻率滿足一定條件時，就會發生諧振。諧振會導致電網中的電壓和電流急劇放大，對電網中的設備造成嚴重的過電壓和過電流損壞。例如，在一個包含電容器組的變電站中，如果系統中存在 5 次諧波，且其頻率與電容器組的固有頻率相近時，就可能引發諧振，損壞電容器和其他相關設備。

二. 諧波對電氣設備的危害有哪些？

• 2.1 縮短設備壽命電機：諧波會使電機的附加損耗增加，導致電機的溫度升高。同時，諧波還會引起電機的轉矩脈動，使電機產生振動和噪聲。這些因素都會加速電機軸承的磨損和絕緣材料的老化。例如，在存在較多 7 次諧波的情況下，電機的絕緣壽命可能會縮短 30% 左右。2.2 電容器：諧波電流會使電容器產生額外的熱量，導致電容器內部的介質老化加速。而且，諧波電壓可能會使電容器的工作電壓超過額定值，容易引起電容器的損壞。例如，當電容器長期工作在含有高次諧波的電網中時，其故障率會明顯增加。

• 2.3 干擾設備正常運行電子設備：對于電子設備，如計算機、通信設備等，諧波會產生電磁干擾（EMI）。諧波電流在設備的線路和電路板上流動時，會產生高頻磁場，干擾設備內部的信號傳輸和處理。例如，在一個數據中心，如果電網諧波含量過高，可能會導致服務器出現數據錯誤、通信中斷等問題。

• 測量儀表：諧波會影響電力系統中測量儀表的準確性。由于測量儀表通常是按照基波頻率進行校準的，諧波的存在會使儀表的讀數產生誤差。例如，普通的電能表在存在諧波的情況下，可能會高估或低估電能的計量，影響電力系統的經濟核算。

三. 諧波對通信系統的危害有哪些？

• 3.1 電磁干擾：電力系統中的諧波會產生電磁輻射，對附近的通信線路和通信設備造成干擾。這種干擾可能表現為通信信號的噪聲增加、信號失真或通信中斷。例如，高壓輸電線路中的諧波可能會干擾附近的移動通信基站，使手機信號的質量下降，通話出現雜音或掉線等情況。

• 3.2 信號衰減：諧波還可能導致通信電纜中的信號衰減增加。當通信電纜靠近含有諧波的電力線路時，諧波產生的電磁場會在通信電纜中感應出電流，這些電流會產生額外的損耗，從而使通信信號的強度減弱。例如，在一些電力和通信線路并行敷設的區域，通信信號的衰減可能會比正常情況高出幾倍。

四. 有源濾波器的作用闡述

4.1 電力系統方面

• 諧波補償：能檢測電網中的諧波，并生成相反的電流來抵消這些諧波，從而減少諧波對電網的影響，可同時濾除多次及高次諧波，濾除率高達 95% 以上，大大降低了諧波對電網和設備的危害，提高電網的電能質量。

• 無功補償：可以實時檢測無功需求并自動進行補償，提供無功功率，改善功率因數，減少線路損耗，提高電網的傳輸能力和設備的運行效率。

• 電壓調節：對電壓進行動態調節，確保電壓的穩定，從而保護連接到電網的設備不受電壓波動的影響，維持電力系統的正常運行。

4.2 信號處理方面

• 濾除特定頻率成分：可以設計成低通、高通、帶通或帶阻濾波器。如低通濾波器可用于去除音頻信號中的高頻噪聲，高通濾波器用于去除直流偏置或低頻噪聲，帶通濾波器能選出無線通信和音頻系統中所需的特定頻段信號，帶阻濾波器可消除干擾和噪聲1。

• 信號增益：能夠對通過濾波后的信號提供增益，增強信號強度，確保信號在經過濾波后保持足夠的強度，在音頻放大和無線通信系統中尤為重要1。

• 改善信號失真：由于使用運算放大器等有源元件，輸出信號的失真較低，適用于高質量音頻設備和其他要求高信號保真度的應用，可提高音頻、視頻及其他信號的質量1。

• 提高阻抗匹配：提供電氣阻抗匹配功能，減少信號傳輸中的反射和損耗，確保信號能夠高效傳輸至后續電路，對于高頻信號處理和射頻應用尤其關鍵。

4.3 其他方面

• 抗電磁干擾：在電子設備中，有源濾波器可以抑制電網中的電磁干擾，減少外界干擾對設備的影響，提高設備的穩定性和可靠性，同時也能防止設備自身產生的電磁干擾影響其他設備。

• 保護設備安全：具備過流、過壓、欠壓、溫度過高、測量電路故障、雷擊等多種保護功能，當電網出現異常情況時，能夠迅速檢測并采取措施，保護設備免受損害，確保裝置和電力系統安全運行。

• 提升系統性能：在工業自動化控制系統中，濾除電力系統中的諧波和干擾信號，使控制系統的信號更加準確、穩定，提高系統的控制精度和可靠性，進而提升整個系統的性能。在生物醫學工程領域，用于濾除生物信號中的干擾和噪聲，提取有效的生理信息，提高診斷的準確性。

五. 諧波污染的主要防范措施

為保證智能建對3A系統(自動化系統、辦公自動化系統通信自動化系統)運行的高可靠性要求，在設計和施工階段，目前主要采取以下措施預防諧波對電子設備的干擾。

• 為電子設備設計回路供電,盡可能避免諧波干擾沿供電線路竄人。

• 為易受干擾設備加裝線路濾波器,消除或抑制諧波分量,達到凈化電源的目的。

• 該設備配盡能離電流畸變嚴重的線路,以避免空間電磁干擾。

然而,這些措施卻不是從源頭對諧波污染進行治理。

5.1 諧波保護裝置

我司推出的諧波保護器從源頭消除了諧波污染,為用電設備提供諧波保護功能。HPD采用了超微晶合金材料與創新科技的特別電路，在2kHz10MH頻段內有較好的濾波吸收效果,對用電設備產生的隨機高次諧波和高頻噪聲、脈沖尖峰、電涌等干擾具有抑制和吸收作用;隨時測量電壓波形,瞬時濾除電源中的尖峰浪涌(雷電)、雜波,矯正因諧波影響而產生畸變的電壓波形;除對電源中的干擾噪聲有濾波作用外，還對電源波形有矯正作用,把有用的電能返還到電源,達到提高電能質量的效果

ANAPF有源濾波器產品實物照片

5.2 安科瑞智能電容器產品

AZC/AZCL系列智能電容器是應用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節省能源、降低線損、提高功率因數和電能質量的新一代無功補償設備。它由智能測控單元，晶閘管復合開關電路，線路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構成。可替代常規由熔絲、復合開關或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內和柜面由導線連接而組成的自動無功補償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應現代電網對無功補償的更高要求。

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數、頻率、電容器路數及投切狀態、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內部晶閘管復合開關電路，自動尋找適宜投入（切除）點，實現過零投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

電容產品實物展示

AZC系列智能電容模塊AZCL系列智能電容模塊

安科瑞無功補償裝置智能電容方案

結 語

為保證現代智能建筑中各種不同類型設備和計算機及電子裝置正常可靠、穩定地運行,所以要采取相應措施,消除對用電設備具有破壞性的高次諧波、高頻噪聲、浪涌、尖峰瞬變等,防止計算機電子設備、PLC、電機電器等死機,確保用電設備的使用壽命。