变频器谐波干扰的检修案例

众所周知，通过变频器拖动电机(非线性负载)，就不可避免地产生谐波。谐波将会干扰供电系统，也会干扰电机运行，甚至通过动力电缆辐射干扰着邻近plc弱电信号。总之，变频器的谐波问题始终令很多人觉得“一头雾水”，难以排查而觉得头痛。
案例1:

某水厂十几年前，采用6SE70 AFE来驱动水厂的水泵，变压器也是SIEMENS品牌的整流变压器。去年6SE70 AFE已经坏掉，客户选配了不带输入电抗器的SINAMICS G150柜机来替换。使用时发现频率接近50HZ时，整流变压器的原边互感器检测的功率因数表和电流表波动很大，我们起初怀疑是变频器调试导致或干扰等导致，最终经第三方公司采用电能质量分析仪，检测结果是5次/7次谐波含量超标。
SINAMICS G150 不带输入电抗器50HZ运行的电流谐波图

客户非常重视谐波问题，决定加钱购买了输入电抗器和LHF滤波器。
下图是加装输入电抗器和LHF滤波器之后，在50HZ运行的谐波测试数据（此时功率因数表和电流表很稳定）

水厂的水泵配置了一台3AC 690V 800KW SINAMICS G150柜机，输入侧配置的整流变压器与SINAMICS G150柜机容量相匹配（也就是kd班竹所说：变频器的容量与电网的容量很接近，小于2倍的关系）。
G150不开机不运行的时候，经第三方公司采用电能质量分析仪检测过整流变压器的原边，谐波是没有问题的，可以排除电网已有的谐波干扰。当G150开机运行之后，45HZ以下没问题；当频率接近50HZ时，整流变压器的原边互感器检测的功率因数表和电流表波动非常大。
案例1 得到的启示:
1) 设计变频传动系统时，变压器容量与变频器容量的比值是个很重要的指标。正如kd班竹所言：当变压器负载的50%以上是你的传动系统时，谐波的产生你的装置占了主要部分，你要负责处理。
2）设计变频传动系统时，大功率低压变频器必须配置进线电抗器，对谐波做双向的抑制。实际使用中，可以控制总谐波的电流畸变率 THID<30%。

某个调峰的蓄能水电站，采用了一台3AC 18KV 18MW SIMOVERT S ( LCI 电流源型晶闸管变频器）作为软启动器，来分别起动四台水轮发电机（每台同步发电机为334MVA)。
由于SIMOVERT S是交-直-交结构的晶闸管变频器，其对电网的谐波污染是很严重的。设计阶段采用L- C 滤波装置来抑制谐波对电网的影响。
实际调试过程中，发现L- C 滤波装置与电网中其他相关电气设备的参数不匹配。SIMOVERT S启动水轮发电机的过程中，由于谐波电流冲击而使得电网上其它运行中的水轮发电机跳闸。
经反复试验和研究，最终增设隔离变压器来取代L- C 滤波装置，彻底切断了谐波电流传导的途径。从那以后，再没有发生过类似的跳闸事故。
中高压大功率变频器的输入侧，配置隔离变压器比较普遍，为了切断谐波电流传导的途径。
值得注意的是，大功率AFE变频器可以把这个隔离变压器省掉，由于AFE变频器的谐波量非常小。但是，直流母线上要配装共模电压抑制器。

最近，我们拜访了一些橡胶、塑料机械制造厂，橡塑的炼胶和成型工艺装备需要使用中压变频器。厂里的工程师和电气师傅反映：中压变频器运行之后，附近的PLC模拟量信号受到严重干扰，这些模拟量信号几乎不能正常使用。
与厂里的工程师和电气师傅确认过，强、弱电布线确实分开，强、弱电的电缆确实采用屏蔽电缆，确实也将屏蔽做了单端接地（I/O盘柜侧）。但是，PLC模拟量信号被严重干扰的问题没有解决。
结合已确认的情况，我们建议厂里的工程师和电气师傅：
1）中压变频器最好采用变频专用电缆，尽可能不采用普通的动力电缆。
2）中压变频器专用电缆内含三芯，每个线芯有分相屏蔽，整个电缆有总屏蔽。
我们要求每个线芯的分相屏蔽在变频器侧做单端接地！假如分相屏蔽双端接地，谐波感应出的电流在两个接地点之间流动，将会造成两个接地点之间有电压差。这个电压差将干扰周围敏感的弱电信号！
我们要求电缆总屏蔽做双端接地！由于电缆内部三芯电流的矢量和为零，总屏蔽上的感应电流非常小，总屏蔽做双端接地非常合适。

中高压变频器专用电缆示意图
每个线芯的分相屏蔽在变频器侧做单端接地！电缆总屏蔽做双端接地！

还是双层屏蔽好用！我看西门子的标配的电缆都是双层屏蔽，而且外层应该是双端或多端接地，内层是单端接地，所以用西门子标配的电缆对外界干扰少很多。
案例4:

四年前，我在某热轧钢厂做现场调试，就遇到一件很倒霉的事情：电网谐波超标，损坏了一批变频器的控制板。
热轧钢厂供电线路检修，当天晚上厂里完成线路的检修。第二天早上，供电线路逐级送电，ABB ACS800变频器柜逐个上辅电，变频器进线断路器合闸，但是变频器没有启动。
在不到一小时的时间里，陆续地发现有10多台ACS800变频器的ACU控制板损坏，所有在场的人非常吃惊。当天，大家忙着查找什么原因造成这么多ACU控制板损坏。第二天，从北京请过来的电能检测机构的专业人员，使用专业电能检测仪表，分析结果：37次谐波严重超标！
热轧钢厂电气维护排查下来，也发现了高次谐波滤波器没有投入。追查到当班的电工作业票，供电线路逐级送电的时候，高次谐波滤波器忘记投入。
嗨！一次电工作业的疏忽，竟然造成如此大的损失。