淺談有源濾波諧波濾波補償裝置在軋鋼廠配電系統的應用

　更新日期：2023-09-18　點擊量：496

王蘭

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：針對因采用變頻、可控硅整流技術產生的高次諧波對電網、設備造成的危害提出了解決方案，并進行了系統設計。裝置投入運行后，經濟效益明顯。

關鍵詞：補償；濾波；電能

0引言

為達到軋鋼工藝，產品要求,生產中常采用變頻調速，可控硅整流技術，交流側電流波形近似于梯形,使之必然產生一系列高次諧波，雖然現場的變壓器采用/-Y交替接線可消除3倍數的高次諧波但仍有5、7、11和13等次諧波產生，進入電網造成危害，使供電波形畸變，影響供電質量，導致電氣設備過熱，絕緣下降，電纜發熱損耗增加，干擾通訊和控制設備，造成電量表的超量計量而產生的高電壓擊穿和破壞電氣絕緣，也損失了大量電能，功率因數降底，其它用戶用電也將受到影響。因此，抑制高次諧波有利于提高電網質量,減少危害。

1方案提出

對于中、小容量的軋機，其中無功沖擊并不大,但諧波發生量可觀，功率因數低，這時，從技術和經濟上考慮，以治理諧波為主兼補償無功，采用電力高次諧波濾波裝置，在吸收諧波的同時，其基波無功輸出量滿足提高功率因數的要求。

高次諧波濾波及無功補償裝置采用LC無波濾波器，由濾波電容器、電抗器和電阻器適當組合而成濾波裝置，與諧波源并聯，除起濾波作用外，還兼做無功補償用。LC濾波器又分為單調濾波器，高通濾波器等，濾波器通常設計成中性點不接地的星形接線方式，這種接線方式便于分相調諧，一相中任何一個電容器擊穿時，短路電流較小，電抗器不承受短路電流沖擊，電抗器的絕緣水平較低，有利于制造和降低造價。

單調濾波器利用串聯LC諧振原理組成(如圖1),只要將濾波器的諧振次數設計為與需要濾除的諸波次數一樣，即LC回路的諧振頻率nw=1/√（LC），w=2π*50，n為諧振次數。則該次數諧波電流將大部分流入濾波器，從而起到濾除該次數諧波的目的。單高濾波器主要用于濾除諧波源中的主要特征諧波，如5次、7次、11次、13次等。

圖1單調諧濾波器

2系統設計

2.1基礎資料

長鋼小型材開關站的6kV系統采用單母線分段接線，直流傳動裝置全部由6kV一段母線供電，其余負荷為非整流負荷，由6kV一、二段母線供電，其中主、輔傳動的用電設備平均軋制有功功率P=9367kw，無功功率0=9137kw，直流傳動設備裝機容量為11772kw,均為6脈沖整流。考慮到軋制中負荷率的大小，當平均功率因數達0.92時，總的無功補償容量Qc=4846kVar。

2.2諧波分析表1所示

根據以上資料分析，其各次諧波電流估算為:上述諧波發生量6kv母線上造成的諧波電壓畸變率為THDU1=0.0784>0.04(國際GB/T14549-93《電能質量公用電網諧波》的規定6V公用電網諧波指標)，如表2所示

從以上諧波分析中可見，軋機產生的諧波電流在6kV母線上造成的諧波電壓畸變率達0.0784，超出國際0.04的允許值，其諧波電流中I5、I7、I11、I13均超過國標允許值。

2.3濾波裝置設計

根據諧波分析結果，軋機的諧波發生量中I5、I7、I11、I13較大，因此擬配置H5，H7，H11，H13四個濾波支路,每個濾波支路設計成為單調諧濾波器濾波裝置的安裝容量由基波有效容量Qc和濾波補償容量Qcn兩部分組成。基波有效容量按照6kV母線月平均功率因數cosφ=0.92的要求確定，通過濾波裝置的基波無功輸出來達到，諧波補償容量是補償諧波而消耗的無功功率，其大小與吸收諧波電流的大小有關。各個濾波支部的有效容量和安裝容量分配如表3所示:

3濾波效果(見表4)

6kV母線總諧波電壓畸變率為:THDU2=0.0044<0.04(滿足標準根據前面無功補償容量計算，需要提供無功補償容量Qc=4846kVar。當濾波裝置全部投入運行后，基波無功輸出量Qfl=5199kVar,可以滿足要求。

由此可見，濾波裝置投入后,在基波無功補償、電壓畸變率等方面都有很好的改善，較好地起到了提高功率因數、抑制電壓畸變、提高電能質量的作用。

4 安科瑞APF有源濾波器產品選型

4.1產品特點

（1）DSP+FPGA控制方式，響應時間短，全數字控制算法，運行穩定；

（2）一機多能，既可補諧波，又可兼補無功，可對2～51次諧波進行全補償或規定特定次諧波進行補償；

（3）具有完善的橋臂過流保護、直流過壓保護、裝置過溫保護功能；

（4）模塊化設計，體積小，安裝便利，方便擴容；

（5）采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實現參數設置和控制，使用方便，易于操作和維護；

（6）輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力系統的影響；

（7）多機并聯，達到較高的電流輸出等級；

4.2型號說明

4.3尺寸說明

4.4產品實物展示

HG9A5534 HG9A5337

ANAPF有源濾波器

5 安科瑞智能電容器產品選型

5.1產品概述

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。

5.2型號說明