低壓電網(wǎng)中的諧波濾波器

一、低壓電網(wǎng)中諧波分量的限值

為了限制諧波源注入電網(wǎng)后產(chǎn)生不良影響，必須把電壓和電流的諧波分量控制在允許的范圍內(nèi)，使連接在電網(wǎng)中的電氣設(shè)備免受諧波的干擾。對(duì)于不同電壓等級(jí)電網(wǎng)的電壓總諧波畸變率的限值不同，電壓等級(jí)越高，諧波限制越嚴(yán)。例如6～10kV、35～66kV及110kV電網(wǎng)，其電壓總諧波畸變率分別規(guī)定為4.0、3.0和2.0；另外對(duì)偶次諧波的限制也要嚴(yán)于對(duì)奇次諧波的限制。

二、電容回路的諧波放大和諧振

無功補(bǔ)償裝置和濾波裝置主要由并聯(lián)電容器及電抗器組成。在工頻條件下，電容器的電抗值比系統(tǒng)的電感電抗值要大得多，不會(huì)發(fā)生諧振。但由于容抗XC=1/ωC，感抗XL=ωL，高次諧波條件下由于XL的增加和XC的減小，就可能發(fā)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振。這種諧振往往會(huì)使諧波電流放大到幾倍甚至數(shù)十倍，會(huì)對(duì)電網(wǎng)及并聯(lián)電容器和與之串聯(lián)的電抗器產(chǎn)生很大的威脅，并可能使電容器和電抗器燒毀。根據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，由于諧波而損壞的電氣設(shè)備事故中，電容器事故約占40%，電抗器事故約占30%。電子式電能表占60%。

三、由于諧波放大造成電容器損壞

某設(shè)備部分無功補(bǔ)償?shù)牡蛪弘娙萜饕蜻^熱而損壞，而這些電容器組接于向不間斷電源（UPS）供電的回路上，當(dāng)投入電容器時(shí)，實(shí)測(cè)得諧波電流值及電壓畸變率的數(shù)值變化很大。這足以充分說明引起電容器過熱損壞的原因。解決的措施：將電容器串聯(lián)電抗器。其加裝串聯(lián)電抗器后諧波放大和電容器的嚴(yán)重過載問題都得到了滿意的解決，實(shí)際測(cè)量結(jié)果表明諧波電流均在允許值之內(nèi)，無放大現(xiàn)象，無功補(bǔ)償和抑制諧波的效果均滿意。

四、低壓無功補(bǔ)償裝置的合理選擇

采用普通的低壓電容補(bǔ)償成套裝置，還是選擇具有抑制諧波功能的濾波器成套裝置，關(guān)鍵在于負(fù)載的性質(zhì)和所產(chǎn)生的諧波分量的大小。諧波分量的數(shù)值可由諧波測(cè)試儀測(cè)得。對(duì)電力負(fù)載的性質(zhì)要特別注意以下3點(diǎn)：①負(fù)載變化的幅度和頻繁程度；②負(fù)載中是否具有容量較大的諧波源：③三相負(fù)載的不平衡程度。要求快速補(bǔ)償和抑制諧波的行業(yè)，通常包括具有大量電焊機(jī)設(shè)備的汽車制造業(yè)、冶金行業(yè)、造紙行業(yè)、電梯及起重設(shè)備、大型商住樓，以及其他具有大量變頻器和大容量熒光燈照明的場(chǎng)所。

搜集配電網(wǎng)及負(fù)載的技術(shù)參數(shù)

搜集配電網(wǎng)及負(fù)載的有關(guān)參數(shù)，為設(shè)計(jì)濾波器的方案提供依據(jù)，通常包括：①電網(wǎng)的額定電壓、運(yùn)行電壓和變化范圍；②基波頻率f的無功負(fù)載；③主要負(fù)載的性質(zhì)、諧波次數(shù)及其分量值；④實(shí)測(cè)的電網(wǎng)電壓畸變率；⑤不同運(yùn)行方式下配電網(wǎng)的短路容量；⑥國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549—1993及IEC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)諧波電壓和諧波電流的限值等。

進(jìn)行預(yù)測(cè)

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，負(fù)載性質(zhì)及初步提出的補(bǔ)償方案，通過仿真模型的計(jì)算機(jī)計(jì)算，對(duì)是否可能發(fā)生諧波放大或諧波共振進(jìn)行分析，做到心中有數(shù)。

合理選擇補(bǔ)償裝置

近二十余年來，國內(nèi)外電工行業(yè)中先后開發(fā)了多品種的諧波濾波器和具有抑制諧波功能的低壓無功補(bǔ)償裝置，主要包括：

（1）低壓諧波濾波器，單柜輸出容量60～300kvar濾波回路，適用于常見的5、7、11、13次諧波，各次濾波器分別由電容器及串聯(lián)電抗器組成。

（2）低壓3次諧波濾波器，非線性的單相負(fù)載如熒光燈、投射燈、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等，接入相與中性線之間，會(huì)產(chǎn)生3次諧波電流，并在中性線上進(jìn)行并聯(lián)疊加，造成電流和電壓畸變。3次諧波電流除了會(huì)在中性線上引起過載危險(xiǎn)外還會(huì)形成150Hz的磁場(chǎng)，因此要求從電網(wǎng)上濾除3次諧波電流，單柜輸出容量一般為15～50kvar。

（3）固定式帶調(diào)諧濾波器組，額定容量7.5～50kvar，1臺(tái)固定式帶調(diào)諧濾波器，由1臺(tái)電容器和1臺(tái)電抗器組成，電容器按需補(bǔ)償?shù)臒o功容量選擇，電抗器電感值的選擇要使LC回路形成串聯(lián)諧振電路的諧振頻率，低于電網(wǎng)相間存在的最低次諧波頻率，通常是5次（250Hz），而調(diào)諧頻率則往往按141Hz設(shè)計(jì)的。當(dāng)高于調(diào)諧頻率時(shí)帶調(diào)諧濾波器是電感性的，不但不會(huì)放大典型的5次、7次和11次諧波，還可以吸收電網(wǎng)中低次諧波的一部分。

（4）自動(dòng)投切帶調(diào)頻濾波電容器組，單柜額定容量15～75kvar，與常規(guī)的自動(dòng)投切電容器組相似，由自動(dòng)功率因數(shù)控制器進(jìn)行控制，在400V，50Hz電網(wǎng)中使用時(shí)，其調(diào)諧頻率通常為130、141Hz或189Hz，如需要時(shí)也可設(shè)計(jì)為204Hz。

（5）晶閘管投切電容器組（TSC），目前已基本取代用接觸器投切的電容器組。

（6）有源濾波器，從技術(shù)上講最先進(jìn)，但價(jià)格貴，目前國內(nèi)尚無此類批量的產(chǎn)品。其性能特點(diǎn)是：

①優(yōu)良的動(dòng)態(tài)特性，響應(yīng)時(shí)間小于1ms；

②三相補(bǔ)償諧波電流、諧波次數(shù)可達(dá)50次；

③可消除中性線電流的3次諧波及其他零序性質(zhì)的諧波；

④功率損耗低；

⑤在既消除諧波又進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)牟僮髂Ｊ较耤osφ可補(bǔ)償?shù)?；

⑥電子式的過載保護(hù)；

⑦可以與各類濾波器組合使用。