浅谈有源滤波谐波滤波补偿装置在轧钢厂配电系统的应用

安科瑞 彭海生
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摘要：针对因采用变频、可控硅整流技术产生的高次谐波对电网、设备造成的危害提出了解决方案，并进行了系统设计。装置投入运行后，经济效益明显。

关键词：补偿；滤波；电能

0引言

为达到轧钢工艺，产品要求,生产中常采用变频调速，可控硅整流技术，交流侧电流波形近似于梯形,使之必然产生一系列高次谐波，虽然现场的变压器采用/-Y交替接线可消除3倍数的高次谐波但仍有5、7、11和13等次谐波产生，进入电网造成危害，使供电波形畸变，影响供电质量，导致电气设备过热，绝缘下降，电缆发热损耗增加，干扰通讯和控制设备，造成电量表的超量计量而产生的高电压击穿和破坏电气绝缘，也损失了大量电能，功率因数降底，其它用户用电也将受到影响。因此，抑制高次谐波有利于提高电网质量,减少危害。

1方案提出

对于中、小容量的轧机，其中无功冲击并不大,但谐波发生量可观，功率因数低，这时，从技术和经济上考虑，以治理谐波为主兼补偿无功，采用电力高次谐波滤波装置，在吸收谐波的同时，其基波无功输出量满足提高功率因数的要求。

高次谐波滤波及无功补偿装置采用LC无波滤波器，由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成滤波装置，与谐波源并联，除起滤波作用外，还兼做无功补偿用。LC滤波器又分为单调滤波器，高通滤波器等，滤波器通常设计成中性点不接地的星形接线方式，这种接线方式便于分相调谐，一相中任何一个电容器击穿时，短路电流较小，电抗器不承受短路电流冲击，电抗器的绝缘水平较低，有利于制造和降低造价。

单调滤波器利用串联LC谐振原理组成(如图1),只要将滤波器的谐振次数设计为与需要滤除的诸波次数一样，即LC回路的谐振频率nw=1/√（LC），w=2π*50，n为谐振次数。则该次数谐波电流将大部分流入滤波器，从而起到滤除该次数谐波的目的。单高滤波器主要用于滤除谐波源中的主要特征谐波，如5次、7次、11次、13次等。

图1单调谐滤波器

2系统设计

2.1基础资料

长钢小型材开关站的6kV系统采用单母线分段接线，直流传动装置全部由6kV一段母线供电，其余负荷为非整流负荷，由6kV一、二段母线供电，其中主、辅传动的用电设备平均轧制有功功率P=9367kw，无功功率0=9137kw，直流传动设备装机容量为11772kw,均为6脉冲整流。考虑到轧制中负荷率的大小，当平均功率因数达0.92时，总的无功补偿容量Qc=4846kVar。

2.2谐波分析表1所示

根据以上资料分析，其各次谐波电流估算为:上述谐波发生量6kv母线上造成的谐波电压畸变率为THDU1=0.0784>0.04(国际GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》的规定6V公用电网谐波指标)，如表2所示

从以上谐波分析中可见，轧机产生的谐波电流在6kV母线上造成的谐波电压畸变率达0.0784，超出国际0.04的允许值，其谐波电流中I5、I7、I11、I13均超过国标允许值。

2.3滤波装置设计

根据谐波分析结果，轧机的谐波发生量中I5、I7、I11、I13较大，因此拟配置H5，H7，H11，H13四个滤波支路,每个滤波支路设计成为单调谐滤波器滤波装置的安装容量由基波有效容量Qc和滤波补偿容量Qcn两部分组成。基波有效容量按照6kV母线月平均功率因数cosφ=0.92的要求确定，通过滤波装置的基波无功输出来达到，谐波补偿容量是补偿谐波而消耗的无功功率，其大小与吸收谐波电流的大小有关。各个滤波支部的有效容量和安装容量分配如表3所示:

3滤波效果(见表4)

6kV母线总谐波电压畸变率为:THDU2=0.0044<0.04(满足标准根据前面无功补偿容量计算，需要提供无功补偿容量Qc=4846kVar。当滤波装置全部投入运行后，基波无功输出量Qfl=5199kVar,完全满足要求。

由此可见，滤波装置投入后,在基波无功补偿、电压畸变率等方面都有很好的改善，较好地起到了提高功率因数、抑制电压畸变、提高电能质量的作用。

4 安科瑞APF有源滤波器产品选型

4.1产品特点

（1）DSP+FPGA控制方式，响应时间短，全数字控制算法，运行稳定；

（2）一机多能，既可补谐波，又可兼补无功，可对2～51次谐波进行全补偿或指定特定次谐波进行补偿；

（3）具有完善的桥臂过流保护、直流过压保护、装置过温保护功能；

（4）模块化设计，体积小，安装便利，方便扩容；

（5）采用7英寸大屏幕彩色触摸屏以实现参数设置和控制，使用方便，易于操作和维护；

（6）输出端加装滤波装置，降低高频纹波对电力系统的影响；

（7）多机并联，达到较高的电流输出等级；

（8）拥有自主专利技术。

4.2型号说明

4.3尺寸说明

4.4产品实物展示

ANAPF有源滤波器

5 安科瑞智能电容器产品选型

5.1产品概述

AZC/AZCL系列智能电容器是应用于0.4kV、50Hz低压配电中用于节省能源、降低线损、提高功率因数和电能质量的新一代无功补偿设备。它由智能测控单元，晶闸管复合开关电路，线路保护单元，两台共补或一台分补低压电力电容器构成。可替代常规由熔丝、复合开关或机械式接触器、热继电器、低压电力电容器、指示灯等散件在柜内和柜面由导线连接而组成的自动无功补偿装置。具有体积更小，功耗更低，维护方便，使用寿命长，可靠性高的特点，适应现代电网对无功补偿的更高要求。

AZC/AZCL系列智能电容器采用定式LCD液晶显示器，可显示三相母线电压、三相母线电流、三相功率因数、频率、电容器路数及投切状态、有功功率、无功功率、谐波电压总畸变率、电容器温度等。通过内部晶闸管复合开关电路，自动寻找适宜投入（切除）点，实现过零投切，具有过压保护、缺相保护、过谐保护、过温保护等保护功能。

5.2型号说明

AZC系列智能电容器选型：

AZCL系列智能电容器选型：

5.3产品实物展示

AZC系列智能电容模块AZCL系列智能电容模块

安科瑞无功补偿装置智能电容方案

6结语

对于中小容量的轧机、连铸机、工业电焊机、矿山卷扬机、电解槽及电弧炉，广泛采用电力高次谐波滤波装置，在滤除谐波的同时，又可满足无功补偿的要求,具有重要的意义。

参考文献

1. 张仁堂.谐波滤波补偿装置在轧钢厂的应用[J].山西冶金,

2004(03):28-29.DOI:10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2004.03.015.

1. 安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版