电力滤波器在客户中的应用

电力18讯：    
北京电力顺义供电公司  万敬伟  

摘要：随着非线性负荷的不断增加，公用电网中的高次谐波分量日益增多，电能质量日趋下降，严重影响了正常的用电秩序。目前采用的电力滤波技术，是消除电网中高次谐波分量的措施。该文介绍了在带有谐波源的客户中如何正确选用有关技术。

关键词：非线性负荷；高次谐波；无源电力滤波；有源电力滤波

中图分类号：TM713 文献标志码：B 文章编号:1003-0867(2006)11-0018-03

在配电网中，电压和电流的波形应是正常的正弦波，然而随着现代化生产和电子技术的发展，工矿企业中大量采用的整流换流装置，冶金机械行业中大量采用电弧炉、轧机、变频器；化工行业中大量采用整流、电石炉、电焊设备；石化行业采用的机泵变频调速装置，其三相桥式可控整流注入大量5次谐波；交通中运输中的电气机车、电车、地铁、轨道交通中大量采用的都是整流装置，这些电气设备均属非线性负荷，其电压和电流均会发生不同程度的畸变。畸变后的波形中含有高次谐波，其中还包括家用电器在内的由整流和变频引起的小容量的高次谐波，这些高次谐波产生的谐波电流进入配电网络，使电网的安全运行受到严重影响，使电能质量受到污染。

北京顺义地区的谐波源主要有：大秦电气化铁路沿线的牵引站，冶金冷轧生产线的轧机和真空烧结炉炉体设备，半导体生产工艺中的炉体设备，特别是大秦铁路的木林牵引站，注入电网的谐波和负序（基波）影响了地区电网的电压质量和电网的安全运行。随着顺义区空港物流和临空经济的发展，电压质量的优劣是供电企业优质服务工作的重要组成部分，因此根治谐波污染已是十分重要的问题。

1 高次谐波对电气设备的直接危害

交流电网的电压畸变会引起常规变流器控制角的触发脉冲间隔不等，并通过正反馈而放大系统的电压畸变，使整流器工作不稳定；而对逆变器则可能发生连续的换相失败而无法正常工作，甚至损坏换相设备。

三次及其倍数次的高次谐波对星形连接的变压器，当绕组中性点接地，其电网中分布电容较大，或安装了中性点接地的并联电容时，会形成3次谐波振荡，使变压器附加损耗大大增加。对三角形连接的变压器会使其在绕组中形成环流，使绕组过热，而且谐波电流使变压器的铜损和铁损大大增加。

高次谐波电流在电动机中产生的集肤效应、磁势涡流等，随着频率增高而使电动机铁芯和绕组中的附加损耗增大，在电动机启动时易发生脉动，干扰力矩使电动机产生较大的噪音。由于电动机负荷很大，高次谐波产生的附加损耗在电力负荷中的影响十分显著。

测量用仪器仪表均在50Hz的标准正弦波的理想状态下设计的，当供电电压或电流中含有高次谐波成分时，就会影响仪器仪表测量的准确性，并影响感应式电能表的正常工作。

高次谐波在电力线路中流过的幅值较大的低频谐波电流经过磁场耦合。在相邻的通信线路中会产生干扰，在谐波和基波的共同作用下，误触发电话铃声，干扰通信线路系统的正常工作，影响通信线路的通话。在特定的条件下，还会威胁通信设备和人员的安全。

高次谐波会严重影响电力系统的继电保护和自动装置，引起各类保护误动作，威胁电力系统安全运行。

高次谐波对于带有启动用的镇流器和提高功率因数的电容器的灯光照明会造成谐振过电压，损坏镇流器和电容器。高次谐波还会对电视机、计算机的图形产生畸变，画面亮度产生波动。使机内元件过热，计算机数据出错。

高次谐波可使电容器介质损耗增加、发热、寿命缩短，吸收谐波后会导致电容器过电流，使熔丝熔断，电容器与电网电感形成串联谐振时，将谐波放大，烧毁电容器。

交流电网的电压畸变会引起常规变流器控制角的触发脉冲间隔不等，并通过正反馈放大系统的电压畸变，使整流器的工作不稳定；而对逆变器则可能发生连续的换相失败而无法正常工作，甚至损坏换相设备。

2 高次谐波的抑制

高次谐波的抑制，主要是减少或消除注入电网的谐波电流，控制谐波电压和电流在允许范围内，抑制谐波电流的主要措施为：改善供电环境、降低谐波源的谐波含量，吸收谐波电流。其中吸收谐波电流是目前使用广泛，且最有效的抑制谐波的方法。常用方法如下。

2.1 无源滤波器（FC）

无源滤波器属于被动的吸收式滤波，在谐波源比较简单的系统中，结合功率因数补偿，选用高性能的滤波电容器，串联高线性的滤波电抗器，组合成滤波补偿器，在吸收系统中主要的谐波分量时，补偿无功功率。

无源滤波又分为调谐和非调谐的两种滤波技术，调谐式无源滤波技术主要为滤波，其效率可达70%，但配置的容量很大，投入时会造成电压波动，且易造成过补偿。其计算和配置复杂，存在谐振的危险，无法满足要求。目前已不使用。

非调谐式无源滤波技术是抑制谐波进入电容器，避免谐振。其配置简单，但滤波效果差。

2.2 有源滤波器（APF）