企业电网滤波技术应用

张尔建

（河南中烟工业有限责任公司洛阳卷烟厂，河南洛阳 471003）

1 企业局域电网谐波

谐波产生的根本原因是由于用电系统中的非线性负载所致。其是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。

1.1 谐波情况

洛阳卷烟厂各车间管控系统采用集中—分散型工业总线控制方式，将检测、PLC（Programmable Logic Controller，可编程序逻辑控制器）、计算机图形、网络、通信等诸多先进技术结合在一起。生产线上大量使用服务器、变频器、控制器、PLC、UPS（Uninterruptible Power Supply，不间断电源）、终端智能机构等非线性用电设备，这些设备由于功率转换（整流和逆变）而产生大量谐波。仅以变频器为例，现有各种功率及型号变频器近200台，容量在15 kV·A以上的变频器有40台，容量最大的为200 kV·A，其主要产生5，7次谐波。使用FLUCK专业仪器对供电网络进行检测，结果如图1所示。

图1 谐波检测

1.2 谐波危害分析

由图1可以看出，厂供电网络电流总畸变率均值为的16.4%，5次谐波电流为123 A，7次谐波电流为59 A，供电系统谐波污染严重。其产生线路电能耗损、设备过热损坏、电子测量装置计量精度降低、干扰总线数字信号等危害。

2 滤波技术原理及应用

2.1 滤波技术的原理

目前常用的谐波治理的方法有2种，即无源滤波和有源滤波。无源谐波成本低，效果不好；有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波的装置。可进行跟踪补偿，补偿特性不受电网阻抗的影响。

2.2 SPA3型有源滤波器

厂生产线上利用了工业总线技术、网络传输技术、数据库技术、智能终端等先进技术，实时对设备进行模块化、数字化控制。这就要求必须提高电网质量，确保控制系统平稳运行。因此选择西安交通大学研制SPA3型有源滤波器，进行电网谐波治理。系统工作原理如图2所示。

（1）接入方式（图3）。采用开环方式接入电网中，必须避开无功补偿或容性设备。

图2 SPA3型有源滤波器系统工作原理

图3 SPA3型有源滤波器接入方式

（2）SPA3型有源滤波器主要技术参数。①电网规格：电压AC 380 V，+10%～-15%。②频率：50 Hz，±5%。③相数：三相三线。④CT（Current Transformer，电流互感器）要求：需要3个CT（Class 1.0或以上精度），CT二次侧电流为5 A。⑤可滤除谐波次数：三相三线5～25次谐波。⑥谐波抑制特性：装置补偿能力范围内，满足GB/T 14549—1993要求。⑦功率损耗：＜3%额定容量。⑧保护：电网过压、欠压，直流过压，设备过流、过热；故障保护后，自动将设备从电网切除。⑨噪声：＜65 dB。

（3）SPA3型有源滤波器操使用（维护）注意事项。①在关闭滤波器的时候，在断开断路器的时候，必须按下“急停/故障”按钮，确认滤波器处于“急停”状态中；②滤波器主接线采用的是下进线的方式，在电网并未停电的时候，滤波器接线处仍是带电的；③滤波器最少每半年应清洁和检查一下滤波器设备，在对滤波器清洁时，请确定滤波器直流电容已完全放电完毕，否则请勿进行任何操作；④当电网出现较大波动或其它原因，滤波器可能会由于过压、过热和过流进入自我保护状态。先停电、再上电既可自动复位。

3 使用效果

SPA3型有源电力滤波器投入使用后，又对厂供电网络进行检测，结果如图4所示。对比图1和图4，可以发现局域电网电流总畸变率由补偿前的16.4%降低到5.2%，5次谐波电流由123 A降低到6 A，7次谐波电流由59 A降低到4 A，电流补偿率为94.5%。电能质量得到了大幅提高，极大的净化了用电环境，降低了线路损耗，提高了控制信号的传输质量及供电系统的安全性、可靠性。

图4 谐波检测