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摘要：随着科技的发展及居民生活质量的提高，电能质量越来越受重视。波形是电能质量的三大要素之一，而电网中过多的谐波含量会让波形产生畸变，如果不进行有效的谐波治理会严重影响电能质量，进而威胁电网的正常运行甚至居民的生命财产安全。本文通过对江苏理文纸业PM10纸机技术改造工程低压配电系统设计实例的分析，简要介绍了谐波的产生、谐波对电力系统的危害，以及无源滤波器与有源滤波器的工作原理、区别，提出了宜采用有源滤波装置的场合及其设备布置时应注意的问题。
关键词：低压配电；谐波；无源滤波；有源滤波
1 引言
在工业和商业电力系统运行过程中，有时会出现一些莫名其妙的故障或事故。比如，在用电设备总功率及功率因数都在允许范围内时，某些补偿电容器或熔断器发热烧毁，测控元件及保护装置产生异常误差或者误动作，负荷开关失控，生产工艺或产品质量不稳定等问题。其中很可能的元凶就是：谐波。在理想情况下，我国电力系统电压及电流为标准的50Hz正弦波形，但是由于许多非线性电气设备的投入运行，其电压、电流波形实际上不是标准的正弦波形，而是产生了不同程度的畸变。供电设备在高频分量的作用下，集肤效应增大，涡流、磁滞等影响增加，进而引起元件异常发热、损耗增加，对测控元件及保护设备产生干扰引起误动作或者拒动，严重影响并联电容器的寿命，降低断路器的开断能力，造成通讯线路的故障等。
2 无源滤波器与有源滤波器
无源滤波器：又称LC滤波器，其本质就是利用电感、电容和电阻的串并联组合关系构成滤波电路，使其对某些频次的电流呈现出谐振状态，从而达到滤除该次谐波而基波分量不受影响的目的。谐振状态时电路对该频次电流成纯阻性,感抗值
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与容抗值
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大小相等方向相反，由公式：
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,
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可知谐振频率:
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，由此公式对电感、电容值进行调整即可组成不同谐振频率的组合电路。特点：结构简单、成本低廉、运行可靠性高、运行费用低，至今仍被广泛应用。
有源滤波器（APF）：一种用于动态抑制谐波、补偿无功功率的新型电力电子装置，采用现代电力电子技术，基于高速DSP器件的数字信号处理技术，通过对采集信号的处理，生成与电网谐波电流幅值相等、方向相反的补偿电流注入电网，主动对谐波电流进行补偿或抵消。特点：动态跟踪、治理效果好、不会引起谐振但是价格昂贵。
3 工程实例
3.1 项目概况
该项目为江苏理文纸业PM10纸机技术改造，新增了大量浆泵电机、搅拌器、空压机、螺旋电机等（均为中小型异步电机）。总用电功率约2099kW，其中需变频调速的电机共1660kW（
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），其余电机均为直接启动（
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）。选用一台容量2000kVA的节能型干式变压器给新增设备配电。用电设备需要系数取0.7,五次谐波计算电流值约494A（基波电流值的28%）, 七次谐波计算电流值约160A（基波电流值的9.1%）。
3.2 问题分析
电动机变频调速常采用“交-直-交”型变频装置，是低压系统中最常见的非线性用电负荷，会产生大量谐波含量，其中以五次、七次谐波为主。本项目变频器设备占总装机容量的79%，谐波含量太多，因此必须进行谐波治理。而变频器的功率因数
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，上述设备正常运行时总功率因数
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已经达到0.92，不需额外进行无功补偿。
无源滤波装置的本质就是通过电容与电抗的串并联，当参数达到谐振频率时就可以对不同次数的谐波进行滤除，但对于基波频率则会整体呈现出容性，会对无功功率进行补偿。这样就出现了一个矛盾：当系统中变频器较多时需要投入大量的滤波装置，这些滤波装置运行时会产生大量的容性无功，而变频器本身的功率因数已经超过了0.95，加上滤波装置补偿进来的无功，可能导致过补偿：在滤波的同时却造成了功率因数的不合格。当功率因数
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时还会出现谐振，严重危害电力系统的安全。实际运行时若采用了功率因数控制器，当功率因数满足设定要求时不会对电容电抗器组进行投切动作，此时系统配备的滤波装置退出运行形同虚设，不但没起到消除谐波的作用还浪费了投资成本。我们在现场已经碰到过几起这样的事故：由于电网中变频器占有的比例较大，采购的电容器和无源滤波装置均无法投入工作，为了让滤波装置能投入运行不得不手动切除一些非重要的大负荷。
在上面的案例中，经计算当实际无功补偿量超过300kVar时会出现过补偿。这时，一方面要求滤波装置滤除高达494A的五次谐波和160A的七次谐波，另一方面又要求滤波装置的实际无功补偿量不得超过300kVar，这对滤波装置的过载能力及生产技术提出了严格的考验。经询问多家无源滤波器厂家，均表示技术难度太大难以实现。
3.3 解决方案
采用有源电力滤波器。本工程在电源进线柜与用电设备配电柜之间配置三面有源滤波柜（规格：200A两面，300A一面），能在有效滤除高次谐波的同时控制无功功率的输出，不会出现过补偿及谐振。
4 结束语
当低压配电系统中变频器负荷较多时，为确保电力系统的安全运行，需要配置五次、七次消谐滤波装置对谐波进行治理。采用传统的无源滤波器可能会出现过补偿、谐振或者无法投入的后果，这时宜采用有源电力滤波装置。
有源滤波器设计及设备安装时需特别注意：有源滤波柜应布置在电源柜与用电设备配电柜之间，用于电流采集提供给DSP分析计算的电流互感器需要装在滤波柜后端的低压母线上。而传统的无源滤波器布置则不受此限制，功率因数控制器工作所需的电流采集互感器则是与进线柜的电流互感器安装在一起。
参考文献
[1]中国航空工业规划设计研究院,组编.工业与民用配电设计手册[M],第三版.北京:中国电力出版社,2005:280-291.