王辉 王竞春
国网句容市供电公司 江苏省句容市 212400
【摘要】 本文阐述了电网谐波的产生原因及危害，分析了谐波治理方案中较为典型的有源滤波和无源滤波两种方案，并结合实例给出了低压有源滤波装置的具体应用。
【关键词】 谐波 无源滤波 有源滤波
1、概述
随着社会经济的不断发展，大量非线性用电设备接入公共电网，使得电网谐波问题越来越突出。如何有效地开展谐波治理，已经成为维护供电电能质量，确保电网安全的重要问题。
2、谐波的产生及主要危害
2.1谐波的产生 谐波是由于大量非线性负荷的使用，使一个周期电器量中频率为大于1整数倍基波频率的正弦波分量。电网内的谐波主要来源于电力电子设备、电弧炉、家用电器等非线性用电设备，同时电力系统中大量的变压器群和电抗器也是谐波源。
2.2谐波的主要危害 谐波对电网及电力设备的侵害表现有：谐波电流增加变压器铜损、铁损，使变压器温度上升，影响其绝缘能力，并造成容量裕度减小；谐波可能引起变压器绕组及线间电容之间的共振，及引起铁心磁通饱和或歪斜，而产生噪声；随着谐波电压的增高，会加速电容器的老化，使电容器的损耗系数增大、附加损耗增加，容易发生故障和缩短电容器的寿命；电容器的电容与电网的感抗组成的谐振回路的谐振频率等于或接近于某次谐波分量的频率时，就会产生谐波电流放大，使得电容器因过热、过电压等而不能正常运行；在导体非正弦波有较高的热量，进而导致线路损耗增加。此外，谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。
3、谐波治理的主要措施
目前，谐波治理的主要措施有：增加换流装置的脉动数；加装无源交流滤波装置；加装串联电抗器；加装静止无功补偿装置；采用有源滤波器等新型抑制谐波的措施。在日常实际应用中，加装无源交流滤波装置和采用有源滤波装置是较常用的两种方法。
无源交流滤波装置，即利用电力电容器、电抗器和电阻器适当组成适当频率的LC调谐滤波器。该方法采用的设备结构简单，价格经济，既可滤除谐波又可补偿无功功率，应用较为广泛。但是存在主要缺点为：补偿特性受电网阻抗和运行状态影响较大，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。同时该方法只能补偿固定频率的谐波，补偿效果不佳。
目前谐波治理的另一种方法是采用有源滤波装置（APF）。该装置通过实时检测补偿对象的谐波电流，并主动产生一个与谐波电流大小相等极性相反的补偿电流，从而起到中和谐波电流的作用，滤波能力高达97%。该装置具有不受电网阻抗参数的影响，可补偿不同频率的谐波的特点。
4、低压有源滤波装置在江苏AXC电子公司专配项目中的应用
江苏AXC电子公司是一家主要生产蓝宝石晶体材料的企业。该项目申请容量为10台20/0.4kV变压器(2500kVA)，变压器型号为:SZ11-2500 20kV±5%／0.4kV UK=6% Dyn11。主要负载为200台130kW电炉。电炉型号:ARC的CHES-260?热交换炉。由于该公司大量电炉的使用，造成了在交流侧产生很大的谐波电流，导致电流波形严重畸变。谐波问题比较严重，以为3、5、7、9次为主，并伴随着11、13次等高次谐波。
4.1数据分析
根据该电子公司《电能质量（谐波部分）测试报告》得知，单台变压器带20台电炉，单台电炉400V侧额定电流约160A，谐波电流约50A。
通过软件仿真可得，当全部电炉同时开启时，每台变压器400V侧总谐波电流约675A。当开启50%电炉时，每台变压器400V侧总谐波电流约373A。由于大量谐波电流的存在，影响到线路上端变压器的安全运行；对低压配电室内电气设备的正常运行造成一定的安全隐患。
4.2治理方案说明
根据实测结果，最终选择在10台变压器380V总进线处进行低压集中有源滤波补偿（APF）。APF有源滤波器基于电力电子技术，通过检测系统内的谐波电流后APF产生一个大小相等、相位相反的电流抵消谐波电流，可以滤除50次以下各次谐波电流。因此该系统采用APF治理最为合适。
根据现场采集的数据进行分析计算，并考虑滤波装置的容量裕量进行了如下配置。即以电炉全部运行的最大产能方式配置方式，在变压器低压侧上安装1台APF-3L380/400有源滤波器和1台APF-3L380/300有源滤波器进行非主从并联，可以有效滤除系统内50次以下的谐波，并满足无功补偿需要。
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4.3实际效果评估
江苏AXC电子公司自2019年8月采用有源滤波装置后，有效滤除系统内3～50次谐波，明显改善供电电能质量，经实测的谐波全部符合《电能质量 公用电网谐波》（GB/T 14549-93）的国家标准，谐波带来的危害降到最低：一是延长设备的使用寿命，无形中减少企业固定资产折旧；二是降低变压器损耗，避免谐波引起变压器发热和噪音；三是避免力率调整电费罚款，使企业免受其他型式的经济损失；四是保证供电系统的供电可靠性及生产设备用电，提高产品质量，增加企业收益；五是提高电能质量，降低设备故障，减少维护成本；六节能降耗，为企业带来隐形收益。
5、结束语
随着大量非线性负荷接入公用电网，加强谐波治理已成为电网企业确保电能质量和电网安全的必然要求。从谐波治理的经济性和最终效果综合考虑，低压有源滤波装置以不受电网参数影响，能主动抑制消除多频率谐波的特点将成为今后谐波治理推广的方式。
参考文献：
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