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摘要：有源电力滤波器由于其技术优势，被广泛应用于低压配电网中，实现了谐波污染的消除。基于此，本文结合笔者在上海静安区太古汇的建筑电气项目中的实际经验，分析了低压配电网的谐波污染及治理，强调了有源电力滤波器的使用优势，并阐述了超高层电缆敷设技术、低压配电柜调试技术、有源电力滤波器的安装准备、有源电力滤波器的安装技术这些有源电力滤波器的关键技术。
关键词：高层电缆设；低压配电网；有源电力滤波器；谐波污染；关键技术
引言：近几年来，现代工业技术以及民用建筑行业得到了迅速的发展，在低压配电网中，承担的非线性负荷明显增加。在这样的情况下，非线性负荷对于电网的污染情况更加严重，导致了大量无功功率的消耗，也使得谐波分量进入电网，降低了电网运行的质量。此时，滤波器的安装受到了重点关注与应用。其中，有源电力滤波器由于其技术优势，被广泛应用于低压配电网中。
一、项目简述
上海静安大中里综合发展项目是一个集商业、办公、酒店等于一体的综合发展项目，由一栋55层、一栋29层办公楼，三栋酒店，四层裙房以及四层地下室组成，总建筑面50万m2。在上海静安区太古汇的建筑电气项目中，笔者主要组织完成了三项工作，包括超高层电缆敷设、低压设备的调试、在低压柜源滤波器的安装及调试。其中，在进行超高层电缆敷设的工作中，主要完成了从地下室变电所一直到屋顶的电缆的施工。在低压设备的调试施工中，主要完成了变压器、低压配电柜、二次回路等的调试。为了避免谐波的干扰，笔者在低压柜中设置了有源滤波器。主要是由于相比于无源滤波器来说，有源滤波器的效果好，可以同时滤除多次及高次谐波，且不会引起谐振。本文主要结合本项目以及笔者在超高层建筑电气施工项目中的经验，完成低压配电网有源电力谐波器关键技术的探究。
二、超高层建筑电缆敷设技术
垂吊式电缆敷设技术是超高层电缆敷设施工中的常用技术。在该技术中，需要使用超高层垂吊式电缆，由于其不受长度、重量等的限制，且能够独立实现自重的支撑，因此有效避免了在长距离垂直敷设电缆中产生的被自重拉伤的问题。相比于不同电缆来说，超高层垂吊式电缆的施工方式更加便捷、占用空间相对较少、抗震性更强、后续维护成本低、稳定性更好，具备更多的使用优势。对于垂吊式电缆来说，其可以划分为上水平敷设段、垂直敷设段以及下水平敷设段。此时，电缆结构主要如下：在垂直敷设段，电缆中包含三根钢丝绳，并由扇形塑料包裹，且与三根电缆芯相互绞合；而在水平敷设段，电缆中不具有钢丝绳。
在垂吊式电缆敷设施工中，相关人员需要重点关注以下几项内容：为了确保吊装圆盘可以无障碍通过井口，必须要对所有井口的尺寸、中心垂直偏差等展开测量；要设计并安装穿井梭头，引导吊装圆盘可以顺利通过电气竖井口，避免其被井口卡住而导致电缆受损；完成井口测量后，要安装井口台架，一般来说，台架需伸出井口100毫米；要将槽钢台架设置于井口底边钢梁上，槽钢台架的四角处要使用φ12的膨胀螺栓固定在井口边缘；在高于设备操作层一至二层楼面的井口处设置高为1.2m的钢桁架，并在横向设置3根承重钢管作为悬挂滑轮的受力横担；上水平段电缆需要在提升到设备层后开始敷设；下水平段电缆应当在上水平段电缆和垂直段电缆敷设完成后进行敷设；一般情况下，水平段电缆的敷设主要使用人力完成，为减轻劳动强度、提高敷设效率，可以在桥架水平段每隔6米处设置一组滚轮；在完成电缆敷设后，需要保证排列整齐、绑扎牢固，并依照要求挂电缆标志牌。
三、低压配电柜调试技术
1.变压器的确认及调试
在变压器的调试前，相关人员要对以下项目展开确认：结合图纸内容对变压器的安装进行检查；对交接试验的单据齐全性、真实性等展开确认，并保证接地线等接触良好，变压器的一、二次引线相位、相色等正确；要对变压器工作及保护接地的双色铜芯线截面积进行确认，保证其大于等于150mm2，并对接地电阻展开复检，控制其小于等于4Ω；应当对变压器室内的安全防护进行确认检查，包括消防设施、停送电操作排安装、土建预留孔与穿线孔的堵塞等；确认变压器的油位正常、指示正常；确认变压器擦拭干净、顶盖上无遗留杂物、本体及附体无缺损，且不渗油；确认油浸变压器的电压切换位置，保证其处于正常电压档位；检查变压器油位是否正常、瓦斯继电器是否充油到位、呼吸器干燥剂是否正常等等。
在调试中，相关人员要完成线圈与套管的直流电阻、分接头变压比、三相变压器连结组标号、线圈与套管的绝缘电阻、油箱中的绝缘油的试验。此时，需要重点关注以下工作：在变压器空载投入冲击试验中，要保证所有的侧开关全部拉开；应当展开至少三次的全电压冲击试验，完成对变压器绝缘与保护装置的考核，在第一次投入时要从高压侧投入，控制受电持续时间高于10分钟，并在合格的条件下展开5分钟一次的冲击，最后需展开24小时的空载运行。
在利用空载运行方法检查变压器时，相关人员要重点利用声音完成运行情况的辨认。通常情况下，变压器正常运行时会发出嗡嗡的声音，发出异常声音的情况有以下几种：当异常声音较大且均匀时，可能存在外加电压较高的问题；当异常声音较大但嘈杂时，可能存在芯部松动的问题；当出现吱吱放电的声音时，可能在套管表面与芯部发生闪络；当出现爆裂声音时，可以发生芯部击穿。
2.配电柜的确认及调试
在配电柜的调试前，相关人员要对以下项目展开确认：检查配电柜的安装位置，保证顶部与侧面的直平度不超过1mm/m、总长度不超过5mm/m；对柜内母线的安装工艺进行检查，确保其符合硬母线安装的工艺标准；应当检查所有螺栓的紧固程度，并再次展开拧紧操作，要使用力矩扳手完成拧紧操作，控制力矩值达到70N/m；需要对配电柜内部的整洁程度展开检查，在完成柜内接线后，要对其中的灰尘、杂物等进行清除；除了柜体与基础型钢固定之外，柜体与柜体、柜体与侧挡板均使用镀锌螺栓完成连接与固定；当柜内的二次接线导线为多股软线时，其与端子的连接位置必须使用接线针；完成配电柜的接线后，要清除其中的灰尘与杂物等等。
在调试中，相关人员要完成以下几项项目：检查低压配电柜的各级开关位现状，保证其均处于分闸位置；确保低压配电柜上悬挂有操作牌以及警示标识；在完成基础检查的基础上，可以将低压受电柜的断路器摇至试验位置，进行分闸与合闸试验，并检查三选二连锁情况，填写实验表；在确认三选二连锁正常的情况下，需要小车摇至工作位置，并闭合I断进线断路器，检查低压总配电柜指示灯的显示情况，在万用表的支持下完成配电柜主开关桩头电压，状态正常时可以闭合主断路器；需使用上述同样的方式，完成II断母线送电、核相的检查，对比两端母线相序是否相同。
四、低压配电网有源电力滤波器的关键技术分析
（一）低压配电网的谐波污染的产生原因
第一，电弧加热设备。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆包括点焊机、电弧炉等等，其对电网会造成较大的谐波污染，普遍为18次以下的第次谐波电流污染[1]。
第二，交流整流的直流用电设备。包括电镀、电解等整流装置，通过阀电压的提升引起谐波含量增加。其中，晶闸管相控整流设备产生的谐波污染最为严重。
第三，交流整流再逆变的用电设备。包括中频炉、变频空调等，其产生谐波污染的原理与交流整流的直流用电设备相同，主要包括高次谐波电流污染以及低次谐波电流污染。
第四，开关电源设备。包括电池充电器、荧光等、电视等，相关设备会在整流时产生谐波，也会在开关管开闭时产生高次谐波传递至电网，造成谐波污染。
（二）低压配电网的谐波污染的治理方式
1.主动治理
该治理方式主要通过电力设备的主动改造完成，包括提升变流器的相数或是脉冲数、引入多重化技术、使用高功率因数变流器等等[2]。但是，利用主动治理并不能完全消除谐波电流，因此需要重点应用被动治理的方式。
2.被动治理
该种治理方式主要使用电力滤波器的安装实现对谐波的治理与消除。其中，安装有源滤波器的效果较好，是当前常用的一种被动治理方式。对于有源滤波器来说，其功能更为丰富、连接更为方便，且能够实现动态治理等等，有着较好的应用优势。同时，有源滤波器不会与电网阻抗发生串并联谐振，因此谐波治理效果显著。
（三）低压配电网有源电力滤波器的使用优势分析
相比于传统无源滤波器来说，有源滤波器的安装是一种更加新颖、复杂且昂贵的谐波处理方案。对于有源滤波器来说，由于其本质上属于电力电子装置，因此即便初始条件产生变化，也能够实现不同功能频率干扰的同时性消除。有源滤波器可以单独使用，将其设置与污染较为严重的设备，包括静止不间断电源的整流器等等，可以有效实现谐波抑制与消除。
有源滤波器的工作原理为：利用对电源谐波的检测，并注入相同频率但是相位相反的分量，能够确保在电源入口处完成谐波含量的降低与谐波消除。基于这一原理能够了解到，有源滤波器使得可选瞬时谐波补偿方案成为现实，明显降低了电气损耗。同时，有源滤波器还促使了功率因数的提升，且能够补偿一些不平衡的电流。在当前，有源滤波器得到了广泛的使用，在一些大功率的场合，可以将多个单元并联使用，此时容量能够达到数百千伏安[3]。除此之外，有源滤波器还能够改善系统的平衡状况、为电网提供更多种保护，同时，还能够进行全数字式操作。其还具备较好的可拓展性，有着更好的可持续发展能力。
（四）有源电力滤波器的安装技术
1、有源电力滤波器的安装准备
在安装有源电力滤波器前，相关人员需要展开一系列检查与准备工作，确保安装质量。在这一过程中，需要完成如下项目的检查：对有源电力滤波器的内外状况进行检查，确认是否具有运输损坏，一旦发现损坏，应立即与供应商联系调换；对有源电力滤波器的标签展开检查，确认其正确性，包括有源电力滤波器的型号、容量、主要参数等等。
在选择安装位置的过程中，由于有源电力滤波器普遍在室内安装，因此需要选择通风良好、温度在-15℃-45℃之间、最大相对湿度为95%、海平面50米以下的环境完成其安装。有源电力滤波器的内部风扇提供强制风冷，所以需要保证有源电力滤波器后部风栅、风孔的畅通[4]。需要注意的是，要结合有源电力滤波器的安装方式完成环境的确定。例如，若有源电力滤波器的安装方式为壁挂式安装，则需要在其机箱的前进风端与后出风端预留至少150毫米的空间，确保风进出的通畅性；若是有源电力滤波器的安装方式为标准机柜式安装，则必须要使用前后门均能够通风的机架机柜。在特定情况下，可以在室内加设排气扇，避免出现温度过高的问题。若是安装环境中的尘埃较多，则应当加设空气过滤网。
2、柜体安装技术
在有源电力滤波器的柜体安装中，可以使用与低压盘柜拼柜安装的方式完成。笔者在实践中发现，在有源电力滤波器柜体安装时，需要将其柜体放置于所需补偿母线段相关配电柜的最外侧，或是使用单独放置的方式，以此能够保证有源电力滤波器的正常运行。在安装中，要使原开关柜提供一路馈线连接源滤波器，若无法提供专用的馈线回路，也可以将该母线段任意一个水平主母线与普通动力电缆连接，此时，需要重点保证原有柜体接线的高度可靠。
同时，要确保有源电力滤波器的所有外壳均牢固安置于基座之上，并有着高可靠性的接地。在有源电力滤波器柜体安装中，相关人员还要避免其受到震动或冲击，并保证所有柜体均未倒置。
3、电气安装技术
在电气安装中，需要完成配电柜到有源电力滤波器的电源进线电缆、柜体和配电柜到有源电力滤波器的CT二次采样控制电缆的连接。在这一过程中，需要将输入电源电缆接入有源电力滤波器柜内的进线空气断路器，并保证相序关系的合理性。在进行采样CT信号电缆的连接中，需要保证配电柜CT采样能够输出至有源电力滤波器柜CT采样接线端子，此时，应当使用屏蔽双绞电缆[5]。必须保证控制电缆与动力电缆之间的敷设间距与国家相关标准相吻合，并确电源线的耐压、线径等满足设计要求。在电气安装的过程中，先关人员需要重点保证有源电力滤波器柜体接地可靠性，确保工作人员的人身安全。
总结：综上所述，有源滤波器的安装是一种更加新颖、复杂且昂贵的谐波处理方案。在完成超高层电缆的敷设、低压配电柜调试的基础上，结合源电力滤波器安装准备以及安装技术与要点的落实，实现了工程中有源电力滤波器的高质量设置，避免了谐波污染对电网产生的负面影响，提升了电网的实际运行质量。
参考文献：
[1]许莹，许科生，罗义钊，陈彪.配电网三相四桥臂有源电力滤波器控制研究[J].电力电子技术，2018，52（05）：75-77.
[2]王磊. 基于网侧电流检测的并联有源电力滤波器控制技术研究[D].太原理工大学，2017.
[3]袁昕天，陆永耕，王照萌，刘梦花.低压配电网中有源电力滤波器的仿真研究[J].科技与创新，2017（08）：129-130.
[4]曾德志. 低压配电网有源电力滤波器关键技术及应用研究[D].广东工业大学，2014.
[5]黎霞. 低压配电网有源电力滤波器谐波检测与控制策略研究[D].河北工业大学，2013.
论文作者:傅圣奇
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第27期
论文发表时间:2019/7/30
标签：滤波器论文; 谐波论文; 电力论文; 电缆论文; 低压论文; 变压器论文; 井口论文; 《建筑细部》2018年第27期论文;