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摘要：高通滤波装置是近年发展起来的一种抑制谐波的新装置，它能对幅值和频率都变化的谐波及无功进行补偿，高通滤波器具有高度可控和快速响应特性，并能跟踪补偿各次谐波，是一种较为理想的提高配电网电能质量的装置。随着对谐波问题的日益重视，高通滤波器在我国也具有极大的开发和应用前景，将成为工业企业电力谐波抑制技术发展的主流。
关键词：高通滤波装置；工厂供电系统；应用
1 高通滤波装置系统构成及工作原理
高通滤波装置采用并联结构，逆变器部分通过耦合变压器和配电网相连。它产生的谐波电压通过耦合变压器加在电网阻抗上获得需要的补偿电流。耦合变压器起到降低高通功率调节器交流侧电压，匹配高通功率调节器电流以及电气隔离的作用，使开关器件的容量得到充分利用。电容作为主电路直流侧储能元件，在正常工作时保持电压基本不变。电感则起到平波的作用，一般要求其值足够小以保证补偿电流发生模块的动态跟踪性能。高通滤波装置包括检测模块和补偿电流发生器(电流跟踪控制电路、变流器)两个部分:前部分检测网侧电流的谐波和无功等电流分量，后者根据接收的运算电路指令信号来控制产生补偿电流。
2 高通滤波装置在工业供电系统中的应用
谐波是指频率为基波频率整数倍的正弦波电流分量。工业上的谐波源主要有：电力电子装置，包括各种晶闸管可控开关设备、交直流换流装置以及PWM变频器等；中高频感应炉、各种使用可控硅调压电源装置的电加热炉，以及使用高功率直流电源的电弧炉、交流电焊机等。谐波的主要危害为：增加了公用电网的附加损耗，使电容器、电缆等设备过热、寿命缩短、绝缘老化以至损坏，降低了发电、输电及用电设备的效率；引起电网中局部的串联谐振和并联谐振；谐波还会导致电能计量出现混乱，大量的高次谐波电流涌入供电系统可能导致中线过热甚至引起火灾。
治理谐波的主要措施通常为两方面，一方面为谐波预防，即通过改进供电设备的设计对谐波的形成进行抑制，对可控硅整流装置通过增加整流器的脉动数来限制整流器的谐波，从供电源头减少谐波的产生；另一方面为谐波治理，可通过改变系统的馈线参数或者安装谐波治理装置进行谐波补偿。
某材料研制厂房安装多台采用可控硅中频电源的大功率电加热设备和数控车床，该类设备产生大量的谐波，污染电网，影响该厂房的配电设施安全运行及一些电气设备的正常使用。谐波电流曾导致该厂房电站汇流排震动，发出异常声响，使该厂房电站存在极大的安全隐患。为解决该厂房的谐波问题，对该厂房电站进行谐波检测。
进行电能质量检测的电站情况为：1#变压器容量2000KVA，所带负载主要为中央空调3*40kW、中频炉1*350kW、数控机床、水泵、风机等设备；2#变压器容量为2000kVA，变压器主要负载为：中频炉2*350kW、中频炉1*250kW，等静压机1*600kW，等静压机1*240kW及其他设备。在这当中，2#变低压供电支路注入母线的5次、7次、11次谐波电流含量较高，其中注入母线的5次谐波超过国家标准规定的限值。
基于以上情况，需要在该厂房变电站2#变压器支路加装高通滤波器，进行谐波治理，以消除或降低谐波危害，提高电能质量，确保供电安全。
2.1变低压供电支路谐波治理方案设计
变压器容量S：2000kVA；变压器负载率η：80%；5次谐波电流值Ih5：287.61A；7次谐波电流值Ih7：141.73A；11次谐波电流值Ih11：71.78A；5次谐波滤除率：85%；7次谐波滤除率：85%；11次谐波滤除率：80%；高通滤波器负载率λ：80%；高通容量设计裕度η：1.2倍。
2.2改造方案
高通滤波装置容量为400A，需要两台200A的高通滤波装置。高通滤波器与母排之间采用电缆连接，需要在进线柜进线端三相母排上分别加装电流互感器，该互感器采用开口式结构便于安装，电流采样点在高通滤波器注入点与负载之间。高通滤波器安装接线如图2所示。
图1电站改造系统图
2.3治理效果分析
安装高通滤波器后，电站的运行情况得到明显改善。以下为治理前后的数值对比：
图3改造后的系统电流频谱图
从上面量测数据可以看出，在安装了高通滤波装置后，电能质量得到明显改善：总谐波电流畸变率从原先的21%，下降到了1.8%左右；其中5次谐波电流从原先的近22.5%，下降到了1.5%左右；7次谐波电流从原先的12%，下降到了0.3%左右。安装高通滤波器后，电站母线的异响基本消除。
结语
随着电力电子技术的发展及广泛应用，工业企业的用电性质发生了很大变化，同时也带来一些问题。工厂的用电设备不再仅是电热器、电机及白炽灯等传统负荷，而更多的是电源设备、电力电子变频设备、计算机电源、调压设备及节能灯等大量感性、非线性负荷，以及大容量频繁启动的负荷。这些设备的使用会产生大量谐波电流，使工业电气系统的谐波电流量增加，电能质量下降，从而严重影响电力系统的安全运行，并造成电能浪费，同时也降低电网的功率因数。因此在实际应用中，应根据不同的用电环境，选择在配电室集中安装或对用电功率较大的谐波源设备就地安装等不同安装方案，并应选择适当的容量，以达到最佳的治理效果。随着电力工业的快速发展及节能降耗的需求迫切，对电网谐波及其治理应给予更多的关注，不断研究解决谐波治理中出现的新问题。
参考文献
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论文作者:郁思源,李国斌,李忠悦,冯丽萍
论文发表刊物:《防护工程》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/22
标签：谐波论文; 电流论文; 高通论文; 装置论文; 滤波器论文; 设备论文; 变压器论文; 《防护工程》2017年第18期论文;