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摘要：分析对比低压补偿滤波装置与传统的无功补偿装置对工业用户无功补偿的作用和安装、运行、维护情况。用实例说明了低压补偿滤波装置情况的技术性和经济性。
关键词：谐波滤波；无功补偿；应用分析
1 前言
目前普遍使用的低压补偿装置结构选用传统的感容（LC）式。随着现代生产技术的发展，需要使用滤波补偿装置代替一般的电容补偿装置的用户越来越多，本文以用户甲厂为例，就低压补偿装置的技术经济性能作简单的介绍。
2 用户用电情况简况
用户甲厂当时负荷配电变容量4．45MVA，有1．6MVA配变两台，1．25MVA配变一台，配变变高侧电压10kV，变低侧为0．4kV，产生谐波的设备主要是可控硅整流氧化机，整流设备容量为1．344MVA。集中接于1号配变的（1．6MVA）0．4 kV侧，如简图1所示。
1号配变原来装有0．4kV侧的无功补偿电容器近600kvar，运行两年来已先后损坏更换约60％，由于无功不足，按力率调整电费每年多交10多万元（1990年统计）。
为消除谐波的不良影响，降低生产损耗，延长设备寿命，提高生产效率和产品质量，同时也为满足无功补偿的要求，用户用低压滤波补偿装置代替了原来的补偿电容器组。
3 滤波补偿装置结构和性能特点
3．1 滤波装置的结构
滤波器组简图如图2所示，滤波器组中的电容器、电抗器再加上电阻器适当组合成各种单调和高通谐波滤波器支路，对3次、5次、7次、11次和13次及以上谐波分量进行吸收过滤。
3.2 无功补偿与电力滤波兼顾
和一般低压电容补偿设备相比，补偿滤波装置除具有无功补偿作用外，还具有滤波能力，使用户注入系统的谐波电流大大降低，装设补偿滤波装置前，原有电容补偿支路和负荷及配电变压器之间构成并联谐振回路使电容及配变的谐波电流明显放大，其谐振点在13次附近；投入补偿滤波装置使用户的各项电能指标得到明显改善；无功需量减少50％，功率因数从0．734提高到0．917，电压及电流畸变均减少了一半。
应该说明的是，经过历年来对大量谐波源用户的监测表明，电容无功补偿设备的投入有时会对高次谐波构成放大回路，放大倍数为1～3倍，构成完全谐振回路时，放大倍数将达5～10倍以上，这无疑会增加设备的发热和功率损耗，影响正常生产，甚至直接危及设备运行。
3．3 装置结构简单，参数调整灵活准确
低压补偿滤波装置根据LC串联谐振原理构成，但在我们的改进设计中，由于使用了具有宽频域响应的电抗器和特种组合式电容器，使滤波支路参数的调整能力大为提高，调谐精度可达到谐振频率的±0．5fN／50Hz之内。（fN表示调谐点的频率）
另一方面，采用偏谐振原理使每套装置满足以下要求：由于制造、安装调试和运行条件等原因，使支路实际谐振点偏离设计值±10Hz时，装置仍能正常运行。
以上两点既保证了装置结构简单，又使参数的调整灵活准确。
3．4 设计的技术条件
采用滤波装置（措施）后相应配电系统（0．4kV）侧应满足以下技术条件：
3．5 投入使用后的阻抗曲线
滤波器组投入后，配变低侧不同频率下等值阻抗变化示意图如图3。
3．6 装置运行安全可靠，维护方便
构成补偿滤波装置的主要元件是电抗器，电容器和开关设备，由于设计时顾及到谐波电压迭加的影响，各元件的容量也考虑了滤波补偿的需要，所以各元件承受过电压的能力和热容量都大为提高，加上参数配置采用了偏谐振原理，进一步提高了装置限制冲击过电流，过电压的能力，使其运行更安全、可靠。
由于结构合理，元件质量可靠，自1992年底正式投入至今，装置未出现过任何故障和事故，日常维护工作只是极为简便的定期检查即可。
4 滤波补偿装置经济效能
4．1 设备投资
用户甲厂1号变无功功率需求量约580kvar，假若装设一般电容补偿器组，则需一次费用约11万元。改用补偿滤波装置，其容量为966kvar，其中570kvar为基波无功补偿容量，约394kvar为滤波容量，装置总投资22万元，相比而言，在基波补偿容量相同时，补偿滤波装置比一般无功补偿设备投资大2倍左右，引起投资加大的因素为：增加的滤波电抗器，滤波电容器，增加的支路开关等。
4．2 运行及维护费
用户甲厂1号变容量为1．6MVA，补偿滤波装置投入后，功率因数由0．734提高到0．917，减少配电容量310kVA，这时负荷电流将下降为20％，整个1号配变系统配电铜损将下降约30％左右。
对谐波源用户而言，一般的电容补偿由于其对谐波电流的放大作用，反而会大大增加谐波功率损耗，使电容和其他设备过载发热，寿命下降。
用户甲厂1号配变原有无功补偿电容器约600kvar，由于谐波电流过载使电容器频频烧毁，平均年损率近200kvar，占补偿电容量的30％以上，加上其他设备的年损坏率，则其运行维护费用将比补偿滤波装置高好几倍。
4．3 滤波补偿装置效益
（1）用户效益
a、功率因数提高
装置投入后功率因数提高至0．9以上，力率调整费变罚为奖，即过去因无功不足每月需交力率调整费近万元，装设补偿滤波装置后功率因数提高，每月奖励力率调整费500多元。
b、增容降损
由于装设滤波补偿后，能进行有效的就地无功补偿，1号配变相当于增加310kVA，同时，损耗大大降低，1993年3月至11月，用户甲厂节约电费开支20．5万元，产品用电单耗由514kW•h／t，降为475．5kW•h／t，降幅为7．5％。
c、提高产品合格率
滤波补偿装置投入后，谐波减少，电压稳定，电能质量明显改善，因而提高了产品质量，一级品率由97．1％提高到98．29％，1993年增加一级品型材近100t。
d、延长设备寿命
滤波补偿装置投入后，负荷电流和谐波电压、谐波电流的减少，使设备的发热损耗降低，振动减少，整流元件损坏率降低、设备绝缘老化减缓，故障率下降，因而提高了安全运行水平。
设备寿命的延长，单就电容器而言，过去该厂年损坏约200kvar电容器，滤波补偿装置投运近5年来，装置本身各元件正常运行无故障。
（2）系统效益
a、节能降耗
用户无功减少，谐波电流降低，不仅用户节能，而且电网也降耗。
b、提高电网安全经济运行水平逐步消除谐波污染，减少谐波对通讯、自动装置、电能计量和继电器保护的干扰。
5 结论
综合所述，低压补偿滤波装置兼顾了补偿和滤波功能，具有较高的运行效率，简单实用的结构，参数调整灵活准确，运行安全可靠，维护方便等特点。
经济上由于功能需要，元件的增加，补偿滤波装置比一般电容无功补偿设备投资大，但前者经济效益显著，一年左右即可收回投资。而且，前者的运行维护费用相对后者而言低得多，除了提高功率因数，降低用户和系统的配电损耗外，补偿滤波装置最重要的是具有极强的滤波能力，是消除谐波污染和危害的根本措施，所以应大力推广使用。
论文作者:孙红梅
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/4/12
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