浅谈三相可控硅调功设备谐波治理

赵一平

摘要：江苏法尔胜光子有限公司（以下简称公司）采用了大量加热炉，主要靠三相可控硅功率调节设备控制加热炉温度，但是三相可控硅功率调节设备在运行过程中会产生大量谐波，谐波次数固定，谐波电流大小会在一定范围内变化。为此在变压器低压侧安装单调谐滤波器的无源滤波装置来进行谐波治理和无功补偿，取得良好效果。

关键词:三相可控硅功率调节器；谐波；滤波器

引言

公司主要用电设备为可控整流和少量变频设备，设备运行中产生大量谐波，这些谐波在电容器组中得到进一步放大，对电容器组的可靠运行带来很大安全隐患，电容器发生鼓胀、渗漏，电容器组中的熔丝损坏率较高，易发生熔丝之间串弧短路，引起大面积停电，给企业带来较大的经济损失，故此考虑进行滤波改造。

1、电能质量测试

利用电能质量测试仪器现场对上述设备运行时的电能质量进行了跟踪测量分析。可控整流设备在运行中会产生大量的谐波，而且产生的谐波比较复杂；变频设备在运行中产生的谐波含量比例相对固定，特征谐波为5次、7次，也较固定。

测试仪器：FLUKE 434、测试时间：2012年4月26日。

系统无功功率需求范围200～350kVAR

谐波电流数据如下表所示（电容器组已退出运行）        单位：（A）

2、目标及标准

2.1、设计目标

功率因数满足国标要求

补偿设备稳定可靠运行

补偿设备投运后，对谐波具有一定的吸收功能，改善用电质量

设备投资最少

2.2、设计依据

GB/T14549－93<<电能质量公用电网谐波>>

GB10229－1988<<电抗器>>

GB12325－2008<<电能质量，供电电压偏差>>

GB12326－2008<<电能质量，电压允许波动和闪变>>　

GB15543－2008<<电能质量，三相电压不平衡>>

GB/T15576－1995<<低压无功功率静态补偿装置总技术条件>>

GB3983.1－19<<低电压并联电容器>>

GB4208－1993<<外壳防护等级（IP代码）>>

GB4720－1984<<电控设备　第一部分　低压电器　电控设备>>

GB12747－1991<<自愈式低压并联电容器>>

<<电能质量－公用电网谐波>>(GB/T14549－1993)

<<电能质量－电压波动和闪变>>(GB12336－2008)

<<电能质量－供电电压偏差>>(GB12325－2008)

<<电能质量－电力系统频率偏差>>(GB15945－2008)

3、波器的设计原则

3.1、滤波器提供的容性无功应满足补偿功率因数、抑制电压波动及闪变的要求；

3.2、设计的滤波器兼具吸收谐波及无功补偿的双重作用；

3.3、选取的滤波电容器的额定电压应保证滤波器的安全可靠运行。应考虑以下因素：

母线电压水平

串联电抗器后对电容器支路的分压效果

谐波电流通过电容器产生的谐波电压

电网电压偏移引起的电压升高

考核点计费点月平均功率因数满足用户要求，且不过补.

3.4、滤波器的分组应满足滤除谐波电流的要求；

3.5、滤波器设计时应进行充分的计算机仿真计算及数据库选优，经多个方案比较，选择最佳方案；

3.6、对选定的滤波器应进行滤波器各种运行方式下的计算机仿真，避免与系统发生谐振；即在各种运行方式下谐振点不在整数次谐波频率下。

3.7、对滤波器的安全运行过电流、过电压的安全运行应进行仔细校验。

4、滤波器的设计

4.1、滤波器设计参数

运行方式：自动/手动

投切路数：4路

谐波治理次数：3、5、7次

总补偿容量：480kVAR，基波无功功率补偿容量328kVAR

电容器组额定电压：480V

投切方式：3-5-5-7，切除方式：7-5-5-3

滤波器一次系统图如下图所示：

4.2、滤波电容器安全值校核公式：

式中IC1 —— 流过电容器的基波电流

ICn —— 流过电容器的第h 次谐波电流

ICN —— 电容器的额定电流

4.3、滤波电容器安全值校核公式：

Uc1+ΣUcn≤1.1UCN

式中UC1 —— 电容器组承受的基波电压

UCn —— 流过电容器的h 次谐波电流在电容器两端产生的谐波电压

UCN —— 电容器的额定电压

5、滤波效果

滤波支路3-5-5-7全部投入运行，在满足功率因数前提下，谐波都得到有效控制，装置与2012年4月份投入，至目前运行稳定。

滤波设备投运后谐波电流数据如下           单位：（A） 

6、结论

随着近年来大量电力电子调功设备的不断普及，由此引起的谐波问题应该被关注。在电网谐波源较多的区域，甚至都发生了大量电子表里电容击穿，变电所电容器烧毁或跳闸，各地都纷纷采取措施进行治理，鉴于三相可控硅调功柜的谐波特征比较明显，各次谐波电流含量浮动较小，可以采用无源滤波装置来进行谐波治理，达到谐波治理目的。

参考文献

电力系统谐波—基本原理，分析方法和滤波器设计（奥地利）G.J.Wakileh 著；徐政译，北京：机械工业出版社，2007。

中频炉的谐波治理设计分析；李爱洲—广东：中国电机工程学会论文集，2012。