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张博1， 朴在林1 ，陈俊杰2
（1．沈阳农业大学，辽宁省沈阳市110161；2．东北电力试验研究院, 辽宁省沈阳市110006）
摘要：基于某企业无功补偿和滤波配置不当，造成谐波放大的实例，结合谐波测试结果，对造成谐波放大的原因进行理论分析计算，并提出了相应的改进措施，经实测效果较理想。
关键词：滤波器 谐波放大 原因分析 改进措施
1、问题的提出
某企业使用大功率的变频电机，在一次设备改造中结合无功补偿装设了两套滤波器，但是变频电机所产生的谐波非但没能滤除，反而被放大了，使大量的谐波电流注入系统，导致电机无法正常运行。
2、系统状况
该企业厂用变电所一次侧电压66千伏，二次侧电压6千伏，主要负荷是两台功率为1800千瓦的同步电机（一台运行一台备用）。采用进口的变频器，为避免谐波的影响，变压器采用Y/Δ/Y-0接线形式，形成了12脉动整流。
2．1 不投入无功设备时的测试
在不投入无功设备的情况下，进行了谐波测试分析，主变二次A相电流的谐波含量测试结果见表1。在一般负荷下谐波满足国家标准的限制（标准允许值为4%），且谐波电流中含有的5，7次很少，不同负荷下THDIa=5.1%--10%，符合12脉动整流设备的特点，同时由于66系统的短路容量很大，注入系统的其他谐波也没有超标，但是功率因数有时达不到要求，为此需要加入必要的无功补偿设备。
表1 背景谐波情况（电压、电流的1-25次谐波）
2．2 投入无功设备时的测试
配置1200Kvar的无功补偿电容器接入6KV母线，分为两组分别设计成11、13次谐波滤波器，设备参数如下：
11次滤波通道：电容-AMM4-250-1W，250Kar, 4KV电抗- CKSG-6.225/6.6，6.6KV,0.534 In=62.5a；
13次滤波通道：电容-AAM4-150-1W，150Kar, 4KV 电抗-CKSG-2.664/6.6，6.6KV,0.693 In=37.5a。
投入滤波器后，在不同运行方式下的测试结果均严重超出国家标准的限制值。
2．2．1 4#调速电机、2组滤波器运行，母线A相电压总谐波畸变率达12.3%，测试结果详见表2。
表2 滤波器投运时谐波情况（电压、电流的1-25次谐波）
2．2．2 4#调速电机、13#滤波器运行，11#滤波器停运，母线A相电压总谐波畸变率达11.2%。（详细数据略）
2．2．3 4#调速电机、11#滤波器运行，13#滤波器停运6kV，母线A相电压总谐波畸变率达9.2%、母线A相电流总谐波畸变率瞬时值也很大，最高达50%以上。（详细数据略）
3、滤波器无法正常运行的原因分析
原来加入的两组滤波器是按滤除11、13次谐波考虑的，按惯例将变频器视为谐波电流源，其等值电路见图1。
对第n次谐波，当滤波器支路电抗nXL-Xc/n=0时，滤波器支路处于串联谐振状态，可得Icn=In，Isn=0。谐波电流In全部注入滤波器支路。对于其他小于n次数的谐波则将会产生放大作用，其注入系统和电容器支路的放大倍数取决于系统的容量及电容、电抗的具体参数，可采用下式计算：
nXS+nXL-Xc/n=0时,则滤波器支路和系统阻抗支路呈现并联谐振状态，可得Icn0≈Isn。国家标准(GB12747-91)及国际电工标准 (IEC831-1 及EU60831-1)低压电容器的容许电流为额定电流的1.3倍。
采用原有元件参数计算的放大倍数曲线见图2：
根据实测数据分析，导致原装置无法运行的主要原因有两个，一是滤波回路的调谐点不够适当，只考虑了滤除11、13次谐波而忽略了可能对较低次谐波电流的放大作用，并且没有经过认真地校核计算；二是参数不稳，由于采用了铁芯电抗器，铁芯磁密较高且电感值随电网电压、变频机负荷的变化而波动，不稳定的程度与铁芯电抗器的设计磁密值有关。
4、改进的方法
4.1 技术措施
采用空芯电抗器代替原有铁芯电抗器，并重新计算，选用较为合理的电感数值，以躲开低次谐波的放大点。利用原有的电容器组，在补偿无功的同时，抑制谐波放大，保证6千伏母线电压畸变率满足国家标准要求。其两组电抗器的参数如下：
原11次通道，现改称为第一通道：电抗器电感值：L1=12.73（mH/相），电容器：C=49.736（mF/相），利用原有电容器。
原13次通道，现改称为第二通道：电抗器电感值：L2=13.581（mH/相），电容器：C=29.842（mF/相），利用原有电容器。
对各次谐波校核计算采用新元件参数计算的放大倍数曲线见图3：
4．2 运行后的测试结果
主变电流畸变率见图4，母线电压畸变率见图5，两组电容器的电流分别见图6和图7。
5、结论
从运行后的测试结果看，改造后的两台滤波器的工作状况比较好，空心电抗器的参数稳定、噪声很小。6.3kV的母线电压畸变率的最大值为投入电容器的瞬间达到3.8%,在电机在80%负荷以下时母线电压畸变率小于3%，当电机满负荷运行时3.4%，低于国标规定的4%的限制值，从谐波电流的测试数据看，最大负荷时，主变二次侧电流为153A，变压器二次电流中5次谐波只占总电流的3%。没有对其产生很大的放大。改造后的1#、2#滤波器的工作状况理想，达到了既能很好的补偿功率因数，同时又不对谐波电流放大的目的。
标签：滤波器,谐波
