淺析高壓濾波裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用導(dǎo)則
1.對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)中術(shù)語(yǔ)和定義中諧波相關(guān)概念理解與應(yīng)用
1.1 對(duì)于基波和諧波兩個(gè)概念的基本理解
有關(guān)資料對(duì)于供電系統(tǒng)諧波的正確定義是對(duì)周期性非正弦電量進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這部分電量稱(chēng)為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值(n=fn/f1) 稱(chēng)為諧波次數(shù)。諧波實(shí)際上是一種干擾量，其頻率范圍一般為2≤n≤40，使電網(wǎng)受到“污染”。
為了更進(jìn)一步理解整流設(shè)備所造成的諧波問(wèn)題，我們可以引入整流設(shè)備的“脈波”這個(gè)概念，所謂幾脈指的就是單相半波整流在一個(gè)交流周期內(nèi)輸出一個(gè)半波或者叫一個(gè)脈波，...以此類(lèi)推一個(gè)交流周期內(nèi)輸出幾個(gè)脈波就稱(chēng)為幾脈整流;在《電氣傳動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)手冊(cè)》中明確指出：多脈動(dòng)整流裝置產(chǎn)生的特征諧波電流In含量(%)。
那么，整流設(shè)備諧波源只要是針對(duì)幾脈整流，就基本可以鎖定濾波主要對(duì)象了，例如：對(duì)于6脈整流設(shè)備，主要就是針對(duì)5、7次諧波進(jìn)行處理了，…以此類(lèi)推到了24脈整流設(shè)備主要產(chǎn)生的是23、25次諧波，所以，對(duì)于6脈和12脈的整流設(shè)備的濾波對(duì)象不同，濾波成本和策略也略有區(qū)別，但對(duì)于24脈整流設(shè)備而言，它對(duì)于50Hz基波影響已經(jīng)不是很大了，基本可以不用治理了。
所以，由以上定義我們就可以正確理解標(biāo)準(zhǔn)中第3節(jié)的術(shù)語(yǔ)和定義，有關(guān)諧波的諸如基波分量、諧波分量、諧波次數(shù)、諧波含量以及諧波源等一些概念性問(wèn)題，同時(shí)對(duì)濾波裝置的組合內(nèi)容也會(huì)有一個(gè)基礎(chǔ)了解。
1.2 引入背景諧波概念輔助理解
所謂背景諧波就是指電網(wǎng)初始狀態(tài)下的諧波情況，它分為兩部分，一部分為上級(jí)電網(wǎng)的諧波滲透，另一部分來(lái)自本級(jí)電網(wǎng)內(nèi)部諧波源影響，有這個(gè)參考點(diǎn)測(cè)量點(diǎn)，就可以進(jìn)行投入用電設(shè)備和調(diào)諧補(bǔ)償設(shè)備前后的對(duì)比分析，從系統(tǒng)背景參考點(diǎn)位置獲得諧波對(duì)系統(tǒng)影響和變化，實(shí)時(shí)觀測(cè)到諧波電流分布與走向了。
1.3 應(yīng)用不同的諧波測(cè)量點(diǎn)，比較分析諧波源對(duì)系統(tǒng)影響。
?、?nbsp;區(qū)分諧波源受內(nèi)、外網(wǎng)諧波疊加的影響
先停止系統(tǒng)內(nèi)所有用電設(shè)備，在供電母線側(cè)的進(jìn)線位置，測(cè)得背景諧波參數(shù)就是外網(wǎng)帶給用電設(shè)備的諧波滲透狀況，再開(kāi)啟所用用電設(shè)備，再次觀測(cè)測(cè)得背景諧波參數(shù)，這就是系統(tǒng)內(nèi)、外諧波源疊加后母線側(cè)背景諧波。
?、?nbsp;區(qū)分投入調(diào)諧無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備前后的諧波變化情況
開(kāi)啟系統(tǒng)內(nèi)所用(部分)用電設(shè)備，但停止所有調(diào)諧補(bǔ)償設(shè)備，在母線進(jìn)線位置測(cè)得背景諧波就是系統(tǒng)內(nèi)、外諧波源所造成諧波污染原始狀態(tài)，然后分別有層次逐個(gè)投入調(diào)諧補(bǔ)償設(shè)備，同時(shí)在同一觀測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)諧波參數(shù)變化情況，就可以獲知諧波對(duì)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備產(chǎn)生干擾和影響。
?、?nbsp;區(qū)分諧波對(duì)用電設(shè)備和補(bǔ)償設(shè)備的影響
再通過(guò)就地位置的用電設(shè)備和無(wú)功濾波補(bǔ)償設(shè)備實(shí)地諧波參數(shù)的觀測(cè)，與設(shè)備本身的額定值和運(yùn)行參量進(jìn)行比較，就可以清晰看出諧波電流分布走向?qū)υO(shè)備影響。同時(shí)為了區(qū)分電抗器對(duì)調(diào)諧補(bǔ)償設(shè)備濾波效果，還可以局部短接電抗器部分，在就地位置測(cè)試一下串聯(lián)電抗器前后，調(diào)諧補(bǔ)償設(shè)備的諧波參數(shù)變化，來(lái)判別電抗器對(duì)于調(diào)諧補(bǔ)償設(shè)備的影響。
2.對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)計(jì)方法的濾波器類(lèi)型確定原則輔助理解
2.1 常用濾波器種類(lèi)和分工
1.單調(diào)諧濾波器，簡(jiǎn)單，應(yīng)用多。主要用于濾除單一頻率的諧波；
2.雙調(diào)諧濾波器，用于濾除兩種頻率的諧波；
3.2階阻尼濾波器又稱(chēng)高通濾波器，主要用于濾除某個(gè)頻率以上的所有高次諧波；
4.C型濾波器，阻抗特性與高通濾波器相似，但是基波損耗小，主要用于低次諧波多的場(chǎng)合，如諧波源為電弧爐的用電系統(tǒng)。
無(wú)源濾波補(bǔ)償在電容器支路中串聯(lián)了足夠大的電抗使得ξ再變?yōu)檎?，則電容器支路對(duì)諧波呈感性。系統(tǒng)諧波電流就不再被放大。電容器支路流進(jìn)了部分諧波電流，分流了注人系統(tǒng)的部分諧波電流。即此時(shí)電容器支路不僅能對(duì)基波進(jìn)行有效的無(wú)功補(bǔ)償，而且還能濾去部分諧波電流。
3、對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)計(jì)依據(jù)中安全運(yùn)行要求的理解
3.1 濾波器并聯(lián)諧振次數(shù)計(jì)算公式：
此式給出了諧波次數(shù)與母線短路容量、電容器組容量以及電抗率之間的關(guān)系。它同樣滿足“電容器的容量增加，使諧振點(diǎn)向低值移動(dòng);母線短路容量的增加，使諧振點(diǎn)向高值移動(dòng)”的結(jié)論。同時(shí)，我們更加關(guān)心的是，高壓濾波器濾除的諧波次數(shù)和它們與系統(tǒng)電抗引起的并聯(lián)諧振的次數(shù)之間的關(guān)系。
3.2 系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)，諧振次數(shù)與母線短路容量和電容器的關(guān)系：
① 電容器的容量的增加，使諧振次數(shù)向低值移動(dòng)。
?、?nbsp;母線短路容量的增加，使諧振次數(shù)向高值移動(dòng)。
3.3 為避免投切濾波器時(shí)發(fā)生諧振，濾波裝置各路濾波器的投切次序：
投人時(shí)，應(yīng)先低次后高次;
切除時(shí)，應(yīng)則先高次后低次。
3.4 以上輔助分析可以更好理解標(biāo)準(zhǔn)第5.2節(jié)的安全運(yùn)行要求中濾波器投切策略的問(wèn)題了。
標(biāo)準(zhǔn)第5.2.7.7項(xiàng)中明確指出：多個(gè)濾波器組成的濾波裝置，不同調(diào)諧頻率的濾波器之間應(yīng)設(shè)置適當(dāng)?shù)耐肚虚]鎖，保證不同調(diào)諧頻率的濾波器投切時(shí)不會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)諧波放大，投入時(shí)按調(diào)諧頻率由低至高逐級(jí)投入，切除時(shí)則相反。
4、對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)中濾波裝置接線方式注意要點(diǎn)
4.1 串聯(lián)濾波電抗分為兩種：鐵芯電抗器和空心電抗器。
從經(jīng)濟(jì)角度對(duì)比設(shè)計(jì)者可根據(jù)濾波技術(shù)要求靈活選配不同形式電抗器；
鐵芯電抗器：適用于不發(fā)生飽和現(xiàn)象回路，即回路中電流不會(huì)發(fā)生很大變化，即使變化也不會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，主要針對(duì)諧波源負(fù)荷變化不大或變化不頻繁系統(tǒng)中應(yīng)用。
空心電抗器：適用于電流變化很大而且需要電抗值有線性特性場(chǎng)合，即電抗器線圈內(nèi)沒(méi)有鐵磁性材料，不會(huì)發(fā)生鐵磁飽和以及磁滯現(xiàn)象，主要針對(duì)諧波源負(fù)荷變化比較快且負(fù)荷電流波動(dòng)頻繁系統(tǒng)中應(yīng)用，例如：軋鋼機(jī)頻繁過(guò)鋼，電流諧波變化快且頻繁。
4.2 濾波電抗器兩種接線方式不同關(guān)注點(diǎn)。
⑴ 電抗器前置與后置區(qū)別
標(biāo)準(zhǔn)6.2.2項(xiàng)中電抗器前置接線中描述：電抗器本體對(duì)地絕緣，當(dāng)濾波電抗器與電容器連線發(fā)生對(duì)地短路或電容器發(fā)生全部擊穿時(shí)，濾波電抗器將承受短路電流和電壓，其動(dòng)、熱穩(wěn)定要求同斷路器相同。
這一點(diǎn)說(shuō)明電抗器前置是對(duì)高壓電抗器絕緣和材質(zhì)、以及工藝要求較高。
標(biāo)準(zhǔn)6.2.2項(xiàng)中電抗器后置接線中描述：當(dāng)濾波電抗器與電容器連線發(fā)生對(duì)地短路或電容器發(fā)生全部擊穿時(shí)，濾波電抗器被旁路，短路電流小于濾波器正常工作電流，僅當(dāng)電容器組被全部擊穿時(shí)，電抗器動(dòng)、熱穩(wěn)定要求同斷路器相同。
這一點(diǎn)說(shuō)明電抗器后置是對(duì)高壓電抗器要求略低一些。
⑵ 電抗器前置與后置配置
標(biāo)準(zhǔn)6.2.2項(xiàng)中電抗器前置接線中描述： 對(duì)于高壓濾波器，一般推薦采用電抗器前置接線方式，這樣可以限制短路電流，同時(shí)電容器可采用雙星型接法，便于不平衡保護(hù)。通常大部分濾波空心電抗器串聯(lián)方式都選擇前置式。
標(biāo)準(zhǔn)6.2.2項(xiàng)中電抗器前置接線中描述：對(duì)于耐受短路電流能力較差電抗器器，如容量小的扁形電抗器，一般考慮電抗器后置接線方式。通常大部分濾波鐵芯電抗器串聯(lián)方式都選擇這種形式。
