0        引言

《高壓濾波裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用導(dǎo)則》是指導(dǎo)我們對高壓無源電力濾波裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)、應(yīng)用的指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)，但由于以往高壓無源濾波設(shè)計(jì)上各種企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的差異化，會(huì)對讀者理解該標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容帶來觀念上的不統(tǒng)一，為了便于讀者針對本標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)問題理解和運(yùn)用，我們就有針對性選取了標(biāo)準(zhǔn)上的一些重要的知識(shí)點(diǎn)作為重點(diǎn)解讀淺析的目標(biāo)，結(jié)合平時(shí)應(yīng)用技術(shù)經(jīng)驗(yàn)講解幫助讀者更好理解和用好標(biāo)準(zhǔn)，打開一道啟迪之門。

1    對于標(biāo)準(zhǔn)中術(shù)語和定義中諧波相關(guān)概念理解與應(yīng)用

1.1  對于基波和諧波兩個(gè)概念的基本理解

有關(guān)資料對于諧波正確定義為供電系統(tǒng)諧波的定義是對周期性非正弦電量進(jìn)行傅立葉級數(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，這部分電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值（n=f_n/f₁) 稱為諧波次數(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”。

為了更還理解整流設(shè)備所造成諧波問題理解，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，...以此類推一個(gè)交流周期內(nèi)輸出幾個(gè)脈波就稱為幾脈整流；

在《電氣傳動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)手冊》中明確指出：多脈動(dòng)整流裝置產(chǎn)生的特征諧波電流I_n含量（%）

    那么，整流設(shè)備諧波源只要是針對幾脈整流，就基本可以鎖定濾波主要對象了，例如：對于6脈整流設(shè)備，主要就是針對5、7次諧波進(jìn)行處理了，…以此類推到了24脈整流設(shè)備主要產(chǎn)生的是23、25次諧波，所以，對于6脈和12脈的整流設(shè)備的濾波對象不同，濾波成本和策略也略有區(qū)別，但對于24脈整流設(shè)備而言，它對于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)語和定義中，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列概念性問題，同時(shí)對標(biāo)準(zhǔn)中6.3節(jié)的濾波裝置的組合內(nèi)容也會(huì)有一個(gè)基礎(chǔ)了解。

1.2  由諧波概念引出兩個(gè)重要觀察量的理解

⑴  標(biāo)準(zhǔn)中觀測量概念釋義：

標(biāo)準(zhǔn)中第3節(jié)的術(shù)語和定義里，3.1.1內(nèi)容中PPC公共連接點(diǎn)之所以重點(diǎn)提出，是因?yàn)樵搮⒖键c(diǎn)決定著高壓濾波裝置設(shè)計(jì)中短路電流計(jì)算原點(diǎn)，有了起始點(diǎn)才能將穿越不同電壓等級下的各種有名值阻抗歸算到統(tǒng)一基準(zhǔn)值下標(biāo)么值網(wǎng)絡(luò)簡化計(jì)算，它的應(yīng)用意義非常重大的。

標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)中第3節(jié)的術(shù)語和定義里，3.1.2內(nèi)容中對諧波測量點(diǎn)定義：對于電網(wǎng)的公共母線和電力線路或用戶母線和供電線路以及有關(guān)設(shè)備或裝置進(jìn)行諧波測量的特定點(diǎn)。

而要弄清楚諧波對于電網(wǎng)系統(tǒng)的干擾和影響，就必須結(jié)合背景諧波概念來幫助理解實(shí)際應(yīng)用中，利用對諧波測量點(diǎn)選取不同，觀察測量位置諧波含量變化，更好的分析諧波對系統(tǒng)的影響和干擾。

⑵  引入背景諧波概念輔助理解

    所謂背景諧波就是指的是電網(wǎng)初始狀態(tài)下的諧波情況，它分為兩部分，一部分為上級電網(wǎng)的諧波滲透，另一部分來自本級電網(wǎng)內(nèi)部諧波源影響，有這個(gè)參考點(diǎn)測量點(diǎn)，就可以進(jìn)行投入用電設(shè)備和調(diào)諧補(bǔ)償設(shè)備前后的對比分析，從系統(tǒng)背景參考點(diǎn)位置獲得諧波對系統(tǒng)影響和變化，實(shí)時(shí)觀測到諧波電流分布與走向了。

⑶  應(yīng)用諧波測量點(diǎn)不同的諧波測量點(diǎn)，比較分析諧波源對系統(tǒng)影響。

①  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，再開啟所用用電設(shè)備，再次觀測點(diǎn)測得背景諧波參數(shù)，這就是系統(tǒng)內(nèi)、外諧波源疊加后母線側(cè)背景諧波。

②  區(qū)分投入調(diào)諧無功補(bǔ)償設(shè)備前后的諧波變化情況

開啟系統(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)在同一觀測點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)諧波參數(shù)變化情況，就可以獲知諧波對系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備產(chǎn)生干擾和影響。

③  區(qū)分諧波對用電設(shè)備和補(bǔ)償設(shè)備的影響

最后通過就地位置的用電設(shè)備和無功濾波補(bǔ)償設(shè)備實(shí)地諧波參數(shù)的觀測，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，來判別電抗器對于調(diào)諧補(bǔ)償設(shè)備的影響。

2  對于標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)計(jì)方法的濾波器類型確定原則輔助理解

2.1  對于本標(biāo)準(zhǔn)第6節(jié) 6.1項(xiàng)濾波器類型確定的釋義

   2.1.1   常用濾波器種類和分工

單調(diào)諧濾波器，最簡單，應(yīng)用最廣泛。主要用于濾除單一頻率的諧波，雙調(diào)諧濾波器，用于濾除兩種頻率的諧波，2階阻尼濾波器，又稱高通濾波器。主要用于濾除某個(gè)頻率以上的所有高次諧波，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合，如諧波源為電弧爐的用電系統(tǒng)。

    2.1.2  引入諧波電流特性曲線來理解6.3項(xiàng)濾波裝置組合的搭配意義

電力系統(tǒng)中主要諧波源為電流源，其主要特征是外阻抗變化時(shí)，電流不變，根據(jù)諧波電流在系統(tǒng)支路和電容器支路中的分配與各支路的阻抗成反比，可得到回路的基本特性方程，由特性方程可以繪制出系統(tǒng)諧波電流諧振特性曲線，如下圖：

⑴ 諧波電流諧振的特性曲線的物理意義就是對所畫定的區(qū)域有一個(gè)定性分析。

① 抑制諧波的濾波補(bǔ)償區(qū)：電容器支路對該次諧波成感性。該區(qū)域是抑制諧波的濾波補(bǔ)償區(qū)。

②自然補(bǔ)償區(qū)：電容器支路對該次諧波均成容性，系統(tǒng)和電容器兩支路諧波電流都受到不同程度的放大。電容器支路不串電抗或僅串電抗率很低的電抗仍能進(jìn)行正常的無功補(bǔ)償，故該區(qū)域可稱為自然補(bǔ)償區(qū)。

③ 諧波電流的諧振區(qū)：電容器支路和系統(tǒng)支路諧波電流都會(huì)被嚴(yán)重放大甚至發(fā)生諧振，

④ 全濾波補(bǔ)償區(qū)：對諧波呈串聯(lián)諧振狀態(tài)。此時(shí)由于對該次諧波阻抗為0，該次諧波全部流入該電容支路。于是該點(diǎn)就是濾除該次諧波最佳位置，實(shí)際的濾波支路工作點(diǎn)就在該點(diǎn)附近。

    ⑵ 很顯然濾波器是工作在濾波補(bǔ)償區(qū)。

無源濾波補(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基波進(jìn)行有效的無功補(bǔ)償，而且還能濾去部分諧波電流。

    2.2，由此分析就不難理解濾波器組合原理

標(biāo)準(zhǔn)中6.3.2項(xiàng)濾波器組合原則：在滿足無功補(bǔ)償，諧波濾波和電壓波動(dòng)指標(biāo)的前提下，力求濾波器數(shù)量最少。

說明在濾波補(bǔ)償區(qū)里，濾波回路在做到最大濾波效果同時(shí)，既要補(bǔ)償工頻回路無功需求，也要注意系統(tǒng)諧振點(diǎn)對于無源濾波補(bǔ)償影響。

3、對于標(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)。

② 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投入，切除時(shí)則相反。、

4、對于標(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。

    從全面經(jīng)濟(jì)角度對比有設(shè)計(jì)者根據(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)很長時(shí)間，主要針對諧波源負(fù)荷變化不大或變化不頻繁系統(tǒng)中應(yīng)用。

    空心電抗器：適用于電流變化個(gè)很大而且需要電抗值有線性特性場合，即電抗器線圈外沒有鐵磁性材料，不會(huì)發(fā)生鐵磁飽和以及磁滯現(xiàn)象場地，主要針對諧波源負(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：圖2 a)為電抗器前置接線，電抗器本體對地絕緣，當(dāng)濾波電抗器與電容器連線發(fā)生對地短路或電容器發(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)說明電抗器前置是對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：圖2 b)為電抗器后置接線，當(dāng)濾波電抗器與電容器連線發(fā)生對地短路或電容器發(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)說明電抗器后置是對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)。通常大都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：對于耐受短路電流能力較差電抗器，如容量小的扁形電抗器，一般考慮電抗器后置接線方式。通常大都濾波鐵芯電抗器串聯(lián)方式都選擇這種形式。

5   結(jié)語

     本文通過實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，以及結(jié)合相關(guān)概念引入說明，對《高壓濾波裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用導(dǎo)則》中的一些重點(diǎn)概念，及應(yīng)用關(guān)鍵論述點(diǎn)做了一些輔助閱讀淺析和導(dǎo)讀，試圖以此讓大家更好理解本標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)實(shí)際內(nèi)容，領(lǐng)悟好標(biāo)準(zhǔn)正確含義，應(yīng)用好標(biāo)準(zhǔn)先關(guān)規(guī)定，為依照國標(biāo)相關(guān)規(guī)定設(shè)計(jì)好高壓濾波裝置，同時(shí)使用好標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)、調(diào)試規(guī)范做一個(gè)好的引導(dǎo)與借鑒。

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作者簡歷：

   趙國強(qiáng)  

   出生年月：1970.02.24        學(xué)歷：大專

   身份證編號(hào)：420601197002244519

畢業(yè)院校及專業(yè)：北京航空航天大學(xué)   空調(diào)制冷及其測試技術(shù)

供職：湖北萬洲電氣集團(tuán)有限公司武漢研發(fā)中心襄陽分部

單位地址：湖北省襄陽市長征路58號(hào)

郵政編碼：441001

職務(wù)：電能質(zhì)量首席工程師        

職稱：研發(fā)工程師

研究領(lǐng)域：電氣自動(dòng)化與節(jié)能領(lǐng)域     

研究課題：電能質(zhì)量分析與控制、系統(tǒng)節(jié)電技術(shù)、DCS工控機(jī)及組態(tài)控制技術(shù)、傳動(dòng)控制與自動(dòng)化。

作者聯(lián)系方式：

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