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

中图分类号：TM712　　　　文献标志码：A　　　　　文章编号：1003-0867(2005)04-0018-02

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66kV，二次侧电压6kV，主要负荷是两台功率为1800kW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/△/Y0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THD_i = 5.1%～10%，符合12脉动整流设备的特点，同时由于6.6kV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。

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AAM4-250-1W，250kvar，4kV；电抗CKSG-6.225/6.6，6.6kV；

13次滤波通道：电容AAM4-150-1W，150kvar, 4kV 电抗-CKSG-2.664/6.6，6.6kV。

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。

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。

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）。

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nX_L - X_c/n = 0时，滤波器支路处于串联谐振状态，可得I_c = I_n，I_s = 0。谐波电流I_n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：

nX_S + nX_L - X_c/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I_c≈I_S。国家标准(GB 12747-91)及国际电工标准 (IEC 831-1 及EU 60831-1)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，由于采用了铁心电抗器，铁心磁密较高且电感值随电网电压、变频机负荷的变化而波动，不稳定的程度与铁心电抗器的设计磁密值有关。

4 改进的方法

4.1 技术措施

采用空心电抗器代替原有铁心电抗器，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6kV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，同时又达到了不对谐波电流放大的目的。