安科瑞 崔庭宇
江蘇安科瑞電器制造有限公司
摘要：目前大多數低壓配電系統的無功補償，都是通過在負載側加裝并聯型電容補償柜的方式實現的。但由于諧波的存在，無功補償的電容可能被諧波影響而損壞，還會使諧波電流放大。諧波可以通過安裝有源濾波器來進行治理，使諧波含量控制在有效的范圍內，而電容放大諧波電流的問題則可以通過在電容進線端串聯相應電抗率的電抗器來解決，補償裝置及各種設備就能保證正常工作。
關鍵詞：無功補償 諧波 電容損壞 有源濾波器 電抗器
1 引言
在低壓配電系統中，負載多為阻感性用電設備，這就造成了電網的功率因率偏低，大量無功從電網汲取不僅影響了輸配電效率，還帶來了用戶因功率因數低而罰款的問題。無功補償成為現在低壓配電系統中*的部分，目前zui常用、成本zui低的方式是在負載側加裝電容補償柜。這種補償方式可以提高供電系統功率因數，穩定受電端電壓水平，從而提高電網供電質量。但采用純電容器進行無功補償時一旦遇到諧波的干擾，電容器的補償支路極易發生故障，造成電容器鼓包、投切開關不動作、誤動作與保護設備損壞等嚴重后果。
2 諧波的產生及危害
隨著電力電子技術的發展與應用，越來越多的非線性用電設備在工作過程中不可避免的會產生諧波，從常見的LED燈、計算機電源，到工業中廣泛應用的整流設備、變頻器、中頻爐、逆變器等，都會產生諧波，這對無功補償所采用的電容、投切開關等產生了極大影響。例如：使電網中的電容器產生諧振。工頻下，系統裝設的各種用途的電容器比系統中的感抗要大得多，不會產生諧振，但諧波頻率時，感抗值成倍增加而容抗值成倍減少，這就有可能出現諧振，諧振將放大諧波電流，導致電容器等設備被燒毀。有些配電房傳統的無功補償裝置由于不能消除諧波的干擾，根本無法投入運行或是投入后被損壞，功率因數偏低，造成電費扣罰。
3 案例分析
3.1測量信息
測試對象：某電纜制造公司，其主要諧波源為各種容量的變頻器
測試位置：1#變壓器進線柜和對應無功柜(共補)A相
測試內容：上述位置諧波電流畸變率及變化趨勢等。
測試儀器：*PW3198電能質量分析儀
測量示意圖：
圖3-1 測量點及一次系統示意圖
據了解現場采用純容無功柜，由于電容對于諧波呈現低阻抗特性，在有諧波的系統中會有部分諧波灌入無功柜，導致電容過流過熱，甚至在某次諧波頻次下與系統發生諧振，放大諧波，加重危害，損壞無功柜，影響系統中其他用電負載的正常運行，為此我司根據該配電系統選擇合適測量位置，在測量負載電能質量情況同時測量無功柜中電能質量，證實諧波對無功柜的危害。
3.2測量數據分析
測量點1/2：1#變壓器出線側和對應無功柜A相
圖3-2 1#變次總柜總電流畸變率
圖3-3 1#變次總進線柜A相各次諧波電流含量
圖3-4 1#變下無功柜進線A相各次諧波電流含量
從數據可以看出，采用的純容無功柜不僅會吸收諧波還會有放大諧波的危害，無功柜長期流入諧波導致損壞，不能正常運行，功率因數會下降，導致客戶無功罰款，增大電費損失和設備更換損失，甚至影響企業供電和生產經營。系統主要諧波以5/7次為主，具體數據總結如下表2。
表1 1#變壓器和無功柜電能質量數
3.3方案與選型
根據上述數據分析，兩臺變頻器情況基本類似，本身負載產生的諧波較大，沒有得到治理，流入純容無功柜內，使得無功柜發生損壞，甚至有放大諧波現象，且現場出線變壓器、母排明顯振動情況，該工況我司建議進行無功改造和諧波治理雙管齊下，從根本上解決問題。
1)對無功補償柜進行改造，采用串聯電抗的無功補償方案，由于系統中主要存在5/7次諧波，推薦采用電抗率7%的電抗(一般針對3次諧波選用13%電抗率的電抗器，而5、7次諧波則選用7%電抗率的電抗器)并確保電容器額定電壓等級在450V以上(480V*)，可以抑制5次及以上諧波流入無功柜，并避免諧振現象，保護無功柜受到諧波危害。整體無功柜容量可按原容量設計，1#變壓器下總計720kvar。
2)在無功改造的基礎上，我們根據測量數據，推薦采用我司ANAPF系列有源電力濾波器進行集中治理諧波，可實時根據負載電流變化檢測出諧波含量，發出與之方向相反、幅值相同的補償電流，與負載的諧波電流抵消，從而消除諧波，補償效率高。
具體選型表如下：
表2 ANAPF有源電力濾波器選型表
注：
①諧波計算公式Ih=I*THDi;
②由于安裝空間限制及現場實際補償需求，所選容量略小于實際補償需求;
③有源電力濾波器并聯到配電網絡中，裝置的檢修與日常維護只需從電網中切除，不影響現場其他設備的正常運營。
圖3-5 設備安裝位置示意圖
3.4治理后效果
設備安裝到位并穩定運行半年以后，重新對補償對象進行測量，所得數據如下：
圖3-6 治理后1#變次總進線柜A相各次諧波電流含量
圖3-4 治理后1#變下無功柜進線A相各次諧波電流含量
經過項目改造前后實測的補償支路的電能質量的分析，可以看出加裝電抗器后補償支路的電流諧波的畸變率由32%下降到2%，5次諧波電流有明顯的下降，同時加裝有源濾波器以后總電流的諧波下降明顯，在允許范圍內，諧波電流抑制效果非常明顯。
4結束語
無功補償、諧波治理是當前乃至今后相當長的時期內的低壓配電系統面臨的重要問題。雖然現如今用電負載所產生的的諧波越來越多，但是純電容器的補償柜在工業和民用場合中還是得到廣泛的應用。面對大量產生諧波的用電設備，低壓配電系統已經對電容器補償支路提出了更高的要求，抑制諧波、濾除諧波的時代已經來臨。在當前少量或中等含量諧波的配電系統中，補償支路加裝電抗器以抑制諧波流入電容是的方法，串聯電抗器的基礎上再配合有源濾波器強大的諧波治理能力可以極大地改善用電環境，避免了因功率因數低導致的罰款，也保護了用電設備的安全穩定運行;在凈化電網的同時，也給用戶帶來了切實的經濟利益。
而在電力電子技術發展更迅猛的將來，會有更大的諧波給低壓配電系統帶來更大的挑戰，傳統的電容形式無功補償將很難滿足補償要求，在這種條件下就需要更*、更完善的無功補償裝置-ANSVG靜止無功發生器來進行無功補償。
【參考資料】
安科瑞電能質量監測與治理選型手冊。2015.08版
安科瑞電氣股份有限公司產品手冊.2013.01.版
