淺析高壓濾波裝置設(shè)計與應(yīng)用導(dǎo)則
1.對于標準中術(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概念的基本理解
有關(guān)資料對于供電系統(tǒng)諧波的正確定義是對周期性非正弦電量進行傅立葉級數(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=fn/f1) 稱為諧波次數(shù)。諧波實際上是一種干擾量，其頻率范圍一般為2≤n≤40，使電網(wǎng)受到“污染”。
為了更進一步理解整流設(shè)備所造成的諧波問題，我們可以引入整流設(shè)備的“脈波”這個概念，所謂幾脈指的就是單相半波整流在一個交流周期內(nèi)輸出一個半波或者叫一個脈波，...以此類推一個交流周期內(nèi)輸出幾個脈波就稱為幾脈整流;在《電氣傳動自動化技術(shù)手冊》中明確指出：多脈動整流裝置產(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準中第3節(jié)的術(shù)語和定義，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題，同時對濾波裝置的組合內(nèi)容也會有一個基礎(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，有這個參考點測量點，就可以進行投入用電設(shè)備和調(diào)諧補償設(shè)備前后的對比分析，從系統(tǒng)背景參考點位置獲得諧波對系統(tǒng)影響和變化，實時觀測到諧波電流分布與走向了。
1.3 應(yīng)用不同的諧波測量點，比較分析諧波源對系統(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)諧補償設(shè)備，在母線進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投入調(diào)諧補償設(shè)備，同時在同一觀測點監(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。
?、?nbsp;區(qū)分諧波對用電設(shè)備和補償設(shè)備的影響
再通過就地位置的用電設(shè)備和無功濾波補償設(shè)備實地諧波參數(shù)的觀測，與設(shè)備本身的額定值和運行參量進行比較，就可以清晰看出諧波電流分布走向?qū)υO(shè)備影響。同時為了區(qū)分電抗器對調(diào)諧補償設(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)諧補償設(shè)備的諧波參數(shù)變化，來判別電抗器對于調(diào)諧補償設(shè)備的影響。
2.對于標準中設(shè)計方法的濾波器類型確定原則輔助理解
2.1 常用濾波器種類和分工
1.單調(diào)諧濾波器，簡單，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階阻尼濾波器又稱高通濾波器，主要用于濾除某個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合，如諧波源為電弧爐的用電系統(tǒng)。
無源濾波補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。即此時電容器支路不僅能對基波進行有效的無功補償，而且還能濾去部分諧波電流。
3、對于標準中設(shè)計依據(jù)中安全運行要求的理解
3.1 濾波器并聯(lián)諧振次數(shù)計算公式：
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，使諧振點向低值移動;母線短路容量的增加，使諧振點向高值移動”的結(jié)論。同時，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，諧振次數(shù)與母線短路容量和電容器的關(guān)系：
?、?nbsp;電容器的容量的增加，使諧振次數(shù)向低值移動。
?、?nbsp;母線短路容量的增加，使諧振次數(shù)向高值移動。
3.3 為避免投切濾波器時發(fā)生諧振，濾波裝置各路濾波器的投切次序：
投人時，應(yīng)先低次后高次;
切除時，應(yīng)則先高次后低次。
3.4 以上輔助分析可以更好理解標準第5.2節(jié)的安全運行要求中濾波器投切策略的問題了。
標準第5.2.7.7項中明確指出：多個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?shù)耐肚虚]鎖，保證不同調(diào)諧頻率的濾波器投切時不會出現(xiàn)系統(tǒng)諧波放大，投入時按調(diào)諧頻率由低至高逐級投入，切除時則相反。
4、對于標準中濾波裝置接線方式注意要點
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)濟角度對比設(shè)計者可根據(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，即回路中電流不會發(fā)生很大變化，即使變化也不會持續(xù)很長時間，主要針對諧波源負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合，即電抗器線圈內(nèi)沒有鐵磁性材料，不會發(fā)生鐵磁飽和以及磁滯現(xiàn)象，主要針對諧波源負荷變化比較快且負荷電流波動頻繁系統(tǒng)中應(yīng)用，例如：軋鋼機頻繁過鋼，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。
?、?nbsp;電抗器前置與后置區(qū)別
標準6.2.2項中電抗器前置接線中描述：電抗器本體對地絕緣，當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，濾波電抗器將承受短路電流和電壓，其動、熱穩(wěn)定要求同斷路器相同。
這一點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。
標準6.2.2項中電抗器后置接線中描述：當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，濾波電抗器被旁路，短路電流小于濾波器正常工作電流，僅當電容器組被全部擊穿時，電抗器動、熱穩(wěn)定要求同斷路器相同。
這一點說明電抗器后置是對高壓電抗器要求略低一些。
?、?nbsp;電抗器前置與后置配置
標準6.2.2項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，同時電容器可采用雙星型接法，便于不平衡保護。通常大部分濾波空心電抗器串聯(lián)方式都選擇前置式。
標準6.2.2項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。
