上述由电抗器与电容器串联谐振所构成的无源滤波支路称作单调谐滤波器,是最简单也是最常用的无源滤波支路。除此之外,还有许多其它类型的无源滤波支路,如图8所示。
3.2 无源电力滤波器系统构成
图9为典型无源电力滤波器系统图,主要由断路器、隔离开关、避雷器、滤波电抗器、滤波电阻器、滤波电容器组成。
3.3 无源电力滤波器滤波效果实例
图10为某冶金企业无源电力滤波器滤波效果实测结果。由于该谐波负荷11次以上高次谐波含量丰富，滤波器设计充分考虑了对高次谐波的滤除效果。实测结果表明，滤波器对谐波电流的总滤除率在60%以上，滤波器投入前母排电压谐波含量高达9.2%，滤波器投入后降为3.3%，达到国家标准要求。
3.4 无源电力滤波器接线方式
无源电力滤波器主要接线方式有两大类:星型接线(单星接线、双星接线)和三角型接线,如图11所示。在高压领域,从限制电容器全击穿短路时故障电流和操作过电压等方面考虑,国内比较一致的意见是舍弃三角形接线采用单星形或双星形接线,而根据低压电容器的结构性能和实际应用情况,其产生事故的原因不是由于接线,因此三角形接线对低压电容器组是正常接线方式。
电容器组的每相或每个桥臂由多台电容器串并联组合连接时,在工程中基本上都采用先并后串。由国外进口的成套设备也不例外,采用先并后串方式时当一台电容器出现击穿故障时,其故障电流由两部分组成:来自系统的工频故障电流,其余健全电容器的放电电流。通过故障电容器的电流大,外熔丝能迅速熔断把故障电容器切除,电容器组可继续运行。如采用先串后并,当一台电容器击穿时,因受到与之串联的健全电容器容抗的限制,故障电流就比前述情况小,外熔丝不能尽快熔断,故障延续时间长,与故障电容器串联的健全电容器可能因长期过电压而损坏,而且在电容器故障相同的情况下先并后串方式的电容器过压小,利于安全运行。
3.5 滤波电容器常用的保护方式
滤波电容器除了常规的过流、速断、过压、欠压保护外，还应该设置不平衡保护。单星型接线的滤波器应采用开口三角电压保护，串联段数为二段及以上的单星形电容器组应采用电压差动保护，每相能接成四个桥臂的单星形电容器组可采用桥式差电流保护，双星形接线电容器组可采用中性点不平衡电流保护。具体保护方式如图12所示。
3.6 过电压保护措施
滤波器在被切除时,若断路器出现单相或两相重击穿,滤波器各点对地或电容器两端将产生较高的操作过电压,危及设备绝缘。并联电容器组过电压主要是指分闸重击穿过电压,包括单相重击穿和多相重击穿过电压。并联电容器组操作过电压的危害总的来说主要可概括为两方面:一是损坏并联电容器组的设备,持续的过电压会大大降低电容器装置的寿命,严重的操作过电压会破坏电容器的对地绝缘或发生极间击穿,使电容器装置不能正常运作,影响电网的正常运行;二是对远端变电所的设备绝缘造成危害,严重时造成事故使电网瘫痪,带来重大经济损失。因此,必须采取有效措施减少和预防过电压的发生,同时加强各项保护措施将操作过电压的危害消减到最低。
为了限制切除电容器引起的操作过电压,选择断路器必须慎重,断路器合闸弹跳时间不大于 2ms,能承受关合涌流以及工频短路电流和电容器高频涌流的联合作用,每天投切超过三次的断路器,应具备频繁操作的性能。
避雷器用于限制并联电容器装置操作过电压保护时应选用无间隙金属氧化物避雷,与电容器组并联连接的避雷器、与串联电抗器并联连接的避雷器和中性点避雷器的参数选择应根据工程设计的具体条件进行模拟计算确定。
3.7 滤波电容器安全运行校验
滤波电容器在运行中除供给所需的基波电流外,还将吸收负荷产生的谐波电流。这样,通过滤波电容器的电流就有基波和谐波电流(以滤波支路相对应的谐波电流为主,也有部分非同次谐波电流)。这些电流通过电容器时,将在其两端产生基波电压和谐波电压。由于滤波器长期处于这种特殊的运行状态,为保证其长期、安全运行,对设计的各滤波电容器必须按照标准进行校验,其校验公式如下
4 有源电力滤波器的发展简介
无源滤波器具有结构简单、容易设计的优点,但无源滤波器的滤波效果取决于无源滤波器和系统谐波阻抗的比值,受系统结构变化影响大,由于采用单调谐方式,不能对谐波进行连续的消除,并且和系统阻抗相作用,容易产生并联或串联谐振,滤波效果不好,并且容易受温度漂移、网络上谐波污染、电容器老化等影响。另外,无源滤波器只能过滤一种谐波成分,如果要过滤不同频率的谐波,则要采用不同的无源滤波器。
随着全控型功率器件技术的进步及越来越多敏感负载对滤波效果要求的提高,有源滤波器开始受到人们的重视。有源电力滤波器与无源电力滤波器的工作原理完全不同,它是通过产生与补偿谐波形状一致、相位相反的电流,来抵消非线性负载产生的谐波电流,以使谐波不会流入公共供电回路,如图13所示。
有源电力滤波器是电力谐波治理技术的最新发展方向,具有无源滤波器无法比拟的许多优点,表4为无源电力滤波器与有源电力滤波器的对比,可供参考。
5 结束语
电力谐波是一种电网污染和公害,已引起人们的高度关注。采用电力电容器、电抗器等无源器件实现电力谐波抑制和谐波滤除,具有简单有效的突出优点,仍然是目前治理电力谐波问题的主要技术手段。正确掌握这一技术手段,有效治理电力谐波,具有重要意义。推广、应用电力谐波治理技术是有关专业技术人员义不容辞的责任。
延伸阅读：
原标题：谐波治理与无源电力滤波器 (下)
