安科瑞 邱红

江苏安科瑞电器制造有限公司 江苏江阴 214405

摘要：本文针对铸造行业的电能质量现状，分析其使用设备中主要谐波源和所带来危害，给出相应解决方案，并结合具体案例展示有源滤波器的补偿效果。

关键词：铸造行业 电能质量 谐波 有源滤波器

1 引言

铸造行业中，会将特定金属熔炼成一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、打磨等处理后得到目标铸件。在此过程中，会用到许多用电设备，例如电弧炉、中频炉、磨光机、抛丸机、切割机等；其中，中频炉由于其性能优良被广泛使用，中频炉采用电力电子的整流技术，会产生较大的谐波，而产生的谐波又会对其它设备及电网产生不良影响，所以铸造行业中谐波的治理刻不容缓。

2 谐波的产生及危害

(1) 影响动力电气设备的正常工作，除了引起附加损耗外，还可使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，严重时会导致变压器烧毁、电缆放炮、电容器击穿等故障；

(2) 会引起系统中局部并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，使前述的危害大大增加，甚至引起严重事故；

(3) 会导致电力系统内继电保护和自动装置误操作，如保护开关误跳闸，导致部分线路断电；

(4) 使电力系统内计算机等精密设备无法正常工作；

(5) 使电机转矩产生脉动，影响启动和运行性能增加损耗、降低效率，使电机温升增加、减少其寿命。

3 解决方案

ANAPF有源滤波器全响应速度小于20ms，滤除2-31次谐波，可以实时检测系统的谐波电流，控制命令装置发出反向相等的谐波电流，平衡系统谐波电流，滤除系统谐波电流，去除系统谐波电流，去除谐波损耗，稳定系统电压，平衡三相电压，补偿无功损耗。

3.1 ANAPF有源滤波器主要技术特点

DSP+FPGA全数字控制方式，具有极快的响应时间；的主电路拓扑和控制算法，精度更高、运行更稳定；一机多能，既可补谐波，又可兼补无功；模块化设计，便于生产调试；便利的并联设计，方便扩容；具有完善的桥臂过流、保护功能；使用方便，易于操作和维护。

3.2 ANAPF有源滤波器主要技术特点

4 案例分析

4.1 测量信息

测试对象：某铸造公司，其主要谐波源为中频炉

测试位置： 1#变压器和3#变压器进线柜

测试内容：上述位置谐波电流畸变率及变化趋势等

测试仪器：日置PW3198电能质量分析仪

负载运行情况：测量时负载开启，电容柜切除

测量示意图：  

图4-1 测量点及一次系统示意图

据了解现场采用纯容无功柜，由于电容对于谐波呈现低阻抗特性，在有谐波的系统中会有部分谐波灌入无功柜，导致电容过流过热，甚至在某次谐波频次下与系统发生谐振，放大谐波，加重危害，损坏无功柜，影响系统中其他用电负载的正常运行并且造成功率因数低而罚款，为此我司后期推荐用户对电容柜进行了串联电抗器的改造。

4.2 测量数据分析

此次针对3#变压器来进行治理前后数据对比                                                       

图4-2 治理前3#变次总柜总电流畸变率 

图4-3 治理前3#变次总进线柜A相各次谐波电流含量

从数据可以看出，该系统谐波主要以5、7、11、13次为主，另有小部分17、19次，为典型的六脉冲整流电路产生的谐波，也是目前工业环境中占比极大的谐波类型。谐波数据总结如下表

表4-1  3#变压器电能质量数据

4.3 方案与选型

两台变压器负载及工况基本相同，变压器下各有两台中频炉，产生没有得到治理，流入纯容无功柜内，使得无功柜发生损坏，甚至有放大谐波现象，且现场出线变压器、母排明显振动情况，该工况我司建议进行无功改造和谐波治理双管齐下，从根本上解决问题。

1）对无功补偿柜进行改造，采用串联电抗的无功补偿方案，由于系统中主要存在5次及以上次数谐波，推荐采用电抗率7%的电抗（一般针对3次谐波选用13%电抗率的电抗器，而5、7次谐波则选用7%电抗率的电抗器）并确保电容器额定电压等级在450V以上（480Vyou），可以抑制5次及以上谐波流入无功柜，并避免谐振现象，保护无功柜受到谐波危害。整体无功柜容量可按原容量设计。

2）在无功改造的基础上，我们根据测量数据，推荐采用我司ANAPF系列有源电力滤波器进行集中治理谐波，可实时根据负载电流变化检测出谐波含量，发出与之方向相反、幅值相同的补偿电流，与负载的谐波电流抵消，从而消除谐波，补偿效率高。

具体选型表如下：

表2 ANAPF有源电力滤波器选型表

注：

①1、3#变压器各安装一台并联型有源滤波器进行治理；

②谐波计算公式Ih=I*THDi；

③由于安装空间限制及现场实际补偿需求，所选容量略小于实际补偿需求；

④有源电力滤波器并联到配电网络中，装置的检修与日常维护只需从电网中切除，不影响现场其他设备的正常运营。

图4-4 设备安装位置示意图

4.4 治理后效果

设备安装到位并稳定运行以后，重新对补偿对象进行测量，所得数据如下：

图4-5 治理后3#变次总柜总电流畸变率               

 图4-6 治理后3#变次总进线柜A相各次谐波电流含量

经过项目改造前后实测的补偿支路的电能质量的分析，可以看出加装有源滤波器后各次谐波含量明显减少，总谐波畸变率也得到了控制，在允许范围内，谐波电流抑制效果非常明显。 

4 结束语

本文分析了铸造行业中的谐波源（中频炉等）、谐波特性以及危害，介绍了ANAPF低压有源滤波器的特点以及技术参数，并通过某铸造公司中有源滤波器的应用案例，对比分析了有源滤波器投入前后的谐波治理情况，由有源滤波器投入前后对比图分析对其进行谐波治理后改善了电能质量，总体提升了企业设备的使用稳定性、安全性及使用效率，在净化电网的同时，也给用户带来了切实的经济利益。