王寅生

濾波補(bǔ)償裝置在工業(yè)企業(yè)中的應(yīng)用

王寅生

（中石化洛陽工程有限公司，河南洛陽 471003）

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展壯大，各類電力電子設(shè)備，如變頻器、變壓器等在工業(yè)企業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，大幅度提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，但是在提高工業(yè)企業(yè)自動化水平和效益的同時，由于設(shè)備使用傳統(tǒng)相控整流技術(shù)大容量非線性負(fù)荷，設(shè)備在運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的高諧波和低功率，嚴(yán)重危害了電力系統(tǒng)的安全和電網(wǎng)的供電質(zhì)量。介紹了濾波裝置在工業(yè)企業(yè)中的應(yīng)用，提出了解決方案。

濾波裝置；工業(yè)企業(yè)；電力系統(tǒng)；無功補(bǔ)償

對于工業(yè)企業(yè)來說，濾波裝置是一種關(guān)鍵的射頻器件。在工業(yè)生產(chǎn)中，去除鏡頻干擾、衰減噪聲、頻分復(fù)用，無不需要濾波裝置來實(shí)現(xiàn)。隨著當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對于濾波裝置在生產(chǎn)中應(yīng)用技術(shù)重視度的日益提高，在技術(shù)不斷更新的基礎(chǔ)上各種結(jié)構(gòu)和性能的濾波裝置應(yīng)運(yùn)而生。

1　濾波裝置的選擇與應(yīng)用

濾波裝置是一種可以對電源線中特定頻率的頻率點(diǎn)或該頻率點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除，得到一個特定頻率的電源信號，或者消除一個特定頻率后的電源信號。濾波裝置中的電容器容量是依據(jù)基波頻率以及系統(tǒng)所需補(bǔ)償?shù)墓β识O(shè)計的，對于諧波頻率會形成非常低的阻抗，讓大部分的諧波電流流入濾波裝置，達(dá)到濾波的最好效果。濾波裝置分為有源濾波器和無源濾波器。

1.1有源濾波器

有源濾波器是由一組開關(guān)器件和無源儲能元件（如電感和電容）組成，其系統(tǒng)主要由指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路兩大部分組成。有源濾波器的頻率范圍是由直流到500kHz，在低頻范圍內(nèi)已經(jīng)取代了LC濾波器，有源濾波器設(shè)計要比其它濾波器設(shè)計的更加靈活，負(fù)載效應(yīng)也不明顯，它的輸入阻抗高，輸出阻抗極低，所以具有良好的隔離性能，而且有源濾波器的頻率精度能夠很容易達(dá)到0.5%。但應(yīng)當(dāng)注意的是，有源濾波器在輸入小信號時會受到運(yùn)放帶寬有限的限制，在輸入大信號時會受到運(yùn)放壓擺率的限制，這些限制就決定了有源濾波器并不適用于高頻范圍。有源濾波器按照通帶性能可分為：帶通濾波器（BPF）、帶阻濾波器（BEF）、低通濾波器（LPF）和高通濾波器（HPF）4種。

1.2無源濾波器

無源濾波器是僅由無源元件（R、L和C）組成的濾波器，它是利用電容和電感元件的電抗隨頻率變化而變化的原理構(gòu)成的。無源濾波器的原理是用電抗器和電容器相互配合，形成針對某次諧波的低阻抗通道，讓諧波流入并造成短路，抑制諧波及高頻干擾。無源濾波器具有技術(shù)相對成熟、運(yùn)行可靠性高、成本低、容量大等優(yōu)點(diǎn)。但是，無源濾波器在低頻域并不適合使用。在頻率高于100kHz時。無源濾波器要比有源濾波器的性能好，在頻率高于10MHz時，無源濾波器則更顯得優(yōu)越。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需要來選擇濾波器的類型。

1.3濾波裝置的應(yīng)用及作用

濾波器是一種根據(jù)不同分類或不同信號有處理作用的器件或電路。簡單的說就是對波進(jìn)行過濾的器件。濾波器的基礎(chǔ)是諧振電路，只要能構(gòu)成諧振電路組合就可以實(shí)現(xiàn)濾波器，實(shí)現(xiàn)濾波器就是實(shí)現(xiàn)諧振系統(tǒng)。從理論上講，濾波器是屬于無耗組件?，F(xiàn)在濾波裝置中應(yīng)用有LC濾波器、聲表面波濾波器、陶瓷濾波器、螺旋振子等濾波器。

1.3.1LC濾波器

LC濾波器由電感器和電容器組成，分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器。LC濾波器應(yīng)用廣泛，工作頻率約從幾百Hz至幾十Mz，且成本低。缺點(diǎn)是電感線圈的體積大，工作頻率不高，品質(zhì)因數(shù)低，不便于小型化和集成化，溫度特性差。

1.3.2聲表面波濾波器

聲表面波就是在壓電晶體基片（如石英晶體、妮酸銼晶體等）表面產(chǎn)生和傳播的聲波，這種聲波比電磁波速度小105倍。聲表面波濾波器主要由起到能量轉(zhuǎn)換作用的叉能換能器和傳聲基片組成，設(shè)計靈活，可實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜功能，可選用頻率范圍廣，聲波是質(zhì)點(diǎn)振動，不涉及到電子遷移過程，在傳輸過程中不受電磁波的影響，所以器件的可靠性高，抗增幅性能好。

1.3.3陶瓷濾波器

高選擇性的陶瓷濾波器通常采用多個壓電陶瓷片按梯形結(jié)構(gòu)連接而成，陶瓷濾波器的特點(diǎn)是體積小、矩形系數(shù)好，但溫度穩(wěn)定性差，比不上晶體濾波器，但相比LC濾波器要更好，頻率溫度系數(shù)可達(dá)5 105。特別是由于陶瓷濾波器成本較低，已經(jīng)被眾多工業(yè)企業(yè)所應(yīng)用。

2　濾波裝置在工業(yè)企業(yè)中的應(yīng)用

2.1濾波裝置在工業(yè)電力系統(tǒng)的作用

濾波裝置的主要作用是去掉脈動電壓中的諧波成分，使之成為平滑特定頻率的電壓。讓有用信號盡可能無衰減的通過，對無用信號盡可能的反射。簡單的來說，就是濾掉諧波，使其成為正弦波形。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，濾波裝置的應(yīng)用范圍也越來越廣泛，其主要作用于電子設(shè)備以及控制系統(tǒng)上，在技術(shù)不斷進(jìn)步的時代，大多數(shù)的工業(yè)企業(yè)已經(jīng)開始采用濾波裝置。

2.2濾波補(bǔ)償裝置的運(yùn)用

低壓濾波補(bǔ)償裝置自動控制采用先投后切、后投先切的投切方式，實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的電壓、電流、功率因數(shù)、補(bǔ)償狀態(tài)等參數(shù)，有效濾除負(fù)荷諧波，分流70%至90%左右的特征次

諧波電流，濾波投資成本低，技術(shù)成熟，性能穩(wěn)定，適用于大部分濾波補(bǔ)償；濾波補(bǔ)償裝置的安裝主要體現(xiàn)在濾波裝置的位置和接地的措施。位置要求靠近輸入和輸出端，為了避免輸入輸出端線纜上的高頻干擾影響到其它電路，輸入線輸出線不得并行走線，不得靠近走線，以免相互串?dāng)_；接地要求面接地而不是線接地，必須保證整個面與地接觸良好，接地線纜不宜用擰接方式，要選用焊接方式，如此才可使濾波裝置的應(yīng)用達(dá)到理想效果。

2.3濾波裝置對電力工業(yè)企業(yè)的影響

電力工業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，電力建設(shè)和電力輸送是國家能源戰(zhàn)略的重要組成部分。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，以及各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的大量使用，造成了電力系統(tǒng)波形嚴(yán)重畸變即形成了所謂的諧波，特別是近20年來隨著功率電子器件、微電子技術(shù)的飛速發(fā)展和各個工業(yè)企業(yè)對于高頻電源的大量運(yùn)用，使得電壓波動與閃變，電壓、頻率、諧波三相不平衡，對電網(wǎng)造成“污染”，影響了輸電效率和電能質(zhì)量，如果任由其發(fā)展下去，將會造成輸變電設(shè)備或裝置壞損，成為安全生產(chǎn)的隱患。要解決這個問題，就要安裝濾波補(bǔ)償裝置，就近吸收諧波電流。

2.4濾波補(bǔ)償裝置在工業(yè)企業(yè)中的發(fā)展意義

在工業(yè)企業(yè)中使用的各類電力電子設(shè)備，雖然會提高企業(yè)的生產(chǎn)效益，但是在電子設(shè)備工作的同時會產(chǎn)生大量的諧波電流，諧波電流的危害主要表現(xiàn)在：一是，如果企業(yè)電網(wǎng)中裝有補(bǔ)償電容器，諧波容易使電網(wǎng)與補(bǔ)償電容器之間發(fā)生并聯(lián)諧振或是串聯(lián)諧振，使諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍，造成電抗器、電阻器的損壞。同時會引起企業(yè)中一些敏感的自動化設(shè)備的有誤動作，也會導(dǎo)致電氣測量儀表計量的不準(zhǔn)確。二是，在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生壓降，使電壓波形變成非正弦，使企業(yè)電網(wǎng)中的設(shè)備產(chǎn)生附加諧波損耗，降低電網(wǎng)、輸電及用電設(shè)備的使用效率，增加電網(wǎng)線損，同時會產(chǎn)生額外的熱效應(yīng)從而引起用電設(shè)備發(fā)熱，使絕緣老化，降低設(shè)備的使用壽命。三是，諧波會對附近系統(tǒng)的信號傳輸產(chǎn)生干擾，輕者引入噪聲，重者導(dǎo)致信號丟失，使系統(tǒng)無法正常工作。以上危害雖然在一些工業(yè)企業(yè)中，表現(xiàn)得不是很明顯，但是諧波危害的隱患依然存在，特別是一些工業(yè)自動化程度較高的企業(yè)，如果諧波含量超標(biāo)，將會對系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成極大的威脅，一旦表現(xiàn)出來，必然會對企業(yè)造成巨大的損失。所以對于生產(chǎn)自動化程度先進(jìn)的企業(yè)來說，采用濾波器是一種提高電能質(zhì)量并確保安全生產(chǎn)用電的先進(jìn)手段。

3　結(jié)束語

總而言之，在工業(yè)企業(yè)中使用的非常多的大型用電機(jī)械設(shè)備以及精密的控制設(shè)備，比如：變頻器速調(diào)裝置、可控硅整流器勵磁控制裝置以及DCS控制系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)、大型監(jiān)控計算機(jī)系統(tǒng)等，這些非線性電力裝置設(shè)備的廣泛應(yīng)用會導(dǎo)致輸變電電網(wǎng)系統(tǒng)電能波形畸變，導(dǎo)致諧波電壓電流，威脅到電力系統(tǒng)安全，而濾波裝置的應(yīng)用，改善了供電質(zhì)量，減少了能源損耗。所以，從未來工業(yè)企業(yè)發(fā)展前景來看，濾波裝置必將會得到越來越廣泛的應(yīng)用。

［1］ 何利平，于良中.無功補(bǔ)償兼濾波裝置在鑄造企業(yè)中的應(yīng)用［J］.鑄造，2008，57（12）：1301-1303.

［2］ 夏廷君.有源電力濾波裝置中LC濾波器改進(jìn)設(shè)計的研究［D］.哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2010.

［3］ 尹萌.高能耗大用戶生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能診斷及方案研究［D］.長沙：湖南大學(xué)，2013.

Application Filter Compensation Device in Industrial Enterprises

Wang Yin-sheng

With the development of power electronics technology expansion，various types of power electronic devices，such as the application inverter，transformers and other industrial enterprises increasingly widespread，greatly improving production efficiency，but increase the level of automation of industrial enterprises and benefits at the same time，a variety of conventional phase-controlled rectifier technology large-capacity nonlinear loads generated during operation of the operating state of high harmonics and low power factor，serious harm to the safety and quality of power supply grid power system.Describes the use of filtering devices in industrial enterprises，gives a solution.

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TM761.12

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1003-6490（2016）06-0125-02