摘要：中頻熔煉爐原始功率因數高，諧波嚴重，采用無源濾波器治理相對困難，由于本案例治理效果突出，故將該項目方案設計過程及治理效果整理成文，與同行分享。某鑄造廠供電變壓器容量：800KVA,電壓等級10KV/0.4KV，變壓器短路阻抗為5.7%，主要負載為500kW中頻熔煉爐，中頻爐整流器采用三相全控橋式整流電路，在生產過程中主要產生6K±1次，即5、7、11、13等特征諧波，諧波嚴重超標。系統一次原理圖見圖1.1。在出具治理方案前，首先要了解負載工況和準確的電能質量相關參數，測試儀器為日置3197。鑒于不同廠家中頻爐參數差別較大，必須進行現場電能質量數據測試，測試儀器日置3197，以下為單相數據。數據見圖2.1-2.3。中頻爐壓配電受總側的電壓、電流、功率因數是測試重點。按照國家標準GB/T 14549-93《電能質量 公用電網諧波》規定，公用電網諧波電壓（相電壓）限值及測量值見圖3.1。各類諧波源注入系統的各次諧波電流及其在0.4kV母線引起的諧波電壓畸變率應小于表中所列出的限值。中頻爐配電室，由10kV線路供電，根據系統最小方式計算，10kV最小短路容量為19.6MVA，變壓器容量為800KVA，短路阻抗5.7%，則0.4kV側短路容量計算公式：為8.18MVA。根據國家標準GB/T 14549-93《電能質量 公用電網諧波》，接入公共連接點（PCC點）的用戶向該點注入的諧波電流不應該超過規定的允許值；允許值需根據PCC點的母線最小短路容量、供電設備容量、用戶用電協議容量計算。計算結果見圖3.2，因為只有13次以下諧波電流超標，只列出2-13次。1）將總電壓畸變率控制在5%以內,如果沒有背景諧波，通常諧波電流濾除效果越好，電壓畸變率控制的越好；2）將5,7,11,13次諧波電流，控制在國標限值內；3）月平均功率因數達到0.95以上，原始功率因數0.975，關鍵是不能無功倒送；很多鑄造企業規模很小，通常安裝濾波器是應供電局要求，為了控制投資成本不會考慮APF。設計思路：設置5,7次單調諧濾波器各1個，11次濾波器作為高通濾波器，分別吸收5次諧波140A,7次諧波70A,高通濾波器吸收11次及13次諧波40A，濾波器應能同時承受以上諧波電流和濾波器的基波電流，并維持長期使用壽命；裝置運行時，應遵循先投5次,再投7次，最后投11次的順序，切除與投入的過程剛好相反；若負荷幾乎沒有波動可以幾個回路一起投一起切。講究投切順序的原因是盡量別出現諧波放大，滿足功率因數和無功需量變化的要求。濾波器各支路容量的確定是個比較復雜的計算過程，涉及大量計算，這里就不再贅述，原則是基波補償容量盡量小，別導致過補無功倒送現象，而有更多的容量可以吸收諧波電流。仿真計算最便捷，裝置一次系統圖見圖4.1，仿真結果如圖4.2-4.3。濾波裝置投運后電壓電流波形、各次諧波電流有效值、總電壓畸變率、功率因數見圖4.4-4.61.諧波電流濾除效果非常好，已經達到國標限值要求；該案例是針對中頻熔煉爐設計的無源濾波器項目中，效果最好的一個，由于無源濾波器濾波效果受系統阻抗和背景諧波的影響比較大；實際項目中經常出現諧波電流濾除效果不佳、電壓畸變率達不到國標要求、諧波參數滿足要求但是有過補償的現象。
