滤波补偿装置在工业企业中的应用

王寅生

滤波补偿装置在工业企业中的应用

王寅生

（中石化洛阳工程有限公司，河南洛阳 471003）

随着电力电子技术的发展壮大，各类电力电子设备，如变频器、变压器等在工业企业中的应用越来越广泛，大幅度提高了企业的生产效率，但是在提高工业企业自动化水平和效益的同时，由于设备使用传统相控整流技术大容量非线性负荷，设备在运行过程中所产生的高谐波和低功率，严重危害了电力系统的安全和电网的供电质量。介绍了滤波装置在工业企业中的应用，提出了解决方案。

滤波装置；工业企业；电力系统；无功补偿

对于工业企业来说，滤波装置是一种关键的射频器件。在工业生产中，去除镜频干扰、衰减噪声、频分复用，无不需要滤波装置来实现。随着当前工业企业对于滤波装置在生产中应用技术重视度的日益提高，在技术不断更新的基础上各种结构和性能的滤波装置应运而生。

1　滤波装置的选择与应用

滤波装置是一种可以对电源线中特定频率的频率点或该频率点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或者消除一个特定频率后的电源信号。滤波装置中的电容器容量是依据基波频率以及系统所需补偿的功率而设计的，对于谐波频率会形成非常低的阻抗，让大部分的谐波电流流入滤波装置，达到滤波的最好效果。滤波装置分为有源滤波器和无源滤波器。

1.1有源滤波器

有源滤波器是由一组开关器件和无源储能元件（如电感和电容）组成，其系统主要由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两大部分组成。有源滤波器的频率范围是由直流到500kHz，在低频范围内已经取代了LC滤波器，有源滤波器设计要比其它滤波器设计的更加灵活，负载效应也不明显，它的输入阻抗高，输出阻抗极低，所以具有良好的隔离性能，而且有源滤波器的频率精度能够很容易达到0.5%。但应当注意的是，有源滤波器在输入小信号时会受到运放带宽有限的限制，在输入大信号时会受到运放压摆率的限制，这些限制就决定了有源滤波器并不适用于高频范围。有源滤波器按照通带性能可分为：带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）、低通滤波器（LPF）和高通滤波器（HPF）4种。

1.2无源滤波器

无源滤波器是仅由无源元件（R、L和C）组成的滤波器，它是利用电容和电感元件的电抗随频率变化而变化的原理构成的。无源滤波器的原理是用电抗器和电容器相互配合，形成针对某次谐波的低阻抗通道，让谐波流入并造成短路，抑制谐波及高频干扰。无源滤波器具有技术相对成熟、运行可靠性高、成本低、容量大等优点。但是，无源滤波器在低频域并不适合使用。在频率高于100kHz时。无源滤波器要比有源滤波器的性能好，在频率高于10MHz时，无源滤波器则更显得优越。在实际应用中，应该根据实际需要来选择滤波器的类型。

1.3滤波装置的应用及作用

滤波器是一种根据不同分类或不同信号有处理作用的器件或电路。简单的说就是对波进行过滤的器件。滤波器的基础是谐振电路，只要能构成谐振电路组合就可以实现滤波器，实现滤波器就是实现谐振系统。从理论上讲，滤波器是属于无耗组件。现在滤波装置中应用有LC滤波器、声表面波滤波器、陶瓷滤波器、螺旋振子等滤波器。

1.3.1LC滤波器

LC滤波器由电感器和电容器组成，分为低通、高通、带通和带阻滤波器。LC滤波器应用广泛，工作频率约从几百Hz至几十Mz，且成本低。缺点是电感线圈的体积大，工作频率不高，品质因数低，不便于小型化和集成化，温度特性差。

1.3.2声表面波滤波器

声表面波就是在压电晶体基片（如石英晶体、妮酸锉晶体等）表面产生和传播的声波，这种声波比电磁波速度小105倍。声表面波滤波器主要由起到能量转换作用的叉能换能器和传声基片组成，设计灵活，可实现多种复杂功能，可选用频率范围广，声波是质点振动，不涉及到电子迁移过程，在传输过程中不受电磁波的影响，所以器件的可靠性高，抗增幅性能好。

1.3.3陶瓷滤波器

高选择性的陶瓷滤波器通常采用多个压电陶瓷片按梯形结构连接而成，陶瓷滤波器的特点是体积小、矩形系数好，但温度稳定性差，比不上晶体滤波器，但相比LC滤波器要更好，频率温度系数可达5 105。特别是由于陶瓷滤波器成本较低，已经被众多工业企业所应用。

2　滤波装置在工业企业中的应用

2.1滤波装置在工业电力系统的作用

滤波装置的主要作用是去掉脉动电压中的谐波成分，使之成为平滑特定频率的电压。让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能的反射。简单的来说，就是滤掉谐波，使其成为正弦波形。随着科学技术的发展，滤波装置的应用范围也越来越广泛，其主要作用于电子设备以及控制系统上，在技术不断进步的时代，大多数的工业企业已经开始采用滤波装置。

2.2滤波补偿装置的运用

低压滤波补偿装置自动控制采用先投后切、后投先切的投切方式，实时监测系统的电压、电流、功率因数、补偿状态等参数，有效滤除负荷谐波，分流70%至90%左右的特征次

谐波电流，滤波投资成本低，技术成熟，性能稳定，适用于大部分滤波补偿；滤波补偿装置的安装主要体现在滤波装置的位置和接地的措施。位置要求靠近输入和输出端，为了避免输入输出端线缆上的高频干扰影响到其它电路，输入线输出线不得并行走线，不得靠近走线，以免相互串扰；接地要求面接地而不是线接地，必须保证整个面与地接触良好，接地线缆不宜用拧接方式，要选用焊接方式，如此才可使滤波装置的应用达到理想效果。

2.3滤波装置对电力工业企业的影响

电力工业是我国国民经济的基础，电力建设和电力输送是国家能源战略的重要组成部分。随着电力电子技术的发展，以及各种电力电子装置在电力系统中的大量使用，造成了电力系统波形严重畸变即形成了所谓的谐波，特别是近20年来随着功率电子器件、微电子技术的飞速发展和各个工业企业对于高频电源的大量运用，使得电压波动与闪变，电压、频率、谐波三相不平衡，对电网造成“污染”，影响了输电效率和电能质量，如果任由其发展下去，将会造成输变电设备或装置坏损，成为安全生产的隐患。要解决这个问题，就要安装滤波补偿装置，就近吸收谐波电流。

2.4滤波补偿装置在工业企业中的发展意义

在工业企业中使用的各类电力电子设备，虽然会提高企业的生产效益，但是在电子设备工作的同时会产生大量的谐波电流，谐波电流的危害主要表现在：一是，如果企业电网中装有补偿电容器，谐波容易使电网与补偿电容器之间发生并联谐振或是串联谐振，使谐波电流放大几倍甚至数十倍，造成电抗器、电阻器的损坏。同时会引起企业中一些敏感的自动化设备的有误动作，也会导致电气测量仪表计量的不准确。二是，在电网阻抗上产生压降，使电压波形变成非正弦，使企业电网中的设备产生附加谐波损耗，降低电网、输电及用电设备的使用效率，增加电网线损，同时会产生额外的热效应从而引起用电设备发热，使绝缘老化，降低设备的使用寿命。三是，谐波会对附近系统的信号传输产生干扰，轻者引入噪声，重者导致信号丢失，使系统无法正常工作。以上危害虽然在一些工业企业中，表现得不是很明显，但是谐波危害的隐患依然存在，特别是一些工业自动化程度较高的企业，如果谐波含量超标，将会对系统的稳定运行造成极大的威胁，一旦表现出来，必然会对企业造成巨大的损失。所以对于生产自动化程度先进的企业来说，采用滤波器是一种提高电能质量并确保安全生产用电的先进手段。

3　结束语

总而言之，在工业企业中使用的非常多的大型用电机械设备以及精密的控制设备，比如：变频器速调装置、可控硅整流器励磁控制装置以及DCS控制系统、PLC系统、大型监控计算机系统等，这些非线性电力装置设备的广泛应用会导致输变电电网系统电能波形畸变，导致谐波电压电流，威胁到电力系统安全，而滤波装置的应用，改善了供电质量，减少了能源损耗。所以，从未来工业企业发展前景来看，滤波装置必将会得到越来越广泛的应用。

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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.

filtering means；industrial enterprises；power system；reactive power compensation

TM761.12

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1003-6490（2016）06-0125-02