有源濾波器在選煤廠供電系統諧波治理中的應用與選型
聲明：您必須遵守我們的協議，如果您下載了該資源行為將被視為對《電天下賬號管理規(guī)范》全部內容的認可，本網站資源來自原創(chuàng)，僅供用于學習和交流，請勿用于商業(yè)用途。如有侵權、不妥之處，請舉報本資源，我們將及時審核處理！
有源濾波器在選煤廠供電系統諧波治理中的應用與選型
針對選煤廠供電系統設計中諧波對電機等設備的影響，在研究了諧波危害以及諸多諧波治理方法的基礎上，采用有緣濾波器抑制供電系統中的諧波分量，從而進一步提高供電系統供電質量。應用效果顯示，使用有源濾波器后的系統運行穩(wěn)定，諧波分量抑制在可接受范圍內，大部分電流諧波被過濾掉，功率因數由0.92提高到0.97，能夠為以后類似的工程項目提供借鑒，改善礦井及選煤廠電網條件差的現狀。
文本預覽
有源濾波器在選煤廠供電系統諧波治理中的應用與選型
安科瑞電氣股份有限公司
王鑫杰17321398360
摘要:針對選煤廠供電系統設計中諧波對電機等設備的影響，在研究了諧波危害
以及諸多諧波治理方法的基礎上，采用有緣濾波器抑制供電系統中的諧波分量，
從而進一步提高供電系統供電質量。應用效果顯示，使用有源濾波器后的系統運
行穩(wěn)定，諧波分量抑制在可接受范圍內，大部分電流諧波被過濾掉，功率因數由
0.92提高到0.97，能夠為以后類似的工程項目提供借鑒，改善礦井及選煤廠電網
條件差的現狀。
關鍵詞:選煤廠;供電系統;有源濾波器;諧波治理;諧波分量抑制
0引言
現代化的選煤廠一般都采用PLC或DCS進行自動控制，洗選過程中，由流量、壓
力、密度等參數與變頻技術結合形成的閉環(huán)控制系統得到更多的應用。在自動化
程度提高的同時，由于變頻器等應用增多，非線性的設備接入電網，會將產生的
諧波電流反饋到電網中，進而通過電網阻抗產生諧波壓降，引起電網電壓的畸變，
供電系統的電能質量下降，不利于系統的安全運行。由于煤礦工業(yè)系統技術人員
對諧波重視程度不夠，沒有采取有效的諧波抑制措施，導致煤礦供電系統電網質
量較差，有諧波引起的機電事故屢屢出現。
1諧波產生原因分析
諧波的產生根據其在供電系統中處的位置不同，原因可大致分為3種情況:電源
處本身具有的諧波、電源傳輸時產生諧波及變頻器、電焊機等末端用電設備產生
的諧波。廠房中照明使用的氣體放電燈的電路本身含有電弧，電弧的負阻特性也
會產生諧波。
對選煤廠來說負載中諧波主要是由變頻器產生的，現代化的洗煤廠，洗選過程通
常采用“傳感器—控制器—變頻調節(jié)”的模式來進行密度、流量、壓力等工藝參
數的自動調節(jié)。許多設備都需要使用變頻器，變頻器本身需要對正弦波電流進行
“破壞重組”，即變頻的“整流—逆變”過程，在這個過程中會向電網反饋大量
的諧波電流。雖然目前對變頻器的制作有諧波量的限制，有時還要在變頻器的輸
入側增加電抗器，來降低諧波對電網的影響，但從目前來看，變頻器仍然是選煤
廠供電系統主要的諧波來源。
2諧波危害
諧波對選煤廠供電系統的危害有以下方面:
(1)對變壓器的危害諧波電流對變壓器的危害主要表現在會使變壓器產生附加損耗，變壓器運行時產
生溫度升高、噪聲增大。另諧波中含有的無功分量會占據部分變壓器容量，使得
變壓器的實際輸出容量變小。在諧波環(huán)境下運行，加速絕緣老化，變壓器的壽命
也會降低。
(2)對供電線路的危害
諧波電流中含有較大的無功分量，會增加線路的損耗，導致電纜過熱，降低其使
用壽命。
(3)對無功補償裝置的危害
諧波電流會對系統的無功補償裝置造成了不同程度的影響，流過補償裝置的電流
過大會導致無功補償裝置中的保險絲燒斷，甚至會由于電容過熱導致無功補償裝
置中的電容炸裂。
電力諧波除直接威脅無功補償裝置的安全外，其對其他電氣設備壽命和線損的影
響及對供配電系統安全運行的影響在很多方面是逐步積累的，其作用過程具有漸
進性、隱蔽性。另外諧波還會影響到電力系統中微機自動綜合保護裝置的工作，
對系統故障做出錯誤判斷，誤動作或者不動作，影響供電系統的安全運行。因此
為保證系統的安全性，應對系統的諧波進行治理。
3諧波治理方式
抑制諧波從原理上來說方法較多，例如:采用較高的電壓等級，電壓等級越高，
系統的短路容量越大，以某選煤廠為例，洗選系統采用重介洗煤工藝，對諧波的
承受能力也就越強;再有就是增加變頻器等變流設備的脈動數，理論上變流設備
反饋回電網的只有kP±1(k=1、2、3…，P 為脈動數)次的諧波，可見脈動數越多，
諧波的產生量越少。
在工程中抑制諧波的手段主要有2種:①無源濾波即在系統中增加濾波電路;②有
源濾波。無源濾波可根據系統的諧波含量設計濾波電路，可濾掉固定頻次的諧波，
主要由電感、電容和電阻等元器件按照一定的設計參數組合設計構成的濾波電路，
可濾除某一次或多次諧波，具有容量較大、結構簡單、經濟性好等優(yōu)點，但是受
本身原理的制約，其在生產以后就只能濾除某頻率范圍內的諧波。
有源電力濾波器是一種主動性的電流補償諧波治理濾波裝置，可通過互感器對系
統電流進行采樣，通過控制器分析中其中的諧波成分，然后控制晶閘管動作，產
生一個與諧波電流大小一樣、方向相反的電流反饋到電網中，抵消電網中的諧波。
有源電力濾波器可濾除系統中多次及高次諧波，治理效果好，但容量一般不大，
且經濟性不如無源濾波器。
4有源濾波器的應用
設有兩套重介洗選流程，自動化程度較高，重介淺槽入料泵、磁選尾礦泵、煤泥
泵、加壓過濾機入料泵、壓濾機入料泵等設備均需要變頻控制。根據設備分布，
其主要諧波源生產車間為主洗車間，該車間設有3 臺10/0.69kV變壓器，變壓器
容量為1600kVA，其中2 臺各自變壓器負擔一套重介系統的所有設備供電，另一臺則負責為2套重介系統配套的共用設備提供電源。其中1 臺變壓器下面帶有6
臺變頻器(所帶的電機容量*大為350kW)，設有1套480kVar 的電容補償裝置。
在工程調試過程中，由于350kW變頻電機啟動時，使選煤廠內一臺2.2kW 的小
電機燒毀，更換電機后又出現同樣的現象。根據現場的情況進行分析，初步判斷
是系統的諧波較大引起的，隨后對系統的諧波進行了檢測，系統的電壓、電流波
形如圖1、圖2、圖3 所示，系統A、B、C三相電壓、電流及諧波的數據見表1。
可見，系統電流波形已發(fā)生嚴重畸變，電流畸變率已超過30%，其中以5 次、7
次諧波為主。
圖1電壓波形
圖2電流波形圖3各次諧波分布
表1三相電壓及電流數據
由表1中基本數據可知，B 相諧波電流*大，把B相電流Irms=574.5A，B相基波
電流IH1=545.6A，B相電流畸變率THDIb=32.6%代入計算公式:
選擇1套YD-APF 有源濾波器進行諧波治理,YD-APF有源濾波器為模塊化設計，可
根據需補償的電流容量，自由的選擇模塊數量。根據式(1)的計算結果可知，系
統的諧波電流約177.9A,選擇有源濾波器容量為225A,含有3個75A濾波模塊有源
濾波器在低壓配電室內與低壓柜并排安裝，取樣互感器取自變壓器低壓出線側，
根據系統取樣數據,有源濾波器控制系統能自動計算出系統的諧波分量,并生成一個大小一樣、方向相反的補償電流補償至供電系統中，從而抵消供電系統中的諧
波分量,使系統恢復平滑的正弦波形態(tài)。有源濾波裝置具有以下功能:
(1)實時監(jiān)測。YD-APF全功能監(jiān)控系統實時監(jiān)測配電系統的電能質量，通過監(jiān)控
系統，可實時讀取電網側、負載側的THD,和THD.各相電流大小.補償前后效果波
形圖及有源電力濾波器發(fā)出的補償電流大小、波形等一系列電能質量數據,操作
簡單，讀取數據方便。
(2)系統設置。YD-APF全功能監(jiān)控系統可設置工作模式、日期、CT 變比及補償模
式等一系列功能。設置系統需要密碼才可以操作，保證機器獨立安全運行，所有
設置項會記憶并保存在系統中。
(3)后臺監(jiān)控。YD-APF有源濾波器RS485 和網口,通過數據線或網線可與計算機進
行通訊。在計算機終端安裝后臺監(jiān)控軟件，即可實現對有源濾波器的遠程操作和
控制,為了解有源濾波器的運行提供了很大的便利。
其工作原理如圖4所示
4有源濾波器工作原理
通過安裝在低壓母線上的電流互感器對母線電流進行采樣,通過YD-APF有源濾波
安科瑞電氣股份有限公司
王鑫杰17321398360
摘要:針對選煤廠供電系統設計中諧波對電機等設備的影響，在研究了諧波危害
以及諸多諧波治理方法的基礎上，采用有緣濾波器抑制供電系統中的諧波分量，
從而進一步提高供電系統供電質量。應用效果顯示，使用有源濾波器后的系統運
行穩(wěn)定，諧波分量抑制在可接受范圍內，大部分電流諧波被過濾掉，功率因數由
0.92提高到0.97，能夠為以后類似的工程項目提供借鑒，改善礦井及選煤廠電網
條件差的現狀。
關鍵詞:選煤廠;供電系統;有源濾波器;諧波治理;諧波分量抑制
0引言
現代化的選煤廠一般都采用PLC或DCS進行自動控制，洗選過程中，由流量、壓
力、密度等參數與變頻技術結合形成的閉環(huán)控制系統得到更多的應用。在自動化
程度提高的同時，由于變頻器等應用增多，非線性的設備接入電網，會將產生的
諧波電流反饋到電網中，進而通過電網阻抗產生諧波壓降，引起電網電壓的畸變，
供電系統的電能質量下降，不利于系統的安全運行。由于煤礦工業(yè)系統技術人員
對諧波重視程度不夠，沒有采取有效的諧波抑制措施，導致煤礦供電系統電網質
量較差，有諧波引起的機電事故屢屢出現。
1諧波產生原因分析
諧波的產生根據其在供電系統中處的位置不同，原因可大致分為3種情況:電源
處本身具有的諧波、電源傳輸時產生諧波及變頻器、電焊機等末端用電設備產生
的諧波。廠房中照明使用的氣體放電燈的電路本身含有電弧，電弧的負阻特性也
會產生諧波。
對選煤廠來說負載中諧波主要是由變頻器產生的，現代化的洗煤廠，洗選過程通
常采用“傳感器—控制器—變頻調節(jié)”的模式來進行密度、流量、壓力等工藝參
數的自動調節(jié)。許多設備都需要使用變頻器，變頻器本身需要對正弦波電流進行
“破壞重組”，即變頻的“整流—逆變”過程，在這個過程中會向電網反饋大量
的諧波電流。雖然目前對變頻器的制作有諧波量的限制，有時還要在變頻器的輸
入側增加電抗器，來降低諧波對電網的影響，但從目前來看，變頻器仍然是選煤
廠供電系統主要的諧波來源。
2諧波危害
諧波對選煤廠供電系統的危害有以下方面:
(1)對變壓器的危害諧波電流對變壓器的危害主要表現在會使變壓器產生附加損耗，變壓器運行時產
生溫度升高、噪聲增大。另諧波中含有的無功分量會占據部分變壓器容量，使得
變壓器的實際輸出容量變小。在諧波環(huán)境下運行，加速絕緣老化，變壓器的壽命
也會降低。
(2)對供電線路的危害
諧波電流中含有較大的無功分量，會增加線路的損耗，導致電纜過熱，降低其使
用壽命。
(3)對無功補償裝置的危害
諧波電流會對系統的無功補償裝置造成了不同程度的影響，流過補償裝置的電流
過大會導致無功補償裝置中的保險絲燒斷，甚至會由于電容過熱導致無功補償裝
置中的電容炸裂。
電力諧波除直接威脅無功補償裝置的安全外，其對其他電氣設備壽命和線損的影
響及對供配電系統安全運行的影響在很多方面是逐步積累的，其作用過程具有漸
進性、隱蔽性。另外諧波還會影響到電力系統中微機自動綜合保護裝置的工作，
對系統故障做出錯誤判斷，誤動作或者不動作，影響供電系統的安全運行。因此
為保證系統的安全性，應對系統的諧波進行治理。
3諧波治理方式
抑制諧波從原理上來說方法較多，例如:采用較高的電壓等級，電壓等級越高，
系統的短路容量越大，以某選煤廠為例，洗選系統采用重介洗煤工藝，對諧波的
承受能力也就越強;再有就是增加變頻器等變流設備的脈動數，理論上變流設備
反饋回電網的只有kP±1(k=1、2、3…，P 為脈動數)次的諧波，可見脈動數越多，
諧波的產生量越少。
在工程中抑制諧波的手段主要有2種:①無源濾波即在系統中增加濾波電路;②有
源濾波。無源濾波可根據系統的諧波含量設計濾波電路，可濾掉固定頻次的諧波，
主要由電感、電容和電阻等元器件按照一定的設計參數組合設計構成的濾波電路，
可濾除某一次或多次諧波，具有容量較大、結構簡單、經濟性好等優(yōu)點，但是受
本身原理的制約，其在生產以后就只能濾除某頻率范圍內的諧波。
有源電力濾波器是一種主動性的電流補償諧波治理濾波裝置，可通過互感器對系
統電流進行采樣，通過控制器分析中其中的諧波成分，然后控制晶閘管動作，產
生一個與諧波電流大小一樣、方向相反的電流反饋到電網中，抵消電網中的諧波。
有源電力濾波器可濾除系統中多次及高次諧波，治理效果好，但容量一般不大，
且經濟性不如無源濾波器。
4有源濾波器的應用
設有兩套重介洗選流程，自動化程度較高，重介淺槽入料泵、磁選尾礦泵、煤泥
泵、加壓過濾機入料泵、壓濾機入料泵等設備均需要變頻控制。根據設備分布，
其主要諧波源生產車間為主洗車間，該車間設有3 臺10/0.69kV變壓器，變壓器
容量為1600kVA，其中2 臺各自變壓器負擔一套重介系統的所有設備供電，另一臺則負責為2套重介系統配套的共用設備提供電源。其中1 臺變壓器下面帶有6
臺變頻器(所帶的電機容量*大為350kW)，設有1套480kVar 的電容補償裝置。
在工程調試過程中，由于350kW變頻電機啟動時，使選煤廠內一臺2.2kW 的小
電機燒毀，更換電機后又出現同樣的現象。根據現場的情況進行分析，初步判斷
是系統的諧波較大引起的，隨后對系統的諧波進行了檢測，系統的電壓、電流波
形如圖1、圖2、圖3 所示，系統A、B、C三相電壓、電流及諧波的數據見表1。
可見，系統電流波形已發(fā)生嚴重畸變，電流畸變率已超過30%，其中以5 次、7
次諧波為主。
圖1電壓波形
圖2電流波形圖3各次諧波分布
表1三相電壓及電流數據
由表1中基本數據可知，B 相諧波電流*大，把B相電流Irms=574.5A，B相基波
電流IH1=545.6A，B相電流畸變率THDIb=32.6%代入計算公式:
選擇1套YD-APF 有源濾波器進行諧波治理,YD-APF有源濾波器為模塊化設計，可
根據需補償的電流容量，自由的選擇模塊數量。根據式(1)的計算結果可知，系
統的諧波電流約177.9A,選擇有源濾波器容量為225A,含有3個75A濾波模塊有源
濾波器在低壓配電室內與低壓柜并排安裝，取樣互感器取自變壓器低壓出線側，
根據系統取樣數據,有源濾波器控制系統能自動計算出系統的諧波分量,并生成一個大小一樣、方向相反的補償電流補償至供電系統中，從而抵消供電系統中的諧
波分量,使系統恢復平滑的正弦波形態(tài)。有源濾波裝置具有以下功能:
(1)實時監(jiān)測。YD-APF全功能監(jiān)控系統實時監(jiān)測配電系統的電能質量，通過監(jiān)控
系統，可實時讀取電網側、負載側的THD,和THD.各相電流大小.補償前后效果波
形圖及有源電力濾波器發(fā)出的補償電流大小、波形等一系列電能質量數據,操作
簡單，讀取數據方便。
(2)系統設置。YD-APF全功能監(jiān)控系統可設置工作模式、日期、CT 變比及補償模
式等一系列功能。設置系統需要密碼才可以操作，保證機器獨立安全運行，所有
設置項會記憶并保存在系統中。
(3)后臺監(jiān)控。YD-APF有源濾波器RS485 和網口,通過數據線或網線可與計算機進
行通訊。在計算機終端安裝后臺監(jiān)控軟件，即可實現對有源濾波器的遠程操作和
控制,為了解有源濾波器的運行提供了很大的便利。
其工作原理如圖4所示
4有源濾波器工作原理
通過安裝在低壓母線上的電流互感器對母線電流進行采樣,通過YD-APF有源濾波
