摘要：中频熔炼炉原始功率因数高，谐波严重，采用无源滤波器治理相对困难，由于本案例治理效果突出，故将该项目方案设计过程及治理效果整理成文，与同行分享。某铸造厂供电变压器容量：800KVA,电压等级10KV/0.4KV，变压器短路阻抗为5.7%，主要负载为500kW中频熔炼炉，中频炉整流器采用三相全控桥式整流电路，在生产过程中主要产生6K±1次，即5、7、11、13等特征谐波，谐波严重超标。系统一次原理图见图1.1。在出具治理方案前，首先要了解负载工况和准确的电能质量相关参数，测试仪器为日置3197。鉴于不同厂家中频炉参数差别较大，必须进行现场电能质量数据测试，测试仪器日置3197，以下为单相数据。数据见图2.1-2.3。中频炉压配电受总侧的电压、电流、功率因数是测试重点。按照国家标准GB/T 14549-93《电能质量 公用电网谐波》规定，公用电网谐波电压（相电压）限值及测量值见图3.1。各类谐波源注入系统的各次谐波电流及其在0.4kV母线引起的谐波电压畸变率应小于表中所列出的限值。中频炉配电室，由10kV线路供电，根据系统最小方式计算，10kV最小短路容量为19.6MVA，变压器容量为800KVA，短路阻抗5.7%，则0.4kV侧短路容量计算公式：为8.18MVA。根据国家标准GB/T 14549-93《电能质量 公用电网谐波》，接入公共连接点（PCC点）的用户向该点注入的谐波电流不应该超过规定的允许值；允许值需根据PCC点的母线最小短路容量、供电设备容量、用户用电协议容量计算。计算结果见图3.2，因为只有13次以下谐波电流超标，只列出2-13次。1）将总电压畸变率控制在5%以内,如果没有背景谐波，通常谐波电流滤除效果越好，电压畸变率控制的越好；2）将5,7,11,13次谐波电流，控制在国标限值内；3）月平均功率因数达到0.95以上，原始功率因数0.975，关键是不能无功倒送；很多铸造企业规模很小，通常安装滤波器是应供电局要求，为了控制投资成本不会考虑APF。设计思路：设置5,7次单调谐滤波器各1个，11次滤波器作为高通滤波器，分别吸收5次谐波140A,7次谐波70A,高通滤波器吸收11次及13次谐波40A，滤波器应能同时承受以上谐波电流和滤波器的基波电流，并维持长期使用寿命；装置运行时，应遵循先投5次,再投7次，最后投11次的顺序，切除与投入的过程刚好相反；若负荷几乎没有波动可以几个回路一起投一起切。讲究投切顺序的原因是尽量别出现谐波放大，满足功率因数和无功需量变化的要求。滤波器各支路容量的确定是个比较复杂的计算过程，涉及大量计算，这里就不再赘述，原则是基波补偿容量尽量小，别导致过补无功倒送现象，而有更多的容量可以吸收谐波电流。仿真计算最便捷，装置一次系统图见图4.1，仿真结果如图4.2-4.3。滤波装置投运后电压电流波形、各次谐波电流有效值、总电压畸变率、功率因数见图4.4-4.61.谐波电流滤除效果非常好，已经达到国标限值要求；该案例是针对中频熔炼炉设计的无源滤波器项目中，效果最好的一个，由于无源滤波器滤波效果受系统阻抗和背景谐波的影响比较大；实际项目中经常出现谐波电流滤除效果不佳、电压畸变率达不到国标要求、谐波参数满足要求但是有过补偿的现象。
