CN1007570B - 双调式低能耗滤波装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种电力高次谐波滤波装置及方法，可用于消除高次谐波电流造成的电网电压波形畸变，提高供电质量和安全性。普通静态滤波装置是带附加电阻器的品质因数有级可调的单调谐滤波器，或无附加电阻器而品质因数不可调的单调谐滤波器。本装置及方法的特点是，滤波器是由品质因数及电感量无级连续可调的电抗器及低感电阻器等组成。调整幅度大、方便、低能耗，易于实现多台滤波装置并联运行。

Description

本发明是一种电力高次谐波滤波装置及方法。

可控硅供电轧机和炼钢电弧炉等非线性负荷电力系统中的主要谐波源之一。高次谐波电流的存在，造成电网电压波形畸变，使电力、电子设备使用寿命缩短，电气控制系统紊乱，高频磁场对通讯造成干扰，严重时影响安全生产。为此，国内外电力部门对用户的谐波指标均有严格的规定。

国外滤波装置现可分为两大类;第一类;带附加串联电阻器的品质因数不可调的单调谐滤波器。第二类;无附加电阻器的品质因数不可调的单调谐滤波器。

美国专利3555291是一组电容、电感、电阻串联的单调谐滤波支路及电感电阻并联后串有电容的高通滤波器，及阻抗元件复式联接构成的附加滤波器，共同组成的电力系统滤波装置，它是所述的第一类滤波器。

日本专利昭58-83580所述的电力滤波器则是兼有第一类，第二类滤波器特点的系统装置。

第一类滤波器的缺点是：基波损耗大，如武钢07工程采用此类装置，3次和5次滤波器的损耗太大，致使电阻器发热严重，多台同次单调谐滤波器难于并联运行，造成供电方式单一，不利于经济运行;品质因数是有级调节，无法实现最佳调节。

第二类滤波器的缺点：要求谐波参数正确，制造精度高;实现多台同次滤波器并联运行更难。

此外，从国外引进的滤波装置中的电阻器（包括高通滤波器中的并联电阻器）采用的是复杂网状结构，价格昂贵，使用性能也不够理想。

国内滤波器现处于研究仿制第一类滤波器阶段。

本发明的目的在于研制一种电感量，品质因数连续可调，低能耗，能有效抑制各种非线性负荷产生的高次谐波以解决上述二类单调谐滤波器的弊病。提高功率因数，适用于额定电压为6kv～35kv，额定安装容量40000    KVAR以下的滤波装 置及方法。

本发明的特征是：滤波装置中调谐电抗器的电感量和品质因数均连续可调（称双调式），因而取消串联附加电阻器，上述特点使滤波装置具有低损耗和最佳调节优点。

滤波装置的电抗器，是由顶部的短路环D₁，上部线圈L₁，下部线圈L₂，底座D₂支撑及调整螺母螺杆，绝缘块等所组成。由旋动支撑及调整螺杆上的螺母可使短路环D₁作上下移动以实现品质因数的连续可调，连续调节范围0～13%，同理可使两线圈绕组L₁，L₂之间的距离作上下移动，以实现电感的无级连续可调，连续调节范围±5%。

高通滤波器中的低感电阻器采用铁铬合金，电感量小，19次谐波以下功率因数高于0.99，精度高在3%以内，是一种电感低，功率因数高，电阻精度高，开启式箱形电阻器，其端部采用非磁性金属板，其底座采用四个耐压在42KV以上的绝缘子，使用环境温度45℃。波形电阻片的结构布置应使电流在平面上作往复方向流动以使电磁感应达到最低，电阻片用螺杆螺母绝缘云母片及端部瓷瓶组装固定在端板上，竖向采用多层结构，每层电阻片间按散热条件及动稳定性能的要求确定，低感电阻器上下两层设若干抽头以根据使用要求方便进行阻值调节。

在6～35KV供电系统下，各滤波支路设有开关继电保护装置。11次及上谐波滤波采用HP11高通滤波器，由低感电阻器与调谐电抗器并联再与滤波电容器串联而成。3（H3），5（H5），7（H7）等各次低通滤波器由电容器品质因数及电感连续可调的调谐电抗器串联构成，形成单调谐滤波器。

上述特点使滤波装置具有低损耗优点。双调式低能耗滤波装置具有以下优点：

易实现品质因数最佳调节;

易实现多台同次单调谐滤波器并联运行，利于经济运行。

因双调式调谐电抗器基波损耗很低，采用本专利技术后可提高品质因数，使滤波装置的基波损耗大幅度降低;

因取消单调整谐滤波器中的串联附加电阻器，可减少故障率和 运行维护工作量，提高装置的运行可靠性，并可减少占地面积，节约投资。

采用低电感电阻器，结构简单，电感量小，散热条件好，价格便宜。

上述双调式低能耗滤波装置已在马鞍山钢铁公司51号变电所内实际运行。该装置对850初轧2300中板和六机架钢坯连轧三套主传动电机的可控硅供电装置产生的高次谐波进行滤波并改善功率因数，可控硅供电的直流电机总容量为18500KW，滤波装置安装容量为12000KVAR共设计成H₃、H₅，H₇、HP₁₁四组滤波器，85年10月投入运行以来，情况良好，滤波效果显著，完全达到设计要求和电力部门的有关规定，马钢获得较好的经济收益。

110KV母线综合电压畸变系数由1.59%降到1.09%;

10KV母线综合电压畸变系数由7.78%降到1.69%

功率因数由0.6改善到0.99;

连接在轧机供电母线上的供电变压器和其它电气设备的电磁噪声明显减小，

马钢每年可得综合经济效益近百万元，基建投资一年即可回收。

附图说明：

图1：电抗器

D1：短路环;

Z：支撑黄铜螺杆;

J：金属板

L1：上部线圈;

L2：下部线圈;

D2：底座;

图2：电抗器A-A剖面

1：铜螺母    2：铜垫

3：绝缘套    4：绝缘块

图3：电阻器

5：铝板支架;6：电阻器

7：紧固螺杆;8：绝缘支柱

9：接线夹板

图4：电阻器B向图

图5：电阻器C向图

图6：电阻器Ⅰ-Ⅰ陪面

10：丝杆;11：螺母;

12：弹簧垫;13：垫片;

14：绝缘套;15：绝缘纸板;

16：绝缘子;17：金属隔片;

18：电阻片;19：金属隔块;

20：云母绝缘垫;21绝缘套管;

图7：马钢51号变电所滤波装置电气主接线简图

G：隔离开关;DL：断路器;

C：电容器;Rp：并联低感电阻器;

L：电感及品质因数连续无级可调的电抗器;

X_L：电抗器感抗;

R_L：电抗器电阻;

H₃H₅H₇：分别为3、5、7次单调谐滤波器;

HP₁₁：11次及以上各次谐波高通滤波器

Claims (5)

1、电力高次谐波滤波装置包括有电阻器，调谐电抗器，滤波电容器及相应的开关，继电保护装置等，主要是由一组谐振频率不同的单调谐支路滤波器及11次以上谐波滤波的高通滤波器所组成，其特征是：滤波装置中调谐电抗器是品质因数及电感无级连续可调的装置；每一单调谐支路滤波器是品质因数及电感无级连续可调的调谐电抗器及滤波电容器串联组成；11次以上谐波滤波采用的每一个高通滤波器是由低感电阻器；电感无级连续可调的调谐电抗器并联后再与滤波电容器串联而成。

2、根据权利要求1所述的调谐电抗器，其特征是：顶部是一短路环D1，由焊接于D1上的金属板丁与调整螺杆乙螺母紧固联结，可作品质因数的无级连续调节，绕组分为上部线圈L1，下部线圈L2两部份，以螺杆，螺母，绝缘块固定支撑于底座D2上，旋动支撑螺杆的螺母，可使L1，L2之间距离产生变化，用作电感的无级连续调节。

3、根据权利要求1所述的低感电阻器，其特征是：一种铁铬合金波形片状电阻片串联，多层，开放式箱形结构的电阻器，由四耐压42KV以上绝缘子的底座支撑，非磁性金属的端板组装固定而成，上下两层有若干抽头作阻值调节、波形电阻片的连接应使电流在平面上作往复方向流动以使电磁感应达到最低。

4、一种电力高次谐波滤波方法，由若干单调谐滤波支路及高通滤波支路组成，其特征是：滤波支路采用品质因数及电感连续可调的单调谐低通滤波器3（H3），5（H5），7（H7）各次谐波滤波，有低感电阻器与电感连续可调的调谐电抗器并联的高通滤波器作11次以上谐波滤波，共同组成电力高次谐波的滤波，易于实现最佳调节。

5、根据权利要求4的滤波方法，其特征是：依靠调整一组支撑螺杆的螺母，使短路环D1与上部线圈L1，下部线圈L2之间的相互位置变化，可以调节调谐电抗器的品质因数，实现最佳调节，其连续调节范围在0-13%。

同理，调整另一组支撑螺杆的螺母，使L1，L2的相互距离位置变化，可以调节调谐电抗器的电感，实现某次或某次以上谐波调谐，其连续调节范围在±5%。

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