PSW型有源滤波器在选煤厂实践应用分析

田惠川

（西山煤电集团电力公司，山西太原，030053）

摘要：本文通过PSW型有源滤波器在选煤厂供电系统中的应用前后的比对分析，采取PSW型有源滤波器

对选煤厂配电系统谐波的治理，有效的减少了系统内各次谐波含量，改善了电能质量上优势性能。

关键词：变频；谐波；有源滤波器；比对分析中图分类号TN713+.8

DOI：10.19413/j.cnki.14-1117.2017.02.012

文献标识码B

文章编号：1000-4866（2017）02-0043-04

电气化、自动化是当前现代化选煤厂发展趋势，因此在选煤厂洗选过程中采用了很多变频启动的大功率电机类设备，同时为了补偿电机设备工作时产生的感性无功功率，通常都会就地配置无功补偿电容器。变频器的使用会产生谐波干扰，由于谐波的存在导致现场无功补偿的电容器出现鼓包发热情况，谐波还造成洗选的电机设备温度长期较高，致使电机绝缘下降，甚至谐波还导致大功率电机在变频启动过程中保护误动作跳闸失电情况，严重影响的选煤厂的正常生产，因此采取有效的措施来治理消除变频器产生的谐波就显得尤为重要。

采用电能质量测试仪对各个配电点的谐波情况进行了测量，根据现场实测取得的数据代入负载谐波电流计算公式Ih=I×THD（其中:I为负载实测电流

I×THD2值，THD是总谐波畸变率），计算结果见表1。

表1谐波未治理前各配电点谐波情况统计表

配电

变压器编号12345612345611

测试时最大电流/A1053106210581221100081010599469391100800900432377

位置

总谐波畸变率%18.61819.51418.52218.626.3201921226350

谐波电流1961912061711851781972481882091781981971

一期电气楼

1应用前配电系统状态分析1.1原来配电系统谐波治理方式

选煤厂有一期电气楼、二期电气楼、一期浓缩池、二期浓缩池共计14个配电所，在各配电所都配置有就地无功功率补偿柜，但是功率因数普遍较低平均为0.85左右。同时原来无功补偿柜内配置了简单的无源滤波器，因为其只能对一个固定频率的谐波进行补偿，所以谐波消除效果不是很有效，没有达到建设时设计预期。1.2原来配电系统谐波情况

二

期电气楼一期浓缩池二期浓缩池

由表1可知，在未对选煤厂谐波治理时，一期电气楼的谐波畸变率均在14%到22%最小的也为14%；二期电气楼的谐波畸变率均在19%到26.5%，最小值也为19%；一期浓缩池谐波平均畸变率在63%左右，二期浓缩池谐波平均畸变率在50%左右，都严重超过了GB/T14549-1993中相关的标准要求。同时受谐波影

同

·44·TONGMEIKEJI煤科技

2017年第2期响，即便在有就地无功补偿装置的情况下功率因数平均仅为0.82，浪费了大量电能[1]。1.3应用前变压器温度情况

以二期电气楼2#和5#配电变压器为例，两台变压器日常所带负荷电流大小差不多，但是2#变压器主要承担破碎机、介质泵及旋流器等生产性负荷，普遍应用了变频器来控制设备，而5#配电变压器兼顾生产性负荷的同时一半以上的负荷用于厂区照明、办公等负荷。在日常运行观察中，2#配电变压器较5#配电变压器温度偏高7℃~8℃。我们通过切换负荷后，让2#、5#变压器无负荷空载运行，经过一段时间两台变压器温度恢复到相同。我们又通过母联倒负荷操作让5#变压器带2#

变压器的运行负荷。经过一段时间后，在相同负载电流的情况下，5#

配电变压器的温度也比自己原来在同等负载电流情况下偏高7-8℃。通过此次变压器对换试验表明，2#

配电变压器受谐波影响造成了其内部铜损耗和铁损耗的增加，最终增加的铜损耗和铁损耗很快转换为热能，进而导致变压器温度的升高。总谐波电流畸变率THDI达到26.3%是导致2#配电变压器温度偏高的原因，是明显的谐波污染，应采取有效的治理消除谐波污染措施。

2谐波治理方案

选煤厂的谐波治理采取了在配电系统中装设谐波补偿装置的方法，考虑无源滤波器的补偿效果不是非常理想，因此采用了更为先进的有源滤波器，其能够对频率和幅值都变化的谐波进行补偿，并且补偿特性不会受到电网阻抗和运行状态的影响[2]。PSW型有源滤波器采用谐波检测算法实时检测配电系统中的谐波电流，并根据检测结果利用电力电子技术输出与配电系

统中谐波电流大小相等、相位相反的补偿电流，谐波电流与补偿电流在配电系统中相互抵消。PSW型有源滤波器在消除谐波电流同时还能够根据系统中的无功功率自动发出超前或滞后的无功电流，来提高电网的功率因数[3]。

由于厂内的谐波源主要集中在配电所的低压开关柜内，故考虑对谐波进行集中补偿，在低压系统内安装有源电力滤波器，并根据上述谐波电流的计算结果，选择最大输出补偿电流为75A的滤波器。由表1数据计算所得选煤厂各变压器谐波含量为170A-210A左右。考虑到对有源滤波器的容量选择以略大于系统的谐波含量为最佳，所以选择225A三个模块的PSW型有源滤波器对系统是合理的。

在改造时，利用原来功率因数补偿柜改造成与PSW型有源滤波器一样的功能，充分发挥PSW型有源滤波器模块化的特点，将有源滤波器的各模块分别植入到补偿柜里面，再完善相关布线。对原来的机柜框架、变压器主母排、前、后眉头、等部件进行保留，进一步降低了改造成本。

3改造后效果分析

3.1改造后配电系统谐波情况

安装PSW型有源滤波器后，再次对低压系统内的谐波电流进行了检测，测试情况见表2。

由表2可知，PSW型有源电力滤波器投切后，一期电气楼、二期电气楼、一期浓缩池和二期浓缩池的谐波畸变率都达到了GB/T14549-1993中相关的标准要求。同时各个配电变压器的功率因数也有明显提高，其平均值为0.94[4]。

2017年第2期田惠川：PSW型有源滤波器在选煤厂实践应用分析·45·表2PSW型有源滤波器投入后各配电点谐波情况统计表

配电

测试时总谐波位置

变压器最大电畸变率谐波编号流/A电流一12109422.1期310332.2%20.6电气楼

410552.1511121.90.419.8610551.511.114.84.4二211027882.3期332.125.18.3电气41.818.7510359221.416.3楼

67968502.414.12.318.619.2一期浓缩池14551.25.4二期浓缩池

1

385

1.5

5.3

3.2变压器温度下降

对2#变压器带负载运行时，投入PSW型有源滤波器前和运行后我们分别对2#配电变压器的低压侧总断路器处进行电能质量观测，因为A、B、C三相的电流值是比较一致的，因此我们只选择A相观测，同时利用观测结果进行FFT频谱分析得到的FFT分析结果，其测试结果见表3。

表3PSW运行前和运行后2#

变压器谐波情况实测值

电流A相（A）THDITHD5THD7THD11THD13THD17THD1994626.3

%25.3%9.0%6.9%3.7%3.9%1.86%3

5.1%

0.4%

0.6%

0.3%

0.19%

0.14%

0.08%

图1PSW运行前、后2#配电变压器A相电流波形图

（a）PSW运行前

(b)PSW运行后

图22#配电变压器A相FFT分析频谱

由表3、图1和图2分析可知，在投入PSW型有源滤波器后，2#变压器的总谐波电流畸变率降为5.1%，2#配电变压器低压侧电流由946A降到3A，同时变压器的温度明显下降8℃~9℃，同时变压器功率因数cosφ也有原来0.81升高到0.93，因此2#配电变压器和

其他变压器一样各次谐波都被很好的滤除，电能质量得到了明显改善[5]。3.3变压器损耗下降

2#配电变压器的基本参数为：额度容量Sn为800kw，空载损耗为P0=2kw，空载电流百分比I0%=1.2%，β是变压器的负载系数，短路电压百分比Uk%=6%，短路损耗Pk=8kw。在投入PSW型有源

滤波器前变压器功率损耗ΔP和的计算公式为:ΔP1=P0+β2

P可得ΔP2

K，

1=2kw+æè1154946öø

8kw=7.3kw；变压器功率损失率ΔP%的计算公式为：

同

·46·ΔP×100%，可得ΔP+βSNcosφTONGMEIKEJI煤科技

2017年第2期ΔP1%=ΔP1%=

势，同时对今后的谐波治理工作提供了经验。

7.3×100%=1.2%。

946æö7.3+900×0.81è1154ø

2

参考文献

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150-200.

［2］马建彬,韩海宁,邱俊华,郝华.有源电力滤波器在污水处理厂中的

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［5］林吉芳，王秋保，韩国庆，汪玉凤.矿用并联混合有源电力滤波器的

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［6］马立洲，宋雪萍.组合式多电平有源电力滤波器的研究［J］.煤矿机

电，2014，04:77-80.

在投入PSW型有源滤波器后变压器功率损耗ΔP2=2kw+æ3ö8kw=6.7kw；

è1154ø

功率损失率ΔP2%=

6.7×100%=1.0%。3ö900×0.936.7+æ

è1154ø

因此在投入PSW型有源滤波器后可以降低有功功率ΔP3=ΔP1-ΔP2=0.6kw同时功率损失率降低ΔP3%=ΔP1%-ΔP2%=0.2%[6]

5结束语

通过利用PSW型有源滤波器对选煤厂配电系统谐波的治理，有效的减少了系统内各次谐波含量，减少了谐波对生产设备造成的危害，延长了设备的使用寿命，凸显了PSW型有源滤波器配电系统电能质量的优

作者简介

田惠川，男，1976年出生，山西怀仁人，电气助理工程师，现在主要从事矿井变电站运行管理工作。

收稿日期：2017年3月10日

PracticalapplicationandanalysisofPSWactivefilterincoalpreparationplant

TIANHui-chuan

(ElectricPowerCompany,XishanCoalElectricityGroupCo.,LTD.,Taiyuan030053,China)

Abstract:Inthispaper,bythecomparisonandanalysisbeforeandaftertheapplicationofPSWactivefilterinthepowersupplysystemofcoalpreparationplant,

takingPSWactivefilterontheharmoniccontrolofpowerdistributionsysteminthecoalpreparationplanteffective⁃Keywords:Frequencyconversion;Harmonic;Activefilter;Comparisonandanalysis

lyreducesthesystemharmoniccontentandimprovesthesuperiorperformanceonthepowerquality.

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