1引言基于晶闸管相控方式的三相交流调压技术主要用于低压加热设备中，这类设备是一种典型的谐波干扰负荷和低功率因数负荷。由于谐波的存在，利用常规无滤波功能的并联电容器补偿装置进行无功补偿时，一方面会由于补偿电容器与系统等值电抗发生并联谐振而使谐波严重放大，另一方面补偿电容器支路也会出现谐波过电流，导致补偿设备无法正常投入运行。因此，这类负荷用户的功率因数长期偏低，受到供电部门的力率罚款。
某单位有色金属加工车间引进国外一套可控调压加热设备――烧结炉，额定容量800kVA，投运后5次谐波电流高达350A，平均自然功率因数为0.4.该车间同时引进一台额定容量为630kVA的小型电弧炉。车间由一台1250kVA的配电变压器供电，如但投运不久便因谐波过电流而退出运行。作者针对烧结炉负荷设计安装了一套兼有滤波功能的无功补偿柜，并对其进行了严格测试，一年多的运行实践表明，该装置达到了无功与谐波综合补偿的要求。
2负荷特性2.1负荷变化规律烧结炉负荷以每炉料的一个完整加工过程为周期，依炉料材质和数量不同约为1530h.烧结炉运行过程中负荷变化比较平稳，经历升温、保温和降电网技术温三个阶段，分别对应于负荷电流的上升、稳定和下降阶段，升温期保温期降温期电弧炉运行区间烧结炉电流进线电流时间电弧炉为冲击性功率负荷，每炉的冶炼过程约为1h左右。
2.2功率因数烧结炉属低功率因数负荷。电弧炉未运行期间补偿前和补偿后的负荷电流，补偿后的负荷电流（进线电流）约为补偿前负荷电流（烧结炉电流）的40%，平均自然功率因数约为0.4.电弧炉因其内部配套有无功补偿电容器，功率因数相对较高。
烧结炉和电弧炉的电压―电流波形可知，烧结炉和电弧炉均属非线性负荷。电弧炉谐波电流含量相对较小。烧结炉电流畸变异常，而且电流瞬变导致严重的电压缺口。烧结炉的谐波电流分量主要为5、7、11、13次等特征谐波，烧结炉在不同工况下的各次谐波电流含有率。
3综合补偿方法3.1综合补偿方案周期中是渐进变化的，在保温期达到最大值。为了使烧结炉配电室的功率因数始终维持在0.95以上，补偿电容器必须进行分组投切。组数的多少及每组容量的大小取决于无功补偿总容量，同时兼顾滤波器的设计。根据烧结炉的谐波电流特征，同时为防止滤波支路对低次谐波的过度放大，装设了5次和11次单调谐滤波器。其中5次滤波器兼滤7次谐波，11次滤波器兼滤13次谐波。
谐波次数实测电流值/A5次滤波器谐波电流/A11次滤波器谐波电流/A通过对烧结炉配电室负荷的实际测算，总无功补偿容量为600kvar.按照5次滤波电容器和11次滤波电容器承担，所列相应的谐波电流后，不超过其允许过电流倍数的原则，5次滤波电容器额定容量为450kvar，11次滤波电容器额定容量为150kvar.
考虑到烧结炉负荷的变化和最低功率因数的要求，5次滤波器共划分为11组，其中8组补偿容量为45kvar，另外3组补偿容量为30kvar；11次滤波器划分为5组，每组补偿容量均为30kvar。方案初步确定后，按照系统等值电路进行计算机仿真，评估不同运行工况下滤波器的滤波效果，以期达到设计要求。
3.2滤波器设计LC无源滤波器的设计主要是电抗器和电容器参数的选择。滤波电容器总容量的选择主要由基波无功补偿容量来确定，然后根据串联谐振频率确定电抗器的基波电抗率。为防止完全谐振时滤波器支路严重过电流，并考虑到由于元件制造误差和电网频率变化等因素引起的等值频率偏差，单调谐滤波器设计在偏谐工作状态谐波频率，基波串联电抗率为4.8%；11次滤波器调谐在10.5次谐波频率，基波串联电抗率为0.92%.
采用普通并联电容器作为滤波电容器是降低谐波抑制费用的主要措施。能否利用普通并联电容器滤波，关键在于电容器所承受的电压、电流和输出无功功率是否满足如下要求：①电容器总电流不大于电容器额定电流的1.3倍；②电容器长期工作电压不大于电容器额定电压的1.1倍；③电容器实际发出的无功功率不大于电容器额定容量的1.35倍。
4现场试验结果4.1测试线路具有滤波功能的无功补偿装置投运后，运行安全可靠。在烧结炉的一个运行周期中，基波功率因数始终维持在0.95以上，注入电网的谐波电流显著下降。其中，用于测量烧结炉配电室电源进线的三相电力参数，包括常规参数（U、I、P、PF）和谐波参数（U），旨在评估无功与烧结炉电弧炉补偿柜电力分析仪烧结炉电弧炉补偿柜电力分析仪谐波的补偿效果；用于测试A相的进线电流、烧结炉负荷电流和补偿装置电流，旨在评估滤波器的补偿特性和滤波器的谐波过电流情况。
4.2无功补偿效果测试结果表明，在烧结炉的一个工作周期中，基波功率因数始终维持在0.95以上。一个典型工作周期内烧结炉负荷电流与进线电流的变化过程，补偿后的进线电流（基本上为有功电流）为总负荷电流的40%左右，表明负荷电流中绝大部分为感性无功电流，且已被补偿装置所吸收。
4.3可以看出，滤波器对5次、11次、13次有显著滤波作用，5次谐波电流由原来的330A降低到150A以下，7次谐波也明显下降。升温期保温期降温期电弧炉运行区间烧结炉5次谐波电流低压进线5次谐波电流烧结炉7次谐波电流低压进线7次谐波电流低压进线11次谐波电流烧结炉11次谐波电流烧结炉13次谐波电流低压进线13次谐波电流烧结炉运行状态时间5电弧炉内置电容器对滤波器的影响在电弧炉运行期间，不仅电源进线中11次谐波电流显著增大，而且滤波器中11次谐波电流也大幅度增大，由原来的50A骤增到200A，远远超出设计值，导致滤波器过电流。
电弧炉运行使电源进线11次谐波电流增幅高达80A，远大于电弧炉本身产生的11次谐波电流最大电网技术值（约17A），因而，系统中必然存在11次谐波放大现象。这种放大现象是伴随着电弧炉的运行而出现的，应该是电弧炉内置电容器与配电网络阻抗及滤波器阻抗共同作用的结果，因此有必要给该电容器支路串联防止谐波放大的电抗器。
7次谐波电流11次谐波电流5次谐波电流电弧炉运行区间时间6结论在低压无功功率自动补偿装置中，将补偿电容器支路改造为单调谐滤波器支路，从而实现无功功率与谐波的综合补偿，是一种经济有效的解决低压系统无功与谐波问题的综合措施。低次单调谐滤波器应在高次单调谐滤波器之前投入，以避免高次单调谐滤波器对低次谐波的放大。与滤波器并联的补偿电容器会使电源进线和滤波器中的谐波电流严重放大，必须加设串联电抗器。