淺析在化工行業濾波電路中電容器的選擇

摘 要：

為了解決諧波的巨大危害，在工程實踐中有效治理諧波問題，提出最有效的辦法就是在系統中加裝濾波電容器。首先介紹了濾波器的分類。其次，分析了在諧波存在時，濾波電容器會產生并聯諧振和串聯諧振現象。尤其是當諧波是某個特殊頻率次數時，對濾波器對諧波電流的放大情況進行了論述，并考慮串聯電抗器對過電壓影響，給出了過電流倍數和過電壓倍數的計算方法。在工程設計中，合理使用濾波電容器對電路優化有積極的意義。

關鍵詞：

諧波電流; 過電流; 過電壓; 電容器

中圖分類號： TU855

文獻標志碼： A

文章編號： 1674-8417（2024）04-0080-06

DOI：

10.16618/j.cnki.1674-8417.2024.04.014

0 引 言

由于電力系統中電容器運行狀況較復雜，如果濾波電容器的配置不合理，會造成電壓或電流放大，甚至可能與系統發生諧振，使系統紊亂、電容器損壞或無法正常運行。電力系統采用電容器提高功率因素和采用L-C回路的無源濾波器濾波，如果電容器配置不合理會造成過電壓或過電流。本文給出了濾波器分類，以及無源濾波器的種類和接線，并對電容器在n次諧波條件下的諧振進行理論探討，給出電容器回路的電流和電壓放大計算公式，從而對電容器組的設計和運行起到指導作用，保證電容器的安全運行。

1 化工行業用電的特點

化工行業用電的特點主要包括：① 供電可靠性要求高。化工生產過程中，許多關鍵生產工藝流程的用電負荷屬于一級用電負荷。一旦發生停電，可能會導致化工裝置爆炸、起火、人員中毒等嚴重后果。因此，化工生產必須具備可靠的供電電源。② 用電量大。由于化工裝置連續運行，電力負荷集中，用電量大。這主要是由于化工生產多為長周期連續運行，一般設計年運行時間為300～330 d，運行時間約為8 000 h。③ 電能質量要求高。該行業的特殊生產用電需要，使其用電負荷十分穩定，峰谷差非常小，生產處于均衡狀態。④ 非線性負載多，諧波治理成問題?；ば袠I的負荷類型多，非線性負載（如變頻器、軟起動器等）用電設備在工作時會產生諧波電流。這些諧波不僅會影響電網穩定性，還可能導致電氣設備的過熱、絕緣老化甚至故障。濾波器可以有效地濾除這些諧波，提高電能質量。

2 濾波器在化工項目中應用廣泛的原因

化工行業中的許多設備和生產過程對電能質量有著極高的要求。諧波會導致電壓和電流的失真，影響設備的正常運行和生產過程的穩定性。濾波器可以有效地減少諧波，提高電能質量，確保設備和過程的高效運行［1］。濾波器可以防止設備損壞：諧波電流可能會導致電力變壓器、電纜以及中性導線過熱，甚至可能引起設備的意外跳閘和損壞。濾波器通過消除諧波，可以保護這些關鍵設備，延長它們的使用壽命，減少維護成本。濾波器可以避免生產中斷：諧波可能會導致生產過程中的意外中斷，影響生產效率和產量。濾波器的使用可以減少這種風險，確保生產的連續性和穩定性。

總的來說，濾波器在化工項目中的應用可以帶來諸多好處，這也是其在化工項目中得到廣泛應用的主要原因。

3 濾波器分類

濾波器可分為無源濾波器［2］（即L-C濾波器）和有源濾波器［2］。本文主要討論的是無源濾波器（即L-C濾波器）。

3.1 無源濾波器的種類

無源濾波器可分為串聯濾波器和并聯濾波器兩大類。串聯濾波器和并聯濾波器如圖1所示。

3.2 并聯電容器濾波器

并聯電容器濾波器是無源濾波器中最常用的一種，可分為調諧濾波器和減幅濾波器兩大類，即單調諧濾波器、雙調諧濾波器和高通濾波器［3］。并聯電容器濾波器如圖2所示。對幅值較大的低次諧波，采用單調諧濾波器。兩個不同頻率的低次諧波，采用雙調濾波器同時濾除。幅值較小的高次諧波采用高通濾波器。這些濾波器均是電抗L與電容器C串并聯形成。按電容器、電抗器串聯的諧振條件，可選擇回路配置的電抗率K，如下所示：

5 結 語

本文分析了濾波器電容器在運行過程中，由于諧波的存在，濾波電容器會產生并聯諧振和串聯諧振現象，濾波器在幾個特殊頻率次數n的情況下，對諧波電流的放大情況進行了論述，以及考慮串聯電抗器對過電壓影響，并給出過電流倍數和過電壓倍數的計算方法。

［1］ 張明勛.電力電子設備設計和應用手冊［M］.北京：機械工業出版社，2000.

［2］ 吳竟昌，孫樹勤.電力系統諧波［M］.北京：水利電力出版社，1988.

［3］ 陳永平.硅整流所電力設計［M］.北京：冶金工業出版社，1983.

［4］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部.并聯電容器裝置設計規范：GB 50227—2017［S］.北京：中國計劃出版社，2017.

收稿日期： 2024-03-15

Analysis of the Selection of Capacitor in Filter Circuit in Chemical Industry

CHEN Xinyi

（Hualu Engineering ＆ Technology Co.， Ltd.， Xi’an 710065， China）

Abstract：

In order to solve the great harm of harmonics and effectively control harmonics in engineering practice，the most effective way is to install filter in the system.Firstly，the classification of filters is introduced.Secondly，in the presence of harmonics，the filter will produce parallel resonance and series resonance phenomenon.Especially when the harmonic is in a special frequency，the amplification of harmonic current by the filter is discussed，and the calculation method of overcurrent multiple and overvoltage multiple is given considering the influence of series reactor on overvoltage.In engineering design，rational use of filter capacitors has positive significance for circuit optimization.

Key words：

harmonic current; overcurrent; overvoltage; capacitor