温刚

 

摘 要：本文介绍了anapf有源滤波器模块化设计的特点，并结合实际应用介绍了抽屉式apf模块在柜体内的安装指引，以及壁挂式apf模块挂墙安装的方式，体现了模块化设计在安装、售后维护、扩容等方面的优势，同时为用户节约了成本。

引 言：anapf有源滤波器是一种常用的用于谐波治理的产品，目前市场上大部分都是柜体式的产品，柜体式设计方案存在生产效率低，安装及售后服务不方便、无法扩容、成本高等缺陷，有时严重影响客户交期，为此  模块式设计方案可以解决上述问题。

 

1.anapf有源滤波器的工作原理

    anapf有源电力滤波器(以下简称apf)并联在含谐波负载的低压配电系统中，能够对动态变化的谐波电流进行快速实时的跟踪和补偿。其原理为：anapf系列有源电力滤波器通过ct采集系统谐波电流，经控制器快速计算并提取各次谐波电流的含量，产生谐波电流指令，通过功率执行器件产生与谐波电流幅值相等方向相反的补偿电流，并注入电力系统中，从而抵消非线性负载所产生的谐波电流。

 

 

   

（上图为anapf有源电力滤波器原理图）

 

2.apf模块的介绍

apf模块化设计根据安装方式分为两种：抽屉式模块和壁挂式模块

2.1抽屉式模块：

外形尺寸485×610×275 （宽*深*高）

额定电流：30a 50a

额定电压:ac380v

接线方式:三相三线或三相四线

进线方式：后进后出

额定频率：50hz

模块壳体颜色：ral9004

防护等级：ip20

质量：50kg                                                       

2.2壁挂式模块：

外形尺寸485×275×610 （宽*深*高）

额定电流：30a 50a

额定电压:ac380v

接线方式:三相三线或三相四线

进线方式：上进上出

额定频率：50hz

模块壳体颜色：ral7035

防护等级：ip20

质量：50kg                                                        

    单个模块Zui大容量达50a，可单独安装使用，壁挂式模块适用于负荷容量较小或场地紧凑的场合，可直接挂在墙上，也可根据实际容量、柜体尺寸要求，采用合适的模块数量挂在柜体中，通过并机满足客户谐波容量需求。抽屉式也可采用多个50a模块并联安装在柜体中形成大电流补偿装置，根据实际补偿容量需求增减柜体内模块数量，较于壁挂式模块安装更方便、适用于大负荷容量的场合。

 

3.apf模块化设计特点

3.1模块化设计、积木扩展式并联结构，安装便利、方便扩容、可作为零部件单独使用。

    模块化有源滤波器为积木扩展式并联结构，主电路中的每个电气元件都小型化和标准化，整个拓扑封装在一个模块内，apf模块与柜体采用钣金固定，用户扩容时把apf装进预留空间的apf柜体内，插上光纤即可

3.2维护便捷，支撑在线维护

    任何一个电气元件损坏只会影响当前模块运行，apf柜内其他模块正常运行，不会导致整套apf瘫痪。维护时只需把故障apf模块从柜体中移出，更换上新的apf模块即可。

3.3可靠性高、温度均匀

    逆变单元中的igbt、lcl滤波器中的滤波电感和阻尼都微型化、功率小，发热元件平均分配到每个滤波模块中，热量均匀，电气元件不易发生因为温度过高而失效，同时每个模块中都配有散热风机。

3.4控制器线路板与apf模块及apf模块之间采用光纤传输数据

    控制器与功率单元之间采用光纤连接，整个数据传输都为光信号，不会受到电磁干扰。在信号衰弱方面，光纤传输衰减远远小于传统排线传输

3.5实时跟随、动态补偿

    采用基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测技术，实时监测谐波电流，通过瞬时电流跟踪控制，实现谐波电流动态补偿，自动跟踪电网谐波变化，具有高度可控性和快速响应性。

3.6补偿方式灵活

    一机多能，不仅能治理谐波，而且能补偿无功、提高功率因数。既可对单个谐波源独立补偿，也可对多个谐波源集中补偿。

 

4.apf模块化安装的介绍  

    apf有源滤波器电流规格分别为：50a、100a、150a、200a、250a、300a. 按单个模块Zui大容量50a。例：100a为2个模块组成，依次类推300a为6个模块组成。

4.1标准apf柜体结构示意（柜体可根据客户要求定制）

柜体型材：c型材

柜体尺寸：宽*深*高800*1000*2200 防护等级：ip30

柜体颜色:ral7035

标准眉头（图示：a）:高60mm，红底白字，前后眉头，眉头顶部与柜顶齐平

眉头丝印内容：

图示b和f分别为母线区前后门，有封板式和柜门式两种，图示为柜门式，高度有180、200、220可供选择，也可根据客户要求定制。

c为柜底挡板区，高度有100、120两种尺寸，也可根据客户要求定制。

d为母线区，高度有200、250两种尺寸，也可根据客户要求定制。

e为地排区，标准高度为150㎜，其他高度会影响柜体备货和模块安装数量。

图示柜体前后门为标准前后门，小门宽度200㎜，大门宽度600㎜。柜子前后门上需多开散热孔，便于通风散热。

 

    

4.2 抽屉式模块在柜内的安装

    目前常规的apf柜内空间有限，抽屉式模块Zui多安装6个，组合容量为300a的有源滤波器。但是，我们正在向更多模块数，更大容量化的方向进行研究与发展。

4.2.1抽屉式模块外形及安装孔尺寸 

 

           模块实物正视

 

          模块实物背视

 

  模块安装孔尺寸

 

 

 

4.2.2抽屉式模块安装说明

 

 

                   6个模块，容量为300a的apf模块安装示意图

 

● 柜内模块支撑支架由上往下左右两边支撑支架序号分别是1、2、3、4、5.支架置于柜内侧横梁上，每个支架上有对应序号数量的小孔，仅仅作为支架的区别用，不做安装使用。柜内4个模块及以下模块固定位置从支撑支架3开始安装，即apf1模块置于支架3上，apf2模块置于支架4上，若4个模块，以此类推，apf4模块置于柜内底支撑梁上。5个模块时apf1模块在支撑支架2上。如下图（一）所示。

   ● 每个apf模块根据上述安装固定位置要求，放置于柜内相应位置，模块前面板上的安装孔刚好对应柜内安装支架上的安装孔，然后用m6的螺钉紧固，如下图：

 

 

 

 图（一）

 

 ● 每个模块配一个微型断路器（现以天水213品牌微型断路器为例），起保护、分合作用，便于以后检修。微断的安装位置与板载模块位置相对应，置于柜左侧小门里的35㎜的导轨上。

 

4.2.3抽屉式模块接线说明

 

  

                         apf板载模块原理图                                    

 4.2.3.1一次电缆接线

 

 

 

      图（二）             图（三）                 图（四）

    如图（二）、(三)所示，模块上a、b、c、n四相线分别接于微型断路器下桩头上，然后a、b、c、n四相线从微型断路器上桩头分别接在柜内a、b、c、n四根汇流排上，客户进线分别引至这四根汇流排上，见图（四）。完成一次电缆连接。

4.2.3.2光纤连接

    如图（五）两图所示：apf1模块上r1不接、t1接于apf2模块上r1，apf2模块上t1接于apf3模块上r1，依此类推，柜内Zui后一个模块上的t1不接。 

            

             

                图（五）

4.2.3.3互感器信号线缆连接

 

 

           图（六）外接互感器原理图

      如图（六）所示，ct1~ct3为外接互感器，apf1模块上ia*、ib*、ic*引至柜内第1、2、3片试验端子上，分别对应接外接互感器a、b、c相s1,apf1模块上ia、ib、ic分别接apf2模块上ia*、ib*、ic*，apf2模块上ia、ib、ic分别接apf3模块上ia*、ib*、ic*，以此类推，柜内Zui下端一个模块上的ia、ib、ic环绕一起分别接至第4、5、6片试验端子上，分别对应外接互感器a、b、c相s2端，如图（七）所示。

 

                 

                              图（七）端子

4.3 壁挂式模块挂墙安装的说明

4.3.1壁挂式模块实物外形

 

 壁挂式模块实物正视

 

4.3.2壁挂式模块安装说明

 

 

                                 图（八）

 

           

 

           图（九）                             图（十）

    我司提供安装支架，如图（八）（九）所示，安装支架用m10的膨胀螺栓固定在墙上，模块后侧挂墙安装孔对应安装在安装支架上。便于接线及模块散热要求。

 

4.3.3壁挂式模块接线说明

    例100a的有源滤波器，可以用两个容量50a模块并排安装。

4.3.3.1一次电缆接线

 

 

                           图（十一）

    用16㎜²线缆分别从两模块上端a、b、c、n引至4级塑壳断路器桩头上或3极加n排。

4.3.3.2光纤接线

    如上图（十一）所示，apf1模块上r1不接、t1接于apf2模块上r1，apf2模块t1不接。                                

4.3.3.3互感器信号线缆接线

 

 

    如图所示，ct1~ct3为外接互感器，apf1模块上ia*、ib*、ic*分别对应接外接互感器a、b、c相s1,apf2模块上ia、ib、ic环绕一起分别对应外接互感器a、b、c相s2端。

 

4.3.4 例：apf100a壁挂式模块的安装示意图

 

 

 

5.apf容量计算方法

    谐波是由非线性设备产生的，而每种设备的实际工作状态都不同。因此实际谐波电流需采用专门设备进行测量，考虑到设备的技术及经济性，设计谐波治理装置的额定谐波补偿电流应略大于系统谐波电流。由于谐波电流本身的测量与计算比较复杂，况且在设计时往往很难采集到足够的电气设备使用中的谐波数据，可以根据下列公式估算谐波电流进行选型。

5.1  根据负载额定电流和行业类型选型

            

5.2  根据变压器容量和行业类型选型

 

谐波补偿电流的大小可安排专业售前工程师协助测量或根据变压器容量和行业类型自行估算后选择。

                    常见谐波负载的谐波含量

负载类型	典型谐波含量（%）	负载类型	典型谐波含量（%）
变频器	33～50	中频感应加热电源	30～35
电梯	15～30	六脉冲整流器	28～38
led灯	15～20	十二脉冲整流器	10～12
节能灯	15～30	电焊机	25～58
电子镇流器	15～18	变频空调	6～34
开关电源	20～30	ups	10～25

 

 

6.结束语：

    模块化设计有源滤波器结构轻巧、安装方便，为用户节约了投资成本，缩短了生产工期；制造趋于标准化，减少生产环节的规格变化，更适宜大批量、标准化生产，产品品质更有保障。多模块并联有源滤波器补偿方式比较灵活，采用不同数量补偿模块并联后，可以用于不同容量及要求的谐波抑制场合，因此在解决各种不同的工业及商业应用场合方面具有可靠性和更高的灵活性。为低压配电网的谐波治理工程提供了高效的补偿装置，具有良好的应用价值和应用前景。

 

【参考资料】

安科瑞电能质量监测与治理选型手册。2015.08版 安科瑞电气股份有限公司产品手册.2013.01.版