安科瑞 師晴晴
江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405
摘 要：本文介紹了ANAPF有源濾波器模塊化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用介紹了抽屜式APF模塊在柜體內(nèi)的安裝指引，以及壁掛式APF模塊掛墻安裝的方式，體現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)在安裝、售后維護(hù)、擴(kuò)容等方面的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)為用戶節(jié)約了成本。
關(guān)鍵詞：有源濾波器 抽屜式 壁掛式 模塊化特點(diǎn) 安裝優(yōu)勢(shì)
引 言：ANAPF有源濾波器是一種常用的用于諧波治理的產(chǎn)品，目前市場(chǎng)上大部分都是柜體式的產(chǎn)品，柜體式設(shè)計(jì)方案存在生產(chǎn)效率低，安裝及售后服務(wù)不方便、無(wú)法擴(kuò)容、成本高等缺陷，有時(shí)嚴(yán)重影響客戶交期，為此 模塊式設(shè)計(jì)方案可以解決上述問(wèn)題。
1.ANAPF有源濾波器的工作原理
ANAPF有源電力濾波器(以下簡(jiǎn)稱APF)并聯(lián)在含諧波負(fù)載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)?dòng)態(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實(shí)時(shí)的跟蹤和補(bǔ)償。其原理為：ANAPF系列有源電力濾波器通過(guò)CT采集系統(tǒng)諧波電流，經(jīng)控制器快速計(jì)算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過(guò)功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等方向相反的補(bǔ)償電流，并注入電力系統(tǒng)中，從而抵消非線性負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流。
（上圖為ANAPF有源電力濾波器原理圖）
2.APF模塊的介紹
APF模塊化設(shè)計(jì)根據(jù)安裝方式分為兩種：抽屜式模塊和壁掛式模塊
2.1抽屜式模塊：
外形尺寸485×610×275 （寬*深*高）
額定電流：30A 50A
額定電壓:AC380V
接線方式:三相三線或三相四線
進(jìn)線方式：后進(jìn)后出
額定頻率：50Hz
模塊殼體顏色：RAL9004
防護(hù)等級(jí)：IP20
質(zhì)量：50KG
2.2壁掛式模塊：
外形尺寸485×275×610 （寬*深*高）
額定電流：30A 50A
額定電壓:AC380V
接線方式:三相三線或三相四線
進(jìn)線方式：上進(jìn)上出
額定頻率：50Hz
模塊殼體顏色：RAL7035
防護(hù)等級(jí)：IP20
質(zhì)量：50KG
單個(gè)模塊容量達(dá)50A，可單獨(dú)安裝使用，壁掛式模塊適用于負(fù)荷容量較小或場(chǎng)地緊湊的場(chǎng)合，可直接掛在墻上，也可根據(jù)實(shí)際容量、柜體尺寸要求，采用合適的模塊數(shù)量掛在柜體中，通過(guò)并機(jī)滿足客戶諧波容量需求。抽屜式也可采用多個(gè)50A模塊并聯(lián)安裝在柜體中形成大電流補(bǔ)償裝置，根據(jù)實(shí)際補(bǔ)償容量需求增減柜體內(nèi)模塊數(shù)量，較于壁掛式模塊安裝更方便、適用于大負(fù)荷容量的場(chǎng)合。
3.APF模塊化設(shè)計(jì)特點(diǎn)
3.1模塊化設(shè)計(jì)、積木擴(kuò)展式并聯(lián)結(jié)構(gòu)，安裝便利、方便擴(kuò)容、可作為零部件單獨(dú)使用。
模塊化有源濾波器為積木擴(kuò)展式并聯(lián)結(jié)構(gòu)，主電路中的每個(gè)電氣元件都小型化和標(biāo)準(zhǔn)化，整個(gè)拓?fù)浞庋b在一個(gè)模塊內(nèi)，APF模塊與柜體采用鈑金固定，用戶擴(kuò)容時(shí)把APF裝進(jìn)預(yù)留空間的APF柜體內(nèi)，插上光纖即可
3.2維護(hù)便捷，支撐在線維護(hù)
任何一個(gè)電氣元件損壞只會(huì)影響當(dāng)前模塊運(yùn)行，APF柜內(nèi)其他模塊正常運(yùn)行，不會(huì)導(dǎo)致整套APF癱瘓。維護(hù)時(shí)只需把故障APF模塊從柜體中移出，更換上新的APF模塊即可。
3.3可靠性高、溫度均勻
逆變單元中的IGBT、LCL濾波器中的濾波電感和阻尼都微型化、功率小，發(fā)熱元件平均分配到每個(gè)濾波模塊中，熱量均勻，電氣元件不易發(fā)生因?yàn)闇囟冗^(guò)高而失效，同時(shí)每個(gè)模塊中都配有散熱風(fēng)機(jī)。
3.4控制器線路板與APF模塊及APF模塊之間采用光纖傳輸數(shù)據(jù)
控制器與功率單元之間采用光纖連接，整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸都為光信號(hào)，不會(huì)受到電磁干擾。在信號(hào)衰弱方面，光纖傳輸衰減遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)排線傳輸
3.5實(shí)時(shí)跟隨、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償
采用基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波電流檢測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)諧波電流，通過(guò)瞬時(shí)電流跟蹤控制，實(shí)現(xiàn)諧波電流動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)諧波變化，具有高度可控性和快速響應(yīng)性。
3.6補(bǔ)償方式靈活
一機(jī)多能，不僅能治理諧波，而且能補(bǔ)償無(wú)功、提高功率因數(shù)。既可對(duì)單個(gè)諧波源獨(dú)立補(bǔ)償，也可對(duì)多個(gè)諧波源集中補(bǔ)償。
4.APF模塊化安裝的介紹
APF有源濾波器電流規(guī)格分別為：50A、100A、150A、200A、250A、300A. 按單個(gè)模塊容量50A。例：100A為2個(gè)模塊組成，依次類推300A為6個(gè)模塊組成。
4.1標(biāo)準(zhǔn)APF柜體結(jié)構(gòu)示意（柜體可根據(jù)客戶要求定制）
柜體型材：C型材
柜體尺寸：寬*深*高800*1000*2200 防護(hù)等級(jí)：IP30
柜體顏色:RAL7035
標(biāo)準(zhǔn)眉頭（圖示：A）:高60mm，紅底白字，前后眉頭，眉頭頂部與柜頂齊平
眉頭絲印內(nèi)容：
圖示B和F分別為母線區(qū)前后門(mén)，有封板式和柜門(mén)式兩種，圖示為柜門(mén)式，高度有180、200、220可供選擇，也可根據(jù)客戶要求定制。
C為柜底擋板區(qū)，高度有100、120兩種尺寸，也可根據(jù)客戶要求定制。
D為母線區(qū)，高度有200、250兩種尺寸，也可根據(jù)客戶要求定制。
E為地排區(qū)，標(biāo)準(zhǔn)高度為150㎜，其他高度會(huì)影響柜體備貨和模塊安裝數(shù)量。
圖示柜體前后門(mén)為標(biāo)準(zhǔn)前后門(mén)，小門(mén)寬度200㎜，大門(mén)寬度600㎜。柜子前后門(mén)上需多開(kāi)散熱孔，便于通風(fēng)散熱。
4.2 抽屜式模塊在柜內(nèi)的安裝
目前常規(guī)的APF柜內(nèi)空間有限，抽屜式模塊多安裝6個(gè)，組合容量為300A的有源濾波器。但是，我們正在向更多模塊數(shù)，更大容量化的方向進(jìn)行研究與發(fā)展。
4.2.1抽屜式模塊外形及安裝孔尺寸
模塊實(shí)物正視 模塊實(shí)物背視
模塊安裝孔尺寸
4.2.2抽屜式模塊安裝說(shuō)明
6個(gè)模塊，容量為300A的APF模塊安裝示意圖
● 柜內(nèi)模塊支撐支架由上往下左右兩邊支撐支架序號(hào)分別是1、2、3、4、5.支架置于柜內(nèi)側(cè)橫梁上，每個(gè)支架上有對(duì)應(yīng)序號(hào)數(shù)量的小孔，僅僅作為支架的區(qū)別用，不做安裝使用。柜內(nèi)4個(gè)模塊及以下模塊固定位置從支撐支架3開(kāi)始安裝，即APF1模塊置于支架3上，APF2模塊置于支架4上，若4個(gè)模塊，以此類推，APF4模塊置于柜內(nèi)底支撐梁上。5個(gè)模塊時(shí)APF1模塊在支撐支架2上。如下圖（一）所示。
● 每個(gè)APF模塊根據(jù)上述安裝固定位置要求，放置于柜內(nèi)相應(yīng)位置，模塊前面板上的安裝孔剛好對(duì)應(yīng)柜內(nèi)安裝支架上的安裝孔，然后用M6的螺釘緊固，如下圖：
圖（一）
● 每個(gè)模塊配一個(gè)微型斷路器（現(xiàn)以天水213品牌微型斷路器為例），起保護(hù)、分合作用，便于以后檢修。微斷的安裝位置與板載模塊位置相對(duì)應(yīng)，置于柜左側(cè)小門(mén)里的35㎜的導(dǎo)軌上。
4.2.3抽屜式模塊接線說(shuō)明
APF板載模塊原理圖
4.2.3.1一次電纜接線
圖（二） 圖（三） 圖（四）
如圖（二）、(三)所示，模塊上A、B、C、N四相線分別接于微型斷路器下樁頭上，然后A、B、C、N四相線從微型斷路器上樁頭分別接在柜內(nèi)A、B、C、N四根匯流排上，客戶進(jìn)線分別引至這四根匯流排上，見(jiàn)圖（四）。完成一次電纜連接。
4.2.3.2光纖連接
如圖（五）兩圖所示：APF1模塊上R1不接、T1接于APF2模塊上R1，APF2模塊上T1接于APF3模塊上R1，依此類推，柜內(nèi)后一個(gè)模塊上的T1不接。
圖（五）
4.2.3.3互感器信號(hào)線纜連接
圖（六）外接互感器原理圖
如圖（六）所示，CT1~CT3為外接互感器，APF1模塊上Ia*、Ib*、Ic*引至柜內(nèi)第1、2、3片試驗(yàn)端子上，分別對(duì)應(yīng)接外接互感器A、B、C相S1,APF1模塊上Ia、Ib、Ic分別接APF2模塊上Ia*、Ib*、Ic*，APF2模塊上Ia、Ib、Ic分別接APF3模塊上Ia*、Ib*、Ic*，以此類推，柜內(nèi)下端一個(gè)模塊上的Ia、Ib、Ic環(huán)繞一起分別接至第4、5、6片試驗(yàn)端子上，分別對(duì)應(yīng)外接互感器A、B、C相S2端，如圖（七）所示。
圖（七）端子
4.3 壁掛式模塊掛墻安裝的說(shuō)明
4.3.1壁掛式模塊實(shí)物外形
壁掛式模塊實(shí)物正視
4.3.2壁掛式模塊安裝說(shuō)明
圖（八）
圖（九） 圖（十）
我司提供安裝支架，如圖（八）（九）所示，安裝支架用M10的膨脹螺栓固定在墻上，模塊后側(cè)掛墻安裝孔對(duì)應(yīng)安裝在安裝支架上。便于接線及模塊散熱要求。
4.3.3壁掛式模塊接線說(shuō)明
例100A的有源濾波器，可以用兩個(gè)容量50A模塊并排安裝。
4.3.3.1一次電纜接線
圖（十一）
用16㎜2線纜分別從兩模塊上端A、B、C、N引至4級(jí)塑殼斷路器樁頭上或3極加N排。
4.3.3.2光纖接線
如上圖（十一）所示，APF1模塊上R1不接、T1接于APF2模塊上R1，APF2模塊T1不接。
4.3.3.3互感器信號(hào)線纜接線
如圖所示，CT1~CT3為外接互感器，APF1模塊上Ia*、Ib*、Ic*分別對(duì)應(yīng)接外接互感器A、B、C相S1,APF2模塊上Ia、Ib、Ic環(huán)繞一起分別對(duì)應(yīng)外接互感器A、B、C相S2端。
4.3.4 例：APF100A壁掛式模塊的安裝示意圖
5.APF容量計(jì)算方法
諧波是由非線性設(shè)備產(chǎn)生的，而每種設(shè)備的實(shí)際工作狀態(tài)都不同。因此實(shí)際諧波電流需采用專門(mén)設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，考慮到設(shè)備的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)諧波治理裝置的額定諧波補(bǔ)償電流應(yīng)略大于系統(tǒng)諧波電流。由于諧波電流本身的測(cè)量與計(jì)算比較復(fù)雜，況且在設(shè)計(jì)時(shí)往往很難采集到足夠的電氣設(shè)備使用中的諧波數(shù)據(jù)，可以根據(jù)下列公式估算諧波電流進(jìn)行選型。
5.1 根據(jù)負(fù)載額定電流和行業(yè)類型選型
5.2 根據(jù)變壓器容量和行業(yè)類型選型
諧波補(bǔ)償電流的大小可安排專業(yè)售前工程師協(xié)助測(cè)量或根據(jù)變壓器容量和行業(yè)類型自行估算后選擇。
常見(jiàn)諧波負(fù)載的諧波含量
6.結(jié)束語(yǔ)：
模塊化設(shè)計(jì)有源濾波器結(jié)構(gòu)輕巧、安裝方便，為用戶節(jié)約了投資成本，縮短了生產(chǎn)工期；制造趨于標(biāo)準(zhǔn)化，減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)的規(guī)格變化，更適宜大批量、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，產(chǎn)品品質(zhì)更有保障。多模塊并聯(lián)有源濾波器補(bǔ)償方式比較靈活，采用不同數(shù)量補(bǔ)償模塊并聯(lián)后，可以用于不同容量及要求的諧波抑制場(chǎng)合，因此在解決各種不同的工業(yè)及商業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合方面具有可靠性和更高的靈活性。為低壓配電網(wǎng)的諧波治理工程提供了的補(bǔ)償裝置，具有良好的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景。
【參考資料】
安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理選型手冊(cè)。2015.08版
安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊(cè).2013.01.
作者簡(jiǎn)介：
師晴晴（1985－），女，漢族，本科，工程師，主要研究方向?yàn)橹悄芙ㄖ┡潆姳O(jiān)控系統(tǒng)
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