信息機房有源濾波器故障原因分析

摘 要：闡述了信息機房安裝的有源濾波器出現的故障現象，并對故障的產生原因進行分析和研究。

關鍵詞：電能質量 諧波 有源濾波器 無功功率 諧振

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2011)12(c)-0000-00

本文對信息機房安裝的一套有源濾波器出現的故障進行分析，并對故障的產生原因進行分析、探討和研究。

1有源濾波器的故障現象

某信息樞紐機房的諧波較為嚴重，因此在低壓配電系統A上并聯安裝了一套容量為200A的三相四線制有源濾波設備，對該信息機樓的低壓配電系統A進行諧波治理。此外，還對一些現有低壓配電設備進行了更新替換，包括替換了系統B的變壓器和相應的進線柜及電容補償柜。

在替換的低壓配電設備和有源濾波器設備都安裝完成后，對系統進行了了調試，調試完成后，有源濾波器設備投入低壓配電系統進行試運行，在試運行了一段時間后（約一周時間），該品牌有源濾波設備的主要元件IGBT燒毀，導致濾波器無法工作。

2故障現象的分析

在有源濾波設備燒毀后，各方非常重視，派專家專程到現場解決問題，并進行了詳細的測試，但是并沒發現問題所在，只是提出，該套系統的負載特性很奇怪，呈現容性特征。廠家更換了IGBT，修復了設備，但并沒有把有源濾波器設備投入系統運行。

隨后專家組赴現場查看并解決問題。在現場采用電能質量分析儀等測試設備對該濾波器所并聯低壓配電系統的變壓器進線柜進行了諧波數據測量，其中測試是在該套低配系統的電容補償器柜投入運行的狀態下進行的。詳細的測試數據如下表所示。

在測試過程中，發現該套系統的無功功率Q的數據為負值，其他數據都基本正常，經過詳細檢查，測試儀表的接線均正常，排除了儀表接線導致的數據異常情況。

在正常情況下，低配系統的無功功率應該都是正值，這是因為低壓配電系統本身設置有無功功率補償裝置進行就地補償，補償后系統的功率因數一般都要求大于0.9，剩下系統所需要的無功功率就從電網索取。但是該系統在電容補償柜投入運行后，測出的無功功率為負值，則說明該套系統向電網反饋無功功率，這說明該套系統的無功補償出現了問題，補償的容量過大，導致系統出現這樣的現象。

筆者在確定了該套系統的無功補償裝置出現了問題后，對該系統補償柜進行了檢查，發現補償柜工作正常，但是在檢查到該補償柜控制器的補償信號引入點時，發現該補償的補償信號是從相鄰的另一套變壓器進線柜的補償采樣CT引入的。

至此，我們終于理解了為什么系統A進線柜測量出的無功功率數據為負值的原因。這是由于系統A的電容補償柜控制器信號引致系統B的進線柜補償采樣CT（該CT本是作為該進線柜所在系統B的補償柜信號源），由于兩套變壓器所接的負荷種類不同，負載的功率因數不同，因此所需的無功功率也不同，這就是導致系統B給出的補償信號由于接線錯誤來到故障系統A的補償柜后，使得故障系統A的補償柜投入很多的補償電容，遠比系統A要求投入的電容器多，最終使得系統A過補償，從而出現測量時無功功率為負值數據的異常情況。

由于故障系統的過補償，導致該系統呈現容性負載的特性，而當有源濾波設備投入系統運行后，由于在容性負載的環境下，有源濾波器產生的低配系統本身的諧波反向諧波很容易反沖至有源濾波器的諧波發生源，導致其燒毀，而這正是該有源濾波設備出現IGBT元件燒毀的重要原因。

3故障的總結

在本次故障中，首先引起我們注意的就是系統的無功功率測試數據的異常，這也是發現問題并解決問題的重要因素，那對低壓配電系統的無功功率進行簡單的分析。

在交流電路中，由電源供給負載的電功率有兩種，一種是有功功率，一種是無功功率。有功功率是保持用電設備正常運行所需的電功率，也就是將電能轉換成其他形式能量（機械能，光能、熱能）的電功率。無功功率用于電路內電場與磁場的交換。并用來在電氣設備中建立和維持磁場的電功率。它不對外做功，而是轉變為其他形式的能量。凡是有電磁場線圈的電氣設備，要建立磁場，就要消耗無功功率。無功功率決不是無用功率，它的用處很大。根據國家現行《全國供用電規則》和《并聯電容器裝置設計規范》可以看出，一般情況下，用戶的低壓配電系統都應設置就地補償裝置，補償后的系統功率因數不能低于0.9，但不能過補償。

一般情況下，信息機房的負載都是呈現感性的，而一旦系統出現過補償的情況，那么系統就呈現容性負載的特性，這種情況下的低壓配電系統就是一個不穩定的系統，尤其在系統內諧波較為嚴重的情況下，投入運行的補償電容器和系統電感結合構成并聯或串聯諧振電路，如果系統內某次諧波發生了諧振，則會被放大數倍，數十倍甚至更高。會對整個配電系統及所接的負載都造成影響，甚至造成一些設備的損毀的嚴重情況。

這說明，在工程建設中，還要加強工程建設的管理力度，并進行細致的測試工作才能確保工程質量。