1 故障现象该电缆厂400V供电系统由两台欧式箱式变电站组成，每台箱变的接线方案一致，但每台箱变出线所带负荷不一样。
两台欧式箱式变电站投运不久，1号箱变就发生了无功补偿柜中元器件损坏的情况。损坏的元器件主要是电容接触器和熔断器，烧毁*严重的是电容接触器。当时分析认为一种可能是电容接触器的桩头接线松动，接触电阻增加，桩头接线发热起火烧坏电容接触器，进而引起接触器上侧的熔断器烧毁；另一种可能性是熔断器对电容器投切瞬间产生的涌流未起到保护作用，致使接触器烧毁，产生的火苗接着损坏了熔断器。随后对烧坏的元器件进行了更换，对所有的接线桩头进行了检查，无功补偿柜整改后继续投入运行。
整改后的无功补偿柜使用不到一个月，再次出现了元器件损坏的情况。元器件损坏的位置、现象基本上和上次的情况一样。这是桩头接线松动无法解释的。
2 原因分析两次无功补偿柜的故障全部发生在1号箱变，而2号箱变安然无恙。对比分析1、2号箱式变电站的负荷可以发现，2号箱变的负载基本上为异步电动机和办公照明负载；而1号箱变所带负载中除了异步电动机还有三台直流电动机，其功率分别为185kW、55kW、30kW.此外，还有大量通过可控硅控温的加热设备。
在两次无功补偿柜发生故障时，该厂的交联电缆生产线都在运转，也就是直流电机和相当一部分的加热设备都挂在1号箱变的低压母线上。该厂的加热回路采用了三相半控桥式整流电路，同时用交流电源对直流电机供电少不了要用整流装置。由于整流装置输出波形的非正弦性，不同相数的整流电路会产生不同特征的谐波电流。如三相桥式的6相脉动整流电路产生的谐波电流主要为6k±1次（5、7、11、13次，等等）见表1.
表1 6相脉动整流装置电流谐波理论数据
谐波次数n1 5 7 11 1317 19 2325
谐波电流/% 100 20 14.39.1 7.7 5.95.3 4.3 4.0
因此，交联电缆生产线在生产时可能对1号箱变400V系统产生了谐波。
根据对负荷性质分析和理论公式的推算，可以确定1号箱变400V系统中存在6k±1次为主的谐波电流。为了证实和明确1号箱变400V系统的谐波情况和参数，对1号、2号箱变进行了多次的对比测量。2号箱变总线电流波形和频谱图分析见图1，1 号箱变总线电流波形和频谱图分析见图2.
对比分析图1和图2，2号箱变总线电流波形为规则正弦波，频谱图分析也表明其电流基本只含基波50Hz电流；1号箱变总线电流波形为非正弦波，频谱图分析可以看出含有3、5、7、11次等谐波。电流总畸变率THDi为52.32%，功率因数0.8，系统阻抗R = 0.1W L = 0.1mH，系统短路容量10MVA.
1号箱变的无功补偿柜之所以数次出现电容接触器和熔断器损坏的情况，其原因就是交联电缆生产线产生的谐波电流被无功补偿柜的电容器放大产生了过电流，致使接触器和熔断器过热损坏。
3 谐波治理谐波电流不仅影响无功补偿柜的正常使用，致使无功功率电费支出增加，而且对同一箱变内的其它设备如电动机也产生了危害。根据GB/T 14549《电能质量-公用电网谐波》的要求，必须对各种非线性负荷注入电网的谐波电压和谐波电流加以限制。
在电力系统抑制和治理谐波的主要措施有：加大系统短路容量；提高供电电压等级；增加变流装置的脉动数；改善系统的运行方式，设置交流滤波器等都能减小系统中的谐波成分。对于该电缆厂，由于供电系统的方案已定型，**可行和有效的方法是设置交流滤波器进行谐波治理，同时滤波器还能向系统提供所需的部分或全部无功。
交流滤波器又分为无源滤波器和有源滤波器两种。有源滤波器是一种向系统注入补偿谐波电流，以抵消非线性负荷所产生的谐波电流的能动式滤波装置。它能对变化的谐波进行迅速的动态跟踪补偿，且补偿特性不受系统阻抗影响。其结构相对复杂，运行损耗较大，设备造价高；在补偿谐波的同时，也会注入新的谐波。无源滤波器（又称LC滤波器）是利用LC谐振原理，人为地造成一条串联谐振支路，为欲滤除的主要谐波提供阻抗极低的通道，使之不注入电网。LC滤波器结构简单，吸收谐波效果明显；但仅对固有频率的谐波有较好的补偿效果；且补偿特性受电网阻抗的影响很大，在特定频率下，电网阻抗和LC滤波器之间可能会发生并联谐振或者串联谐振。
4 系统构成LC滤波器根据其电容器与电抗器的联接方式不同，主要常用的有单调谐滤波器和高通滤波器。它们的结构和阻抗特性如图3、4所示。
该电缆厂的交联电缆生产线为以销定产的生产方式，即有确定的订单才进行生产。根据已有的生产统计，由于生产的电缆为35kV以上电压等级，每月开工两次左右，每次2~5天。从数次现场测量的结果分析，交联电缆生产线产生的谐波的次数固定，且每次谐波电流的畸变率（THDi）上下波动不大。
根据上述测量和分析的情况，决定对该电缆厂的谐波治理采用与母线并联的固定串联LC调谐滤波器，即当交联电缆生产线启动时，LC滤波器投入，当交联电缆生产线停工时，LC滤波器退出；滤波器的电容器容量用来补偿交联电缆生产线谐波源所需的无功功率，原无功补偿柜的电容器由300mF降至180mF以满足其它设备的无功补偿要求，同时控制器更换为带谐波闭锁功能的补偿控制器，以便谐波畸变率超限时切除电容器。对于3、5、7次谐波采用单调谐滤波器，对于9、11次以上的谐波采用以11次为主的高通滤波器。
串联调谐滤波器是用来滤除某一谐波的电容器，通过增加一个在调谐频率fn处XL = XC的电抗器来实现。对于调谐n次谐波的串联调谐滤波器的设计步骤为：（1）确定电容器容量QC，电容器无功功率要与谐波源无功功率及系统已有无功补偿设备的无功功率进行平衡，无功补偿设备和滤波器总的无功功率略低于负载总无功功率。
（2）电容器的电抗为XC = kU2/QC.
5 治理效果计算结果选择元件构成的电缆厂谐波治理方案对1号箱变的谐波进行了治理。在随后的现场测量表明，1号箱变总电流的波形基本接近正弦波，电压畸变率THDu为2.8%，电流畸变率THDi为6.6%，功率因数保持在0.95左右。
在电缆厂的谐波治理方案中选用了造价相对较低和宜于实现的无源滤波器LC串联滤波的方法，对以直流电机和三相桥式的6相脉动整流装置产生的谐波电流取得了很好的抑制效果，特别是消除了谐波含量较高的5、7次谐波电流。
