劉靜
安科瑞電氣股份有限公司 嘉定 201801
摘要：本文分析了電力電網(wǎng)的諧波源、諧波特性和危害，并通過(guò)某大型鋼鐵股份公司低壓配電系統(tǒng)中有源濾波器的應(yīng)用案例，對(duì)比分析了有源濾波器投入前后的情況，說(shuō)明了有源濾波器的諧波治理技術(shù)是改善供電電能質(zhì)量的有效手段之一，可將產(chǎn)生的諧波控制在最小范圍內(nèi)，達(dá)到科學(xué)合理用電，抑制電網(wǎng)污染，提高電能質(zhì)量，保證電氣設(shè)備安全的作用。
關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量；諧波；有源濾波
1 電能質(zhì)量與諧波
1.1 諧波的產(chǎn)生
隨著電力電子變流裝置的應(yīng)用日益廣泛，電能得到了更加充分的利用。但非線性電力裝置設(shè)備的廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了大量畸變的電流諧波，畸變電流在電網(wǎng)中的流動(dòng)導(dǎo)致了諧波電壓；諧波污染越來(lái)越多地威脅到電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，給同一網(wǎng)絡(luò)的線性負(fù)載和其它用戶帶來(lái)了極大影響。諧波已與電磁干擾、功率因數(shù)降低并列為電力系統(tǒng)的三大公害。所以了解諧波產(chǎn)生的原理、研究消除供配電系統(tǒng)中的高次諧波問(wèn)題對(duì)改善供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著非常積極的意義。諧波測(cè)量是諧波問(wèn)題中的一個(gè)重要分支，對(duì)抑制諧波、解決諧波產(chǎn)生的問(wèn)題有著重要的指導(dǎo)作用。因此對(duì)諧波的測(cè)量和分析是電力系統(tǒng)分析和控制中的一項(xiàng)重要工作，是繼電保護(hù)、故障測(cè)量等工作開(kāi)展的重要前提。
主要諧波產(chǎn)生源如下表：
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名 稱
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所屬行業(yè)
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變頻裝置
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商業(yè)、市政、民用、公用事業(yè)、工礦企業(yè)等
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UPS、開(kāi)關(guān)電源、逆變電源
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公用事業(yè)、商業(yè)、電子、通訊等
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地鐵、輕軌、充電站（樁）
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交通
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單（多）晶硅生產(chǎn)設(shè)備、中頻爐
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制造業(yè)
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電弧爐、交流弧焊機(jī)、感應(yīng)加熱裝置
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機(jī)械、能源、化工
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1.2 諧波的危害
1.2.1使電力元件附加損耗加大，易引發(fā)火災(zāi)。
諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率。大量三次諧波流過(guò)中線會(huì)使線路過(guò)熱，甚至引起火災(zāi)。
1.2.2影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。
諧波會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作，使電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)和噪聲等，使變壓器局部嚴(yán)重過(guò)熱，使電容器、電纜等設(shè)備過(guò)熱、絕緣老化、壽命縮短，以致?lián)p壞。
1.2.3引起電網(wǎng)諧振。
這種諧振可能使諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍，會(huì)對(duì)系統(tǒng)，特別是對(duì)電容器和與之串聯(lián)的電抗器形成很大的威脅，經(jīng)常使電容器和電抗器燒毀。
1.2.4使繼電保護(hù)誤動(dòng)作，電氣測(cè)量誤差過(guò)大。
諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)，特別是微機(jī)綜合保護(hù)器與自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，造成不必要的供電中斷和生產(chǎn)損失；諧波還會(huì)使電氣測(cè)量?jī)x表計(jì)量不準(zhǔn)確，產(chǎn)生計(jì)量誤差，給用電管理部門或電力用戶帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。
1.2.5使工控系統(tǒng)崩潰。
臨近的諧波源或較高次諧波會(huì)對(duì)通信及信息處理設(shè)備產(chǎn)生干擾，輕則產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，計(jì)算機(jī)無(wú)法正常工作；重則導(dǎo)致信息丟失，使工控系統(tǒng)崩潰。
1.3 諧波治理依據(jù)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)
GB/T14549-1993 《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》
GB/T15543-2008 《電能質(zhì)量：三相電壓允許不平衡度》
GB/T12325-2008 《電能質(zhì)量：供電電壓允許偏差》
GB/T12326-2008 《電能質(zhì)量：電壓波動(dòng)和閃變》
GB/T18481-2001 《電能質(zhì)量：暫時(shí)過(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)電壓》
GB/T15945-2008 《電能質(zhì)量：電力系統(tǒng)頻率允許偏差》
GB7625.1-1998 《低壓電氣電子產(chǎn)品發(fā)出的諧波電流限值》
GB/T15576-1995 《低壓無(wú)功功率靜態(tài)補(bǔ)償裝置總技術(shù)條件》
2典型應(yīng)用方案介紹
2.1項(xiàng)目背景
某鋼鐵股份公司是集煉焦、燒結(jié)、冶煉、軋材及科研開(kāi)發(fā)為一體的特大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，其屬下X軋鋼廠主要生產(chǎn)中厚板等鋼材產(chǎn)品，由于生產(chǎn)需要，在低壓配電系統(tǒng)變壓器二次側(cè)的設(shè)備主要是電動(dòng)機(jī)，變頻器帶動(dòng)電機(jī)工作。由于變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用大量非線性元件，所以在工作過(guò)程中產(chǎn)生大量諧波。
板材在軋制過(guò)程中存在一定的沖擊負(fù)荷，而且生產(chǎn)工藝也并非連續(xù)性。從而引起工作電壓/電流波動(dòng)、不連續(xù)，工作電流的變化同樣引起諧波電流波動(dòng)。
電流、電壓波動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
2.2項(xiàng)目方案
我公司為該企業(yè)軋鋼車間二號(hào)冷床下電網(wǎng)的諧波情況制定了相應(yīng)的解決方案。采用自主研發(fā)的并聯(lián)型有源電力濾波器ANAPF，在變壓器出線側(cè)進(jìn)行集中治理，濾波器可以自動(dòng)跟蹤治理負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流，并有效的濾除諧波，從而保證整個(gè)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。
系統(tǒng)治理示意如下圖所示：
2.3項(xiàng)目效果
投入有源電力濾波器后，諧波電壓、諧波電流治理效果：
投入有源電力濾波器運(yùn)行后，總電流畸變率由82.1%降至4.4%、5次諧波的電流畸變率由67.0%降至1.9%、7次諧波的電流畸變率由43.8%降至2.0%。電網(wǎng)質(zhì)量得到明顯的改善，并且適用于變化較快的負(fù)載，對(duì)供電系統(tǒng)的非線性負(fù)載在工作過(guò)程中產(chǎn)生的諧波起到明顯的抑制作用，從根本上改善了整個(gè)供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量狀況，有效地保護(hù)了生產(chǎn)線上設(shè)備的正常運(yùn)行。
3 ANAPF有源濾波器簡(jiǎn)介
3.1有源濾波器主要技術(shù)指標(biāo)
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接線方式
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三相三線或三相四線
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接入電壓
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3×380V ±10%
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接入頻率
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50Hz ±2%
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動(dòng)態(tài)補(bǔ)償響應(yīng)時(shí)間
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動(dòng)態(tài)響應(yīng)＜4ms，全響應(yīng)時(shí)間＜20ms；
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開(kāi)關(guān)頻率
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10kHz
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功能設(shè)置
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只補(bǔ)償諧波、只補(bǔ)償無(wú)功、既補(bǔ)償諧波又補(bǔ)償無(wú)功；手動(dòng)、自動(dòng)切換。
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諧波補(bǔ)償次數(shù)
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2-21次
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保護(hù)類型
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直流過(guò)壓 IGBT過(guò)流 裝置溫度保護(hù)
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過(guò)載保護(hù)
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自動(dòng)限流在設(shè)定值，不發(fā)生過(guò)載
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冷卻方式
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智能風(fēng)冷
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噪音
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＜ 65db(處于柜內(nèi)并運(yùn)作于額定狀態(tài))
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工作環(huán)境溫度
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-10℃～+45℃
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工作環(huán)境濕度
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＜85%RH 不凝結(jié)
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安裝場(chǎng)合
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室內(nèi)安裝
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海拔高度
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≤1000m（更高海拔需降容使用）
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進(jìn)出線方式
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下進(jìn)下出
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防護(hù)等級(jí)
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IP21
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智能通信接口
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RS485/MODBUS-RTU
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遠(yuǎn)程監(jiān)控
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可選
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外形尺寸(mm)
(W×D×H)
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30A
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50A
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75A
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100A
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600×500×1500
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600×500×1500
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600×500×1800
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800×600×2200
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重量(kg)
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三相四線
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三相三線
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30A、50A
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75A、100A
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30A、50A
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75A、100A
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280
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360
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240
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290
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3.2有源濾波器報(bào)價(jià)及元件清單
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型號(hào)：ANAPF100-400/B
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參考價(jià)格：12萬(wàn)元/臺(tái)
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主要產(chǎn)品明細(xì)：
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序號(hào)
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名 稱
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型 號(hào)
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數(shù)量
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1
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APF電氣柜
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800X600X2200
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1
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2
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變流器
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APFCOV-CVT100
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1
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3
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控制器
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APFMC-C100
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1
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4
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電抗器
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APF-RE.(S)DG-100
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1
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5
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有源電流互感器
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LT208-S7
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3
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6
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濾波器
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DL-1TH1
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2
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7
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斷路器
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CVS160FTM160D4P3D
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1
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8
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接觸器
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LC1D150M7C
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1
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9
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微型斷路器
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NDM1-63C32
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1
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10
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中間繼電器
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MY4NAC
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2
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11
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R型變壓器
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R320-0.38/0.22
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1
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12
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諧波檢測(cè)儀
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ACR350EGH
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1
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13
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電線
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16mm2
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若干
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14
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電線
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4mm2
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若干
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4結(jié)論
本文介紹的有源濾波裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，具有極快的響應(yīng)時(shí)間；一機(jī)多能，既可補(bǔ)諧波，又可兼補(bǔ)無(wú)功；先進(jìn)的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴?，精度更高、運(yùn)行更穩(wěn)定；使用方便，易于操作和維護(hù)。有源濾波裝置節(jié)約了用戶投資成本，縮短了工期，為低壓配電網(wǎng)的諧波治理工程提供了高效的補(bǔ)償裝置，具有良好的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景。
【參考文獻(xiàn)】
［1］ GB/T 14549-1993 《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》
［2］ 上海安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊(cè).2013.01.版
［3］ 吳競(jìng)昌.供電系統(tǒng)諧波，北京：中國(guó)電力科技出版社，1998
《ANAPF有源電力濾波裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用圖集》（圖集號(hào)：ACR13CDX701）由安科瑞電氣股份有限公司主編，該圖集的編制得到了中國(guó)建筑學(xué)會(huì)電氣分會(huì)副理事長(zhǎng)、全國(guó)建筑電氣情報(bào)網(wǎng)副理事長(zhǎng)、上海建筑設(shè)計(jì)研究院電氣總工陳眾勵(lì)專家的關(guān)心和支持。該圖集適用于新建、改建、擴(kuò)建和技改項(xiàng)目中工業(yè)與民用及公共建筑內(nèi)電氣設(shè)備的諧波抑制及綜合治理的設(shè)計(jì)與改造。凡需要該圖集的設(shè)計(jì)、使用、生產(chǎn)、安裝與施工單位，可向安科瑞電氣股份有限公司索取，請(qǐng)?zhí)峁┵F單位名稱、部門、地址、郵編、聯(lián)系人、聯(lián)系電話、郵箱等信息，傳真021-69158302、郵件2880157869@qq.com或QQ2880157869至安科瑞劉靜工程師收，安科瑞電氣可免費(fèi)贈(zèng)送《ANAPF有源電力濾波裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用圖集》。