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用戶(hù)側(cè)電網(wǎng)諧波危害及有源濾波裝置控制應(yīng)用方案

瀏覽次數(shù):1668更新日期:2013-09-30

徐霜

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)是供電電能質(zhì)量的手段之一,可將產(chǎn)生的諧波控制在zui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(xiàn)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(xiàn)性負(fù)載和其它用戶(hù)帶來(lái)了大影響。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、研究供配電系統(tǒng)中的高次諧波問(wèn)題對(duì)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:

名     稱(chēng)

所屬行業(yè)

變頻裝置

商業(yè)、市政、民用、公用事業(yè)、工礦企業(yè)等

UPS、開(kāi)關(guān)電源、逆變電源

公用事業(yè)、商業(yè)、電子、通訊等

地鐵、輕軌、充電站(樁)

交通

單(多)晶硅生產(chǎn)設(shè)備、中頻爐

制造業(yè)

電弧爐、交流弧焊機(jī)、感應(yīng)加熱裝置

機(jī)械、能源、化工

 

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(xiàn)會(huì)使線(xiàn)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(mén)或電力用戶(hù)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(xiàn)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(chē)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(xiàn)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:

治理前電壓、電流波形圖

治理后電壓、電流波形圖

治理前電流畸變率

治理后電流畸變率

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,并且適用于變化較快的負(fù)載,對(duì)供電系統(tǒng)的非線(xiàn)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,從根本上了整個(gè)供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量狀況,地保護(hù)了生產(chǎn)線(xiàn)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)

接線(xiàn)方式

三相三線(xiàn)或三相四線(xiàn)

接入電壓

3×380V ±10%

接入頻率

50Hz ±2%

動(dòng)態(tài)補(bǔ)償響應(yīng)時(shí)間

動(dòng)態(tài)響應(yīng)<4ms,全響應(yīng)時(shí)間<20ms;

開(kāi)關(guān)頻率

10kHz

功能設(shè)置

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。

諧波補(bǔ)償次數(shù)

2-21次

保護(hù)類(lèi)型

直流過(guò)壓 IGBT過(guò)流 裝置溫度保護(hù)

過(guò)載保護(hù)

自動(dòng)限流在設(shè)定值,不發(fā)生過(guò)載

冷卻方式

智能風(fēng)冷

噪音

< 65db(處于柜內(nèi)并運(yùn)作于額定狀態(tài))

工作環(huán)境溫度

-10℃~+45℃

工作環(huán)境濕度

<85%RH 不凝結(jié)

安裝場(chǎng)合

室內(nèi)安裝

海拔高度

≤1000m(更高海拔需降容使用)

進(jìn)出線(xiàn)方式

下進(jìn)下出

防護(hù)等級(jí)

IP21

智能通信接口

RS485/MODBUS-RTU

遠(yuǎn)程監(jiān)控

可選

外形尺寸(mm)

(W×D×H)

30A

50A

7

100A

600×500×1500

600×500×1500

600×500×1800

800×600×2200

重量(kg)

三相四線(xiàn)

三相三線(xiàn)

30A、50A

7、100A

30A、50A

7、100A

280

360

240

290

 

3.2有源濾波器報(bào)價(jià)及元件清單

型號(hào):ANAPF100-400/B

參考價(jià)格:12萬(wàn)元/臺(tái)

主要產(chǎn)品明細(xì):

序號(hào)

名    稱(chēng)

型    號(hào)

數(shù)量

1

APF電氣柜

800X600X2200

1

2

變流器

APFCOV-CVT100

1

3

控制器

APFMC-C100

1

4

電抗器

APF-RE.(S)DG-100

1

5

有源電流互感器

LT208-S7

3

6

濾波器

DL-1TH1

2

7

斷路器

CVS160FTM160D4P3D

1

8

接觸器

LC1D150M7C

1

9

微型斷路器

NDM1-63C32

1

10

中間繼電器

MY4NAC

2

11

R型變壓器

R320-0.38/0.22

1

12

諧波檢測(cè)儀

ACR350EGH

1

13

電線(xiàn)

16mm2

若干

14

電線(xiàn)

4mm2

若干

 

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;的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴ǎ雀摺⑦\(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(hù)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] 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

 

 

作者簡(jiǎn)介:

徐霜,女,本科,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電,: acrelxs  :

 

 

《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,本圖集結(jié)合ANAPF有源電力濾波裝置產(chǎn)品的特點(diǎn),依據(jù)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范,研究供配電系統(tǒng)中的高次諧波問(wèn)題,達(dá)到供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的目的。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。凡需要圖集的請(qǐng)?zhí)峁┵F單位名稱(chēng)、部門(mén)、地址、、、、等信息,傳真、郵件acrelxs或:至安科瑞徐霜工程師收,安科瑞電氣免費(fèi)贈(zèng)送。