谐波治理及无功补偿方案参考

一、概述：1、无功补偿的意义1、补偿无功功率可以增加电网中有功功率的比例常数2、减少发供、电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因cosΦ=0.8增加到cos4=0.95时，装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KVA；反之，增加0.52KVA；对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此对新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。3、降低线损，由公式△P%=(1-cosΦ/cosΦ)X100%得出其中cosΦ为补偿后的功率因数,cosΦ为补偿前的功率因数则cosΦcosΦ，所以提高功率因数后，线损率也下降了.减少设计容量，减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益，所以功率因数是考核经济效益的重要指标规划、实施无功补偿势在必行。2、谐波治理的意义1、谐波的产生近年来，电力电子装置应用日益广泛，但它们也是最严重、最突出的谐波源，在各种电力电子装置中，整流装置所占的比例最大。整流电路是一种将交流电能转换为直流电能的变换器。变频装置是一种前段将交流电能变换为直流能的变换器，它在生产过程中必然会产生较大的谐波，且功率因数达不到0.9的要求。变频装置是三相桥式，整流后是6脉动的，根据谐波理论分析，它产生的特征谐波为5、7、11、13、17、19……次，表达方式为h=6N±1（N=1，2，3，4，…正整数），特征谐波的电流与基波电流关系为：Ih=I1/h。变频装置在额定运行时，产生的5次谐波对基波含有率通常低于15%，7次低于8%，11次低于5%，13次低于2%。在负荷较小时，虽然谐波含有率较高，但实际向电网注入的谐波电流并不大，同时11次及以上高次谐波虽然与低于7次的谐波电流相比数值较小，但由于低压侧短路容量较小，其阻抗相对较大，故对谐波电压含有率及低压侧波形畸变率影响较大。所以11次以上谐波对电网影响不容忽视。2、谐波的危害变频装置产生的谐波电流，对系统可产生较大的影响，它不仅会产生较大的发热损耗，而且会加速电气设备的绝缘老化，特别是对电缆、变压器运行、电机运行非常不利。此外，产生谐波严重时，也会对自动控制系统和保护装置产生干扰，使其误动作，影响电网的正常安全运行。此外，谐波也会对变电站和其它用户的无功补偿电容器产生严重的影响，使其不能投运，若投运可产生谐波放大，严重时将烧坏设备，这在以后运行时特别注意，变电站和用户不要投入无谐波抑制的电容器组。二、某公司谐波治理及无功补偿方案1、某公司，使用变压器1250KW三台，负载是六脉中频炉，产生大量谐波注入电网，其他设备使用3150KVA变压器两台，主要是负载变频器，大功率电动机，同样产生谐波和需要无功功率补偿。谐波治理及无功补偿采取分散、集中治理谐波方法，即在谐波源总负荷前端安装谐波治理设备，这样就治理整个电网的谐波，谐波治理及无功补偿效率高，投资少。2、某公司，1250KVA变压器负载中频炉同时使用两台，谐波治理及无功补偿设备也采用两套。现场每台中频炉运行参数如下（根据以往测试其他设备状况）：输入功率：1250KW输入电压：660V功率因数：0.82电压谐波畸变：15%左右具体需要现场实测。以实际测量为主。3、两台3150KVA变压器，负载形式较多，有变频器，电动机；根据通用电网数据，功率因数大约在0.8左右，由于变频器使用较多，谐波畸变大约在10%左右。谐波治理及无功补偿形式，每台变压器3150KVA配一套谐波治理及无功补偿设备。实际情况测试后具体确定。三、谐波治理和无功补偿遵循标准国内外经验表明当电压波形畸变率在大于8%时对电子设备和运行中电气设备造成较大影响，大于10%时对其它用户电气设备有严重影响。在这种工况下，纯无功补偿电容器根本不能投运，对电缆、变压器等设备使用寿命有不良影响，产生大量的谐波电流会造成谐波发热损耗。因此，有必要加以治理。在进行设计低压滤波器时，通常应结合实际情况，给出具体的设计要求和谐波源及设备的运行资料。根据了解的负荷情况，我们拟采取在谐波治理的同时结合全厂的无功补偿需求，使谐波指标满足国标，同时实际功率因数达到0.90左右。装置设计遵守的标准为满足国标规定的技术规范要求：1．GB12326-2000“电能质量电压波动和闪变”2．GBH14549“电能质量公用电网谐波”3．DLH599-1996“城市低压配电网改造技术导则”4.GBH17886.1－1999“标称电压10V及以下交流电力系统用非自愈式并联电容器”综合治理后达到的性能参数满足国标规定要求1）使得谐波源向系统注入电网的各次谐波电流符合国标要求，在负荷达到额定运行时，总畸变含量：UN≤5%，In≤10%。2）无功补偿及滤波装置运行时不会对其它电气设备产生不良影响和干扰，设备自身安全可靠运行。3）补偿后力率在0.90左右，本次方案无具体指标要求，且不向系统倒送无功。4）装置采用自动投切，跟踪负荷进行自动补偿，当负荷全停时，装置将自动全停。四、具体滤波和补偿方案的确定1）滤波谐波和谐波电流的确定从一般交流供电的直流系统设计原理可知，它是通过三相桥式整流装置进行整流来获得直流电流的，三相桥式整流装置正常运行必然产生较大的谐波电流，且功率因数也达不到0.9（经验值在0.6左右）的要求，一般三相桥式整流设备在正常运行工况下，产生的谐波电流主要是5、7、11、13、17、19……次，它的主要特征谐波为h=6K±1,K正整数，产生的特征谐波电流与基波电流关系为：Ih=I1/h。考虑到控制器运行燃弧角（或换向角）的影响，装置负荷在额定负荷运行时，产生的5次谐波对基波含有率通常低于20％，7次低于14％，11次低于9％，13次低于7％。在负荷较小时，虽然谐波含有率较高，但实际向电网注入的谐波电流并不大，同时11次以上高次谐波虽然与低于7次以下的谐波电流相比数值较小，但由于低压侧短路容量较小，其阻抗相对较大，故对谐波电压含有率及低压侧波形畸变率影响较大，这是滤波器设计时的一个矛盾，直接影响到运行效果和设计成本。由此可知，其产生的谐波电流主要是5次谐波，7次相应次之，11、13次及以上相对较小，但考虑到11次以上高次谐波对电压畸变率的贡献影响，对11次也需加以限制，实际滤波支路将以5次为主，7次为辅，同时考虑11次以上的高通滤波。另外，还需防止对3次和其它谐波的放大影响，这在各支路设计通盘考虑。现场谐波源由三台400KW中频电源及其他一些小负载产生，预计产生谐波源总负荷1500KW，根据现场情况，采用集中治理谐波方法，即在谐波源总负荷前端安装谐波治理设备，这样就治理整个电网的谐波。五、原先补偿实例：（1250KVA）补偿装置投切前后0.4kV母排上的各次谐波电压畸变率的统计数据如下表所示：表1投切前后0.4kV母线谐波电压统计值统计时间：1h统计次数：360统计项目投前0.4KV母线（％）投后0.4kV母线（％）ABCABC谐波次数1（kV）最大值218.8217.2217.9224.0222.5223.4平均值214.4212.5213.5218.9217.2218.3最小值210.2208.3209.3214.7212.9214.13最大值0.991.731.101.301.761.2895％大值0.941.641.241.181.661.21平均值0.811.461.370.961.491.115最大值3.343.623.411.281.161.6695％大值2.953.333.131.131.111.56平均值2.472.922.650.891.041.447最大值1.841.692.011.051.000.7795％大值1.621.451.650.950.820.69平均值1.331.031.100.810.610.589最大值0.931.580.710.530.930.5795％大值0.811.490.640.480.840.47平均值0.651.370.530.420.730.3011最大值3.653.222.280.670.240.3395％大值2.752.361.690.590.180.27平均值1.671.410.920.480.100.1913最大值1.171.641.210.590.490.5495％大值1.171.451.020.440.400.43平均值1.161.180.790.250.280.32THDu(%)最大值5.206.074.882.463.933.0295％大值5.055.844.592.383.802.92平均值4.245.364.212.213.532.711）测试曲线图2电压变化曲线图3电流变化曲线图4A相有功变化曲线图5A相无功变化曲线图6功率因数图7电压总畸变率及主要谐波电压变化曲线（％）图8总畸变电流及主要谐波电流变化曲线（A）1)滤波装置投入前后电压、电流波形图9滤波装置投入前电压、电流波形图10滤波装置投入后电压、电流波形4）测试结论4.1滤波补偿装置投运，有效地滤除了大量的谐波电流，使主要的5、11次谐波电流由212.3A、69.3A降低为59.8A、42.3A，注入系统的谐波电流已控制在国标允许范围内。4.2滤波补偿装置的投入，谐波电压畸变得到了很大的改善，605炼胶变低压侧的电压波形总畸变率由未投时的6.03%，降低到3.93%；606炼胶变低压侧的电压波形总畸变率由未投时的10.31%，降低到3.97%。各次谐波电压含有率也在标准规定范围内。可见，滤波装置的投运效果非常显著。4.3滤波补偿装置投入后，功率因数也得到了很好的补偿，605炼胶变低压侧的功率因数从0.72提高到0.95左右，606炼胶变低压侧的功率因数从0.61提高到0.90左右，运行经济效益十分可观。4.5滤波补偿装置投入后，低压侧母排的电压提高了6～10V，负荷电流减少了600～800A。4.4经调试投运后，滤波补偿装置稳定可靠，可长期投入运行。上表实测值来源于福建省电力试验研究院电能质量测试报告，根据上表考虑值就是实际运行时允许流入滤波支路中的额定谐波电流，在短时内允许有1.2倍的过电流。也就是我们设计的高效滤波支路可将此谐波电流90%以上谐波消除。实际考虑各支路相互影响后，应根据一定的经验数据进行设计。