諧波治理及無功補償方案參考

1、一、概述：1、無功補償?shù)囊饬x1、補償無功功率可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)2、減少發(fā)供、電設(shè)備的設(shè)計容量，減少投資，例如當(dāng)功率因cos=0.8增加到cos4=0.95時，裝IKvar電容器可節(jié)省設(shè)備容量0.52KVA;反之,增加0.52KVA;對原有設(shè)備而言，相當(dāng)于增大了發(fā)、供電設(shè)備容量。因此對新建、改建工程，應(yīng)充分考慮無功補償，便可以減少設(shè)計容量，從而減少投資。3、降低線損，由公式P%=(1cos/cos)X100%#出其中cos為補償后的功率因數(shù),cos為補償前的功率因數(shù)則cos>cos，所以提高功率因數(shù)后，線損率也下降了.減少設(shè)計容量，減少投資，增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例，以及

2、降低線損都直接決定和影響著供電企業(yè)的經(jīng)濟效益，所以功率因數(shù)是考核經(jīng)濟效益的重要指標(biāo)規(guī)劃、實施無功補償勢在必行。2、諧波治理的意義1、諧波的產(chǎn)生近年來，電力電子裝置應(yīng)用日益廣泛，但它們也是最嚴(yán)重、最突出的諧波源，在各種電力電子裝置中，整流裝置所占的比例最大。整流電路是一種將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的變換器。變頻裝置是一種前段將交流電能變換為直流能的變換器，它在生產(chǎn)過程中必然會產(chǎn)生較大的諧波，且功率因數(shù)達(dá)不到0.9的要求。變頻裝置是三相橋式，整流后是6脈動的，根據(jù)諧波理論分析，它產(chǎn)生的特征諧波為5、7、11、13、17、19次，表達(dá)方式為h=6N±1(N=1,2,3,4,正整數(shù))，特征諧波

3、的電流與基波電流關(guān)系為：Ih=I1/h。變頻裝置在額定運行時，產(chǎn)生的5次諧波對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%。在負(fù)荷較小時，雖然諧波含有率較高，但實際向電網(wǎng)注入的諧波電流并不大，同時11次及以上高次諧波雖然與低于7次的諧波電流相比數(shù)值較小，但由于低壓側(cè)短路容量較小，其阻抗相對較大，故對諧波電壓含有率及低壓側(cè)波形畸變率影響較大。所以11次以上諧波對電網(wǎng)影響不容忽視。2、諧波的危害變頻裝置產(chǎn)生的諧波電流，對系統(tǒng)可產(chǎn)生較大的影響，它不僅會產(chǎn)生較大的發(fā)熱損耗，而且會加速電氣設(shè)備的絕緣老化，特別是對電纜、變壓器運行、電機運行非常不利。此外，產(chǎn)生諧波嚴(yán)重時，也會對自

4、動控制系統(tǒng)和保護裝置產(chǎn)生干擾，使其誤動作，影響電網(wǎng)的正常安全運行。此外，諧波也會對變電站和其它用戶的無功補償電容器產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，使其不能投運，若投運可產(chǎn)生諧波放大，嚴(yán)重時將燒壞設(shè)備，這在以后運行時特別注意，變電站和用戶不要投入無諧波抑制的電容器組。二、某公司諧波治理及無功補償方案1、某公司，使用變壓器1250KWE臺，負(fù)載是六脈中頻爐，產(chǎn)生大量諧波注入電網(wǎng)，其他設(shè)備使用3150KV故壓器兩臺，主要是負(fù)載變頻器，大功率電動機，同樣產(chǎn)生諧波和需要無功功率補償。諧波治理及無功補償采取分散、集中治理諧波方法，即在諧波源總負(fù)荷前端安裝諧波治理設(shè)備，這樣就治理整個電網(wǎng)的諧波，諧波治理及無功補償效率高，投

5、資少。2、某公司，1250KVA變壓器負(fù)載中頻爐同時使用兩臺，諧波治理及無功補償設(shè)備也采用兩套?，F(xiàn)場每臺中頻爐運行參數(shù)如下（根據(jù)以往測試其他設(shè)備狀況）：輸入功率：1250KW輸入電壓：660V功率因數(shù)：0.82電壓諧波畸變：15%左右具體需要現(xiàn)場實測。以實際測量為主。3、兩臺3150KVA變壓器，負(fù)載形式較多，有變頻器，電動機；根據(jù)通用電網(wǎng)數(shù)據(jù)，功率因數(shù)大約在0.8左右，由于變頻器使用較多，諧波畸變大約在10%左右。諧波治理及無功補償形式，每臺變壓器3150KVA配一套諧波治理及無功補償設(shè)備。實際情況測試后具體確定。三、諧波治理和無功補償遵循標(biāo)準(zhǔn)國內(nèi)外經(jīng)驗表明當(dāng)電壓波形畸變率在大于8%時對電子

6、設(shè)備和運行中電氣設(shè)備造成較大影響，大于10%時對其它用戶電氣設(shè)備有嚴(yán)重影響。在這種工況下，純無功補償電容器根本不能投運，對電纜、變壓器等設(shè)備使用壽命有不良影響，產(chǎn)生大量的諧波電流會造成諧波發(fā)熱損耗。因此，有必要加以治理。在進(jìn)行設(shè)計低壓濾波器時，通常應(yīng)結(jié)合實際情況，給出具體的設(shè)計要求和諧波源及設(shè)備的運行資料。根據(jù)了解的負(fù)荷情況，我們擬采取在諧波治理的同時結(jié)合全廠的無功補償需求，使諧波指標(biāo)滿足國標(biāo)，同時實際功率因數(shù)達(dá)到0.90左右。裝置設(shè)計遵守的標(biāo)準(zhǔn)為滿足國標(biāo)規(guī)定的技術(shù)規(guī)范要求：1 GB12326-2000“電能質(zhì)量電壓波動和閃變”2 GBH14549“電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波”3 DLH599-19

7、96“城市低壓配電網(wǎng)改造技術(shù)導(dǎo)則”聯(lián)電容器”綜合治理后達(dá)到的性能參數(shù)滿足國標(biāo)規(guī)定要求4.GBH17886.1 199910V 及以下交流電力系統(tǒng)用非自愈式并1）使得諧波源向系統(tǒng)注入電網(wǎng)的各次諧波電流符合國標(biāo)要求，在負(fù)荷達(dá)到額定運行時，總畸變含量：UnW5%In<10%2）無功補償及濾波裝置運行時不會對其它電氣設(shè)備產(chǎn)生不良影響和干擾，設(shè)備自身安全可靠運行。3）補償后力率在0.90左右，本次方案無具體指標(biāo)要求，且不向系統(tǒng)倒送無功。4）裝置采用自動投切，跟蹤負(fù)荷進(jìn)行自動補償，當(dāng)負(fù)荷全停時，裝置將自動全停。四、具體濾波和補償方案的確定1）濾波諧波和諧波電流的確定從一般交流供電的直流系統(tǒng)設(shè)計原理可

8、知，它是通過三相橋式整流裝置進(jìn)行整流來獲得直流電流的，三相橋式整流裝置正常運行必然產(chǎn)生較大的諧波電流，且功率因數(shù)也達(dá)不到0.9（經(jīng)驗值在0.6左右）的要求，一般三相橋式整流設(shè)備在正常運行工況下，產(chǎn)生的諧波電流主要是5、7、11、13、17、19次，它的主要特征諧波為h=6K±1,K正整數(shù)，產(chǎn)生的特征諧波電流與基波電流關(guān)系為：Ih=I1/h?？紤]到控制器運行燃弧角（或換向角）的影響，裝置負(fù)荷在額定負(fù)荷運行時，產(chǎn)生的5次諧波對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。在負(fù)荷較小時，雖然諧波含有率較高，但實際向電網(wǎng)注入的諧波電流并不大，同時11次以上高次諧波雖然與低

9、于7次以下的諧波電流相比數(shù)值較小，但由于低壓側(cè)短路容量較小，其阻抗相對較大，故對諧波電壓含有率及低壓側(cè)波形畸變率影響較大，這是濾波器設(shè)計時的一個矛盾，直接影響到運行效果和設(shè)計成本。由此可知，其產(chǎn)生的諧波電流主要是5次諧波，7次相應(yīng)次之，11、13次及以上相對較小，但考慮到11次以上高次諧波對電壓畸變率的貢獻(xiàn)影響，對11次也需加以限制，實際濾波支路將以5次為主，7次為輔，同時考慮11次以上的高通濾波。另外，還需防止對3次和其它諧波的放大影響，這在各支路設(shè)計通盤考現(xiàn)場諧波源由三臺400KW中頻電源及其他一些小負(fù)載產(chǎn)生，預(yù)計產(chǎn)生諧波源總負(fù)荷1500KW根據(jù)現(xiàn)場情況，采用集中治理諧波方法，即在諧波源總

10、負(fù)荷前端安裝諧波治理設(shè)備，這樣就治理整個電網(wǎng)的諧波。五、原先補償實例：（1250KVA）補償裝置投切前后0.4kV母排上的各次諧波電壓畸變率的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如下表所示：表1投切前后0.4kV母線諧波電壓統(tǒng)計值統(tǒng)計時間：1h統(tǒng)計統(tǒng)計項目投前0.4KV母線（）投后0.4kV母線（%）ABCABC1(kV)最大值218.8217.2217.9224.0222.5223.4平均值214.4212.5213.5218.9217.2218.3最小值210.2208.3209.3214.7212.9214.1最大值0.991.731.101.301.761.28諧395%大值0.941.641.241.181.6

11、61.21平均值0.811.461.370.961.491.11波最大值3.343.623.411.281.161.66595%大值2.953.333.131.131.111.56次平均值2.472.922.650.891.041.44最大值1.841.692.011.051.000.77數(shù)795%大值1.621.451.650.950.820.69平均值1.331.031.100.810.610.58最大值0.931.580.710.530.930.57995%大值0.811.490.640.480.840.47平均值0.651.370.530.420.730.3011最大值3.653.22

12、2.280.670.240.3395%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)測試曲線圖2電壓變化曲線圖3電流變化曲線圖4 A相有功變化曲線圖5 A相無功變化曲線投前投后技后護后投

13、前投后圖6功率因數(shù)圖8總畸變電流及主要諧波電流變化曲線（A）1）濾波裝置投入前后電壓、電流波形49.99H705/04/0710:05:26230UWEEH5D1E0UAH-CURSOR/IKJM。卜HOLDLIL2L3bMKOHUhh刖玲用小RUN圖9濾波裝置投入前電壓、電流波形1ei6,3u1184DR圖io濾波裝置投入后電壓、電流波形4）測試結(jié)論4.1 濾波補償裝置投運，有效地濾除了大量的諧波電流，使主要的5、11次諧波電流由212.3A、69.3A降低為59.8A42.3A,注入系統(tǒng)的諧波電流已控制在國標(biāo)允許范圍內(nèi)。4.2 濾波補償裝置的投入，諧波電壓畸變得到了很大的改善，605煉膠變低壓側(cè)的電壓波形總畸變率由未投時的6.03%,降低到3.93%;606煉膠變低壓側(cè)的電壓波形總畸變率由未投時的10.31%,降低到3.97%。各次諧波電壓含有率也在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)?？梢?，濾波裝置的投運效果非常顯著。4.3 濾波補償裝置投入后，功率因數(shù)也得到了很好的補償，605煉膠變低壓側(cè)的功率因數(shù)從0.72提高到0.95左右，606煉膠變低壓側(cè)的功率因數(shù)從0.61提高到0.90左右，運行經(jīng)濟