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NRTBBL中頻爐高壓濾波無功補償成套裝置 高壓濾波補償柜 諧波治理裝置
ZRTBBL型諧波濾除裝置是專用于高低壓電網3次、5次、7次、11次、13次及以上的諧波無源濾波裝置。適用于中頻冶煉、變頻、軋鋼、整流設備等的環境。該裝置采用了電感和電容器組成串聯諧振吸收回路，有效的將負載產生的諧波加以吸收，從而避免將諧波電流返送到電力變壓器，大大降低電網的諧波量，同時有利于用戶電力變壓器的運行，降低功耗，提高設備和其它電器組件的可靠性。此外該設備還提供一定容量的無功功率補償，提高用戶負載的運行效率。該裝置分綜合控制柜和電抗電容框架，視用戶要求不同，配置的濾除諧波次數也不同。通常一套ZRTBBL系統可濾除4種諧波。系統的操作可分自動運行和手動操作。
1.2.1領域內關鍵詞語的基本概念
★ 諧波：（harmonic） 對周期性交流信號量進行傅立葉級數分解，得到頻率為基波頻率大于1的整數倍的分量。我國供電系統頻率為50Hz，所以5次諧波的頻率為250 Hz。7次諧波的頻率為350 Hz。11次諧波的頻率為550 Hz，13次諧波的頻率為650 Hz。
★ 公共連接點：（PCC）用戶接入電網的連接處。
★ 總諧波畸變率：（THD）周期性交流量的諧波含量的方均根值與基波分量的方均根值之比（用百分數表示）。電壓總諧波畸變率以THDU表示，電流總諧波畸變率以THDI表示。
★ 諧波源（harmonic source）：向公用電網注入諧波電流或在公用電網中產生諧波電壓的電氣設備。
★ 感性無功：電動機，變壓器在能量轉換過程中建立交變磁場，在一個周期內吸收的功率和釋放的功率相等，這種功率叫感性無功功率。
★ 容性無功電容器在交流電網中接通時在一個周期內，上半周期的充電功率和下半周期的放電功率相等，不消耗能量，這種充放電功率叫容性無功功率。
★ 功率因數：有功功率與視在功率的比值稱為功率數。
★ 功率因數調整電費：實行兩部分電價制度的用電企業，供電部門根據用戶平均功率因數而加收或減免的電費，稱為功率因數調整電費
1.2.2諧波的產生和危害
● 諧波的產生
諧波主要是由于大容量整流或換流設備以及其它非線性負荷，導致電流波形畸變造成的。我們對這些畸的變交流量進行傅立葉級數分解，即可得到50Hz的基波分量和頻率為基波分量整數倍的諧波分量。
● 諧波的危害
★ 影響供電系統的穩定運行：供配電系統中的電力線路與電力變壓器，一般采用電磁繼電器，感應式繼電器或新式微機保護進行檢測保護，在系統中這些屬于敏感元件，繼電器受到高次諧波的影響容易產生誤動作，微機保護由于采用了整流采樣電路，也及易受到諧波的影響導致誤動或拒動，這樣諧波嚴重威脅供電系統的穩定與安全運行。
★ 影響電網的質量：高次諧波能使電網的電壓與電流波形發生畸變，另外相同頻率的諧波電壓與諧波電流要產生同次諧波的有功功率和無功功率，從而降低電網電壓，增加電路損耗，浪費電網容量。
★ 影響供電系統的無功補償設備：供電系統變電站均有無功補償設備，當諧波注入電網時容易造成高壓電容過電流和過負荷，使電容異常發熱：另外諧波的存在還會加快電容器絕緣介質的老化，縮短電容的使用壽命。
★ 影響電力變壓器的使用：諧波的存在會使電力變壓器的銅損和鐵損增加，直接影響變壓器的使用效率；還會造成變壓器噪聲增加，縮短變壓器的使用壽命。
★ 影響用電設備：諧波的存在會造成異步電機電動機效率下降，噪聲增大；使低壓開關設備產生誤動作；對工業企業自動化的正常通訊造成干擾，影響電力電子計量設備的準確性。
1.2.3治理諧波及補償無功功率的重要性
采用專門的濾波裝置能夠有效的濾除高次諧波，同時向電網提供容性無功功率，其重要性主要表現在以下方面：
★ 濾除高次諧波能夠定化用電環境，降低視在功率，減少諧波電流在用電設備和輸配電設備中的發熱，直接節省有功功率；消除由于諧波產生的震動，延長電器的使用壽命；有效的消除對敏感元件的影響。
★ 由于濾波回路是由電抗器和電容器串聯形成的，所以在濾波的過程中能向電網注入容性無功，提高了功率因數，這樣就能避免供電部門高額的功率因數調整電費，由于無功電流的抵消，也相當于提高了配電設備的容量，減少了線損。無功功率補償還能提升末端的電網電壓，對優化用電環境有很重要的意義。
在設計濾波器時，首先應滿足各種負載水平下對諧波限制的技術要求，然后在次前提下，使濾波器在經濟上最為合理。除以上經濟分析外，設計濾波器還應注意以下兩點：
1）單調濾波器的諧振頻率會因電容，電感參數的偏差或變化而改變，電網頻率會有一定的波動，這將導致濾波器失諧。設計時應保證在正常波動情況下濾波裝置仍能滿足各項要求。
2）電網阻抗與濾波裝置有發生并聯諧振的可能，設計時應充分予以考慮。
2.1.1 業主提供的技術數據及要求
2.1.1.1系統電源
根據用戶提供的供電系統資料可知，企業110KV變電站進線電壓為110kV，出線電壓10KV。主變為2臺并列運行，一臺為63MVA,另一臺為20MVA。10KV母線短路容量未知，暫時按260MVA計算。
2.1.1.2 電力負荷
1）中頻爐、電弧爐變壓器裝機容量
中頻爐總裝機容量為37.2MVA，變壓器容量見下表：(表一)
|
變壓器序號 |
容 量 （KVA） |
負載性質 |
備注 |
|
1#變壓器（三圈變） |
6000 |
中頻爐 |
12脈 |
|
2#變壓器（三圈變） |
6000 |
中頻爐 |
12脈 |
|
3#變壓器（三圈變） |
3600 |
中頻爐 |
12脈 |
|
4#變壓器（三圈變） |
3600 |
中頻爐 |
12脈 |
|
5#變壓器（三圈變） |
3600 |
中頻爐 |
12脈 |
|
6#變壓器（三圈變） |
3600 |
中頻爐 |
12脈 |
|
7#變壓器（三圈變） |
3600 |
中頻爐 |
12脈 |
|
8#變壓器（三圈變） |
3600 |
中頻爐 |
12脈 |
|
9#變壓器（三圈變） |
3600 |
中頻爐 |
12脈 |
|
10#變壓器（電弧爐變） |
3200 |
電弧爐 |
|
|
合計 |
40.4MVA |
||
2）負荷性質
企業主要負荷為中頻爐，脈動數按12脈動設計。
2.1.1.3 濾波器安裝要求
在10kV母線上配置一套10KV無源濾波補償裝置，用戶自備10KV電容器出線柜4臺，用于投切、保護濾波裝置。本裝置為框架式結構（戶內圍欄或戶外圍欄）。
2.1.1.4 電能質量考核點（ PCC）
電能質量考核點暫時（ PCC）設在企業10kV母線處。
2.1.1.5電能質量考核指標
PCC 點月平均功率因數≥0.95；電能質量滿足國標要求。
PCC 點電壓總諧波畸變率及其他指標均滿足國標《電能質量－公用電網諧波》（ GB/T14549－93）的規定。
2.1.1.6 濾波方案
中頻爐投入運行時會產生諧波電流，引起電網側波形畸變。本方案擬采用集中濾波治理方案，在10kV母線上設置一套濾波兼無功補償裝置，以改善正弦電壓波形畸變，同時提高電網功率因數。
H(次數)
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
考察點諧波電流國標限值(A)
69.33
53.33
34.67
53.33
22.67
40
17.07
18.13
13.6
24.8
11.47
21.07
濾波前考察點諧波電流(A)
10
12.93
7
48.75
8
22.53
0
0
0
121.09
0
97.66
H(次數)
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
考察點諧波電流國標限值(A)
9.87
10.93
8.53
16
7.47
14.4
6.93
7.73
6.13
12
5.6
10.93
濾波前考察點諧波電流(A)
0
0
0
6.97
0
6.08
0
0
0
48.05
0
43.4
濾波器的軟件仿真分析及校驗
采用3頻率點濾波，用系統仿真分析比較了多組濾波組合的濾波效果，并從中選出3、5、7，11P次三個濾波支路為組合方式。在相同基波的補償容量下，采用3、5、7、11P次濾波組合有利于吸收系統中的5、7、11、13、23、25次諧波，同時對其它次諧波也不會產生放大作用。
1)計算機仿真軟件根據以下公式進行計算模擬仿真（本仿真分析按照安裝母線最小短路容量260MVA），其等效電路如下：
2)
式中，Im為諧波負載（中頻爐）等效為電流源發出的諧波電流，Ism為流入系統中的諧波電流，Ifm為濾波器吸收的諧波電流。在一般的仿真中，忽略負載阻抗，計算 系統 和 濾波補償支路的諧波電流分流情況。
2）系統基波阻抗計算
Xs=U*U/Sd
式中：U為系統電壓，kV
Sd為母線最小短路容量，MVA
3）計算機仿真軟件根據以下公式進行計算模擬仿真，單調諧濾波器的總阻抗計算方法如下：
10KV濾波器阻抗相頻特性曲線圖
10KV濾波器阻抗幅頻特性曲線圖 
投入濾波器前后考察點諧波電流的比較 
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