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所屬分類:諧波治理裝置

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低壓動態無功補償兼諧波濾除裝置 NRTBBL


浙江能容電力設備有限公司研制生產的高低壓無功補償諧波濾除裝置。適用于冶金,化工,紡織,通訊機房設備等的環境。該裝置采用了動態過零投切元件,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。系統的操作可分自動運行和手動操作。

1.2諧波的基本定義及基礎知識

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:

    ★ 濾除高次諧波能夠凈化用電環境,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是諧的情況下濾波裝置仍能滿足各項要求。

2)電網阻抗變化對濾波裝置尤其是其中的單調諧濾波器的濾波效果有較大影響,而更為嚴重的是,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。

1.3項目業主有關情況

提供設備數據如下:

1) 負載性質:主要為三相橋式硅整流——逆變裝置

2) 負載功率:500-600kW

3) 平均功率因數:0.4左右

4) 變壓器參數:

容量:1250kVA   額定電壓:10/0.4kV 阻抗電壓:6% 接線組別:Dyn11

5) 總諧波電壓占比:17.5%

6) 總諧波電流占比:27%左右

其中,5次電流=20.5%  7次電流=14.5%

擬建的TSF型諧波治理裝置要求安裝在安裝在變壓器400V側。

 方案設計、設備選型

2.4.1方案設計、設備選型

2.4.1.1基波補償容量及安裝容量的確定

本方案的濾波補償以較大的600kW有功功率下的諧波狀態及無功補償需求,基波補償容量按下面公式計算。

Q=P(

用戶負載的有功功率取600KW,功率因數取0.4,補償到0.92,實際需要無功需求量1119kvar;

經我公司分析計算,結合我公司以往對其它相同項目的設計經驗,本方案設計在變壓器低壓側加裝一套低壓無功補償兼諧波濾除裝置,濾波裝置基波補償容量為1120kvar(能滿足用戶月平均功率因數在0.92以上),裝置共分為5,7,11三條濾波支路。由于考濾到濾波裝置投入后吸收大量諧波電流注入各濾波支路,因此濾波補償裝置在滿足基本補償容量的同時,必須得加大安裝容量,本方案設計系統總安裝容量為1800kvar。

由于系統中的實際諧波發生量非常大,在相同基波的補償容量下,采用5,7,11組合有利于對系統的實時無功補償及最大限度吸收5,7,11次諧波電流,同時避免對其它次諧波產生放大。仿真給出系統諧波電流前后對比圖,5,7,11次諧波含量均有大幅度的吸收,對于3次諧波稍微有大約1.1倍的放大,由于系統中3次諧波分量本身就比較小,故不會產生太大影響,各次諧波電流含量均控制在國標規定值以內。

上計算表按照單投切一組(H5,H7,H11)時,該組濾波器電容對0.4KV 母線諧波電流和基波電流的承受能力。故為避免特征諧波放大。手動操作時對投切次序有一嚴格要求,一般情況下H5、H7,H11支路同時投入時(先后相間0.5~1分鐘)投入順序:H5-H7-H11;切除相反,H11-H7-H5。





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