谐波治理兼无功补偿技术方案设计

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1、谐波治理兼无功补偿技术方案设计谐波治理兼无功补偿技术方案设计领步中国电能质量专业服务平台项目主管：陈兴龙审核：张朝元编写：马建立 王文林一、一、 方案设计依据方案设计依据1 、工况介绍1.1系统参数秦皇岛市某船务有限公司渔港配套一期工程供电从南李庄 110KV 变电站一台 50MVA 主变引出一条专用10KV 线路供电，负载 3 台容量 800KVA 门机变压器和容量 500KVA 照明变压器和 400KVA 生活箱变各一台，电压变比都为 10/0.4KV， 门座式起重机采用 10KV 电源直接上吊车，由吊车上的变压器变为 380V 后供应起重机各部分的变频调速电机运行，查证同类型门座式起重机

2、的动力配置可知，每座起重机分别由 2 台功率 160KW、1 台 37KW、2 台 45KW 和 8 台 11KWYZP 系列三相异步起重变频电机来驱动起升机构、旋转机构、变幅机构和行走机构这四部分工作单元的运行。500KVA 照明变压器和 400KVA 生活变压器的低压侧都配有容量 200KVA的电容补偿装置。1.2门座式起重机 的工作特点及对电能质量的影响港口码头为了加快船舶周转，减少在港停泊时间，希望快装快卸。因此，门座式起重机的工作特点是反复短时运转：门机的 4 种工作机构中，起升、旋转和变幅三种机构都需频繁的起动和运转；频繁的电气和机械制动。其所选电动机大都是短时电动机。 门机的电动

3、机工作周期(一个工作周期包括工作时间、 停机和断电时间)为 10 min 左右，一台门机的 3 个机构的电动机在频繁的起动和制动。装船或卸船时需要几台门机同时工作，实践证明，它们的变化频率是在以毫秒级进行的。众所周知，由于门机系统中主要负载为变频电机，在正常生产运行时变频整流设备将产生大量的谐波， 影响到设备自身和电网系统的安全运行， 同时由于门机自身频繁的起动、 运转和制动的工作特点，在正常运行时还将产生非常严重的无功冲击引起电压波动和闪变，也将危害整个系统的电压平稳，因此港口门机系统不仅需要进行谐波治理，还要治理电压波动和闪变，才能全面提升系统电能质量，确保安全稳定的生产，受秦皇岛市某船务

4、有限公司的委托，领步（北京）电能质量设备有限公司领步（北京）电能质量设备有限公司现为其设计治理方案。2 、设计参考标准电控设备 第二部分：装有电子器件的电控设备 GB/T3797-1989高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求 GB/T11022-1989高压并联电容器 GB3983.2-1989电抗器 GB/10229-1988电能质量 公用电网谐波 GB/T14549-1993并联电容器装置设计规范 GB50227-2008交流高压隔离开关和接地开关 GB1985-89高压并联电容器用放电线圈订货技术条件 DL/T653-1998并联电容器单台保护用高压熔断器 JB/T 3840-198

5、5交流电气装置的过电压保护和绝缘配合 DL/T620电力变压器 第一部分 总则 GB 1094.1-1996三相油浸式电力变压器技术参数和要求 GB/T6451-199二、二、 用户需求分析与对策用户需求分析与对策虽然某电力科学研究院对秦皇岛市某船务有限公司渔港配套一期工程进行的电能质量评估报告结论是只有五次谐波电流超标需要治理， 其他谐波电流与电压波动等指标未超出国家电能质量相关标准的要求， 但我们在设计治理方案时需要分析清楚进行电能质量评估的着眼点与整个系统负载长期安全稳定运行的关联与区别。 对一个新增负载项目的电能质量评估是着眼于该用户配电系统接入上级电网系统的接入点的相关电能质量参数是

6、否符合国家相关电能质量标准的要求， 而无论是接入点的电能质量参数还是国家相关电能质量标准的限值指标都是一个比例值，都与所接入配电系统的容量大小、电压等级和分配的短路容量直接相关。因此就会出现同样的负载接入不同的上级配电系统， 产生完全不同的评估结果，所以像起重机、吊车、电弧炉等大容量引发无功冲击导致谐波污染和电压波动的快变负载，就需要跟上级供电部门进行协调，一方面企业的高压进线采用专线供电，避免与其它单位用户共用一条高压线路而导致同一线路上的用户直接受到电压波动和闪变的影响， 也就是力争不直接影响他人， 另外请供电部门把线路接在上级变电站容量比较大电压等级比较高的配电系统上，产生的谐波电流和无

7、功冲击能被上级容量比较大的配电系统进行缓冲稀释消减，考核点的电能质量评估参数就容易达到国家标准的要求而减少电能质量治理的费用投入， 秦皇岛市某船务有限公司的渔港配套一期工程正是遵循了上述方式：用 10KV 专线直接接入了容量 350Mvar 的 110KV 变电站（而不是 35KV 变电系统）才导致除 5 次谐波电流外的其他主要电能质量指标都满足国家标准的考核要求；但作为用户进行电能质量治理而言，不仅要考虑上级变电站可能受到的干扰与影响的考核要求， 还要考虑企业自身各种生产设备免受谐波和电压波动的干扰而低能耗安全稳定运行， 渔港配套一期工程中的 3 座门座式起重机为典型的快变负载，生产运行时系

8、统无功变化频率高幅度大，势必会引起所在系统电压剧烈波动与谐波污染，虽然被上级大容量配电系统稀释而干扰影响不大，但肯定会影响用户自身同一系统内其他负载的正常生产运行，因此治理方案的设计需要充分考虑这个因数，进行针对性的谐波滤波和动态无功补偿才更符合用户的需要。三、三、 治理方案分析比较治理方案分析比较: 低压低压 PF+SVG 是性价比最好的选择是性价比最好的选择因为用户需要治理的负载是三台容量 800KVA 门座式起重机， 为同一条 10KV 高压进线， 低压侧都是 400V，因此进行谐波滤波和动态无功补偿就有在 10KV 高压侧集中治理和在 400V 低压侧分项就近治理两种可能性。高压侧集中

9、治理的优势是只需设计一套装置可以解决低压侧多套设备对高压母线的干扰影响，低压侧设备数量越多集中治理的成本优势越明显，劣势是只能治理母线上的谐波与无功参数，不能越过变压器治理到低压侧负载本身的谐波干扰与危害，也就是有益上级配电系统而对用户自身无益；低压侧分项就近治理优势是针对性治理用户自身负载侧的谐波与补偿无功， 不仅可以改善用户负载及变压器的电力损耗与引发的危害干扰，而且也同样有益于高压侧各项电能质量指标的净化提高，满足上级供电部门的考核要求，其劣势是每台负载都要做对应的治理装置，如果设备负载多治理装置数量就多，那么总成本费用就比较高，在本项目中低压侧负载设备只有三座门机，低压侧分项治理和高压

10、侧集中治理费用成本差不多，因此采用低压侧400V 谐波滤波和动态无功补偿对用户更有利。快变负载引起的无功冲击导致电压波动和闪变的治理主要采用动态无功补偿的方式，当前低压 400V 动态无功补偿主要有以下两种形式： 晶闸管投切电容器装置(Thyristor SwltchedCapacltor)简称为 TSC 和 静止无功发生器（Statle Var Generator）简称为 SVG。在构成上，TSC 采用无源器件（电容器）的快速投切来进行容性无功补偿，不能实现感性无功补偿，可实现分级快速补偿但不能连续可调， SVG 是通过逆变器的控制实现无功的快速调节，不再需要大容量的交流电容/电抗器件，是属

11、于电源型的主动式补偿装置，并且能够从容性到感性全面补偿，而门座式起重机在拉升货物时需要快速补充容性无功，在下放货物时又需要快速补偿感性无功，因此要实现感性到容性的动态快速无功补偿，SVG 是最佳的选择。目前，最常用的谐波治理方法就是加装滤波器。滤波器主要有无源滤波器和有源滤波器两种。无源滤波器因其工作原理简单、运行可靠操作方便、滤波补偿兼顾且价格便宜投入低的特点而被广泛使用，但技术设计复杂、原材料消耗高、滤波次数少精度低是其劣势，有源滤波器的特点是，它可以实时跟踪、全面消除电网各次谐波且滤波精度高，设计安装简便，不足之处就是成本价格较高费用投入大并且兼顾无功补偿非常不经济。 门座式起重机动力都

12、是变频电机，正常情况下变频设备产生的谐波遵循 6N1 整流原理，系统中 5次、7 次谐波为主要特征谐波，大概占到系统总谐波的 80%，其它次谐波含量比较低影响很小无需治理，某电力科学研究院的测评报告也充分验证了这一点， 因此采用包含 5 次和 7 次谐波滤波支路的无源滤波就可以满足工业变频器用户的治理要求，并能非常经济地配合 SVG 实现动态无功补偿的需要。四、四、 港口门座式起重机港口门座式起重机 负载负载 的的 治理方案设计治理方案设计结合上述对比分析，我们提议对渔港一期工程设计低压 400V 无源滤波+静止无功发生器的低压动态滤波补偿治理方案， 为三台 T40-35M 门座式起重机各设计

13、安装一套低压滤波动态无功补偿装置，具体方案设计如下：根据类似港口起重机用户的项目经验，起重机在负重提升和负重下行时，起重电机需要快速补偿容性无功或感性无功不会超过电机自身功率的 120%， 而 T40-35M 门座式起重机的起升机构主要动力为 2 台 160KW 的变频电机，因此静止式无功发生器的容量配备400KVA 就能满足要求，达到：1)改善冲击负荷所引起的电流冲击，有效抑制电压波动和电压闪变。2)提高电压运行水平，同时也可有效避免起重机低谷负荷时无功过剩引起的电压过高现象。3)改善电动机起动性能，缩短起动时间，电气设备出力随电压升高而得到平稳增加。4)减少了配变电变压器和配电线路中的负荷

14、电流，提高了承载率、达到增容的效果，提高自控系统的工作可靠性。变频器产生的特征谐波主要为 5 次和 7 次谐波， 因此 400V 无源滤波器设计 5 次和 7 次两条滤波支路，给系统提供的无功补偿容量为 200KVA，为了滤除系统内的五次和 7 次谐波电流，因此需要安装容量为 960KVA， 在无功补偿方面与400KVASVG 配合使用， 实现-200KVA 到+600KVA 的连续动态无功补偿。一次系统结构图示如下：每套装置为两面 GCK 标准柜，安装尺寸为：宽 1000mm深 1000mm高 2200mm2 面柜。五、领步公司介绍。领步领步（北京北京）电能质量设备有限公司电能质量设备有限公

15、司是一家以广大电力用户及电力部门为服务对象高新技术企业，兼为“电能质量研究所”主要从事电能质量优化净化的研究开发和工程应用，是集科研、生产、销售和服务为一体的高科技公司：四零零-零五六-五二五八。公司坚持“科技先导，以人为本”的战略发展思想，汇聚了一批高素质专业技术人才，不断消化吸收国际电能质量优化净化领域的前沿技术， 研发成功国内领先的动态无功补偿装置和高、 低压谐波治理系统，投入工程化应用后，其因性能稳定可靠，节电效果显著，而深受广大用户的欢迎和专家的好评。“净化电能污染，优化电能质量；降低电能消耗，确保节能增效”是企业的核心竞争力，以顾客需求为导向，提供“ 7 24 小时技术咨询四零零-零五六-五二五八”“专业现场检测分析”“投资收益可行性报告”“设计、安装、调试和技术培训一条龙服务”以及“定期回访和技术支持 8 小时响应”售后专业化服务，全方位打造技术和服务双优品牌！