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1、低压滤波补偿装置方案设计第一章项目概述1.1前言低压谐波滤除装置是专用于低压电网3次、5次、7次、11次、13次及以上的谐波无 源滤波装置。适用于中频冶炼、变频、轧钢、整流设备等的环境。该装置采用了电感和电容 器组成串联谐振吸收回路，有效的将负载产生的谐波加以吸收，从而避免将谐波电流返送到 电力变压器，大大降低电网的谐波量，同时有利于用户电力变压器的运行，降低功耗，提高 设备和其它电器组件的可靠性。此外该设备还提供一定容量的无功功率补偿，提高用户负载 的运行效率。该装置分综合控制柜和电抗柜，视用户要求不同，配置的滤除谐波次数也不同。 通常一套ZRTBBL系统可滤除4种谐波。系统的操作可分自动运
2、行和手动操作。1.2谐波的基本定义及基础知识1.2.1领域内关键词语的基本概念谐波：（harmonic）对周期性交流信号量进行傅立叶级数分解，得到频率为基波频率大 于1的整数倍的分量。我国供电系统频率为50Hz，所以5次谐波的频率为250 Hz。7次谐 波的频率为350 Hzo 11次谐波的频率为550 Hz，13次谐波的频率为650 Hz。公共连接点：（PCC）用户接入电网的连接处。总谐波畸变率：（THD）周期性交流量的谐波含量的方均根值与基波分量的方均根值之比 （用百分数表示）。电压总谐波畸变率以THDU表示，电流总谐波畸变率以THDI表示。谐波源（harmonic source）:向公用
3、电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的 电气设备。感性无功：电动机，变压器在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率 和释放的功率相等，这种功率叫感性无功功率。容性无功电容器在交流电网中接通时在一个周期内，上半周期的充电功率和下半周期的 放电功率相等，不消耗能量，这种充放电功率叫容性无功功率。功率因数：有功功率与视在功率的比值称为功率数。功率因数调整电费：实行两部分电价制度的用电企业，供电部门根据用户平均功率因数 而加收或减免的电费，称为功率因数调整电费1.2.2谐波的产生和危害谐波的产生谐波主要是由于大容量整流或换流设备以及其它非线性负荷，导致电流波形畸变造成的。我 们对这些
4、畸的变交流量进行傅立叶级数分解，即可得到50Hz的基波分量和频率为基波分量 整数倍的谐波分量。谐波的危害影响供电系统的稳定运行：供配电系统中的电力线路与电力变压器，一般采用电 磁继电器，感应式继电器或新式微机保护进行检测保护，在系统中这些属于敏感元件，继电 器受到高次谐波的影响容易产生误动作，微机保护由于采用了整流采样电路，也及易受到谐 波的影响导致误动或拒动，这样谐波严重威胁供电系统的稳定与安全运行。影响电网的质量：高次谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变，另外相同频率的谐波 电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率和无功功率，从而降低电网电压，增加电路损耗， 浪费电网容量。影响供电系统的无功
5、补偿设备：供电系统变电站均有无功补偿设备，当谐波注入电网时容易造成高压电容过电流和过负荷，使电容异常发热：另外谐波的存在还会加快电容 器绝缘介质的老化，缩短电容的使用寿命。影响电力变压器的使用：谐波的存在会使电力变压器的铜损和铁损增加，直接影响变压 器的使用效率；还会造成变压器噪声增加，缩短变压器的使用寿命。影响用电设备：谐波的存在会造成异步电机电动机效率下降，噪声增大；使低压开关 设备产生误动作;对工业企业自动化的正常通讯造成干扰,影响电力电子计量设备的准确性。1.2.3治理谐波及补偿无功功率的重要性采用专门的滤波装置能够有效的滤除高次谐波，同时向电网提供容性无功功率，其重要性主 要表现在以
6、下方面：滤除高次谐波能够定化用电环境，降低视在功率，减少谐波电流在用电设备和输 配电设备中的发热，直接节省有功功率；消除由于谐波产生的震动，延长电器的使用寿命; 有效的消除对敏感元件的影响。由于滤波回路是由电抗器和电容器串联形成的，所以在滤波的过程中能向电网注入容性 无功，提高了功率因数，这样就能避免供电部门高额的功率因数调整电费，由于无功电流的 抵消，也相当于提高了配电设备的容量，减少了线损。无功功率补偿还能提升末端的电网电 压，对优化用电环境有很重要的意义。在设计滤波器时，首先应满足各种负载水平下对谐波限制的技术要求，然后在次前 提下，使滤波器在经济上最为合理。除以上经济分析外，设计滤波器
7、还应注意以下两点：1）单调滤波器的谐振频率会因电容，电感参数的偏差或变化而改变，电网频率会有一定的 波动,这将导致滤波器失谐。设计时应保证在正常是谐的情况下滤波装置仍能满足各项要求。2）电网阻抗变化对滤波装置尤其是其中的单调谐滤波器的滤波效果有较大影响，而更为严 重的是，电网阻抗与滤波装置有发生并联谐振的可能，设计时应充分予以考虑。1.3项目业主有关情况根据用户提供的供电系统资料可知，该配电系统整流控制设备生产线上现有供电变压器1 台，容量为1250KVA,电压变比为10/0.4,带11台单相380V整流变压器设备。由于整流变 输出控制设备采用的是晶闸管整流技术，在工作时不同程度地产生了一定的
8、谐波发生量，根 据用户提供的参数及我公司对其它同类型项目的谐波测试数据分析可知，整流变工作时，在 用户配电系统中，5次谐波电流含量可达到17%以上，7次谐波电流也可达12%以上，谐波电 流及谐波电压畸变率将会远远超出国标电能质量公用电网谐波GB/T 14549-93的国家 标准限值。高次谐波电流注入上端10KV电网，将导致电力系统中高次谐波含量迅速增长， 引起供电电压波形畸变，增加了线损和用电设备的损耗，造成了多余的能耗，同时影响电网 其他用电设备的正常运行，降低了电能质量，对设备的安全运行造成了安全隐患。同时由于 设备运行时随着负荷的变化功率因数变压也较大，低负荷时只有0.80.85左右，这
9、将产生 多余的无功损耗，给用户造成较大无功罚款，使用户蒙受了较大的电费损失。为了保证设备正常运行、供电系统可靠供电和节约电能，需要对该设备采取抑制谐波电流的 技术措施，同时考虑补偿基波无功功率。根据我国有关电网电压质量的标准规定，以及目前 国内外在谐波治理方面的研究成果，采用滤波兼动态补偿技术方案，针对该整流产生的特征 谐波分别设置滤波回路，吸收谐波电流，同时也起到补偿基波无功功率、节约电能的作用。 乐清市中容电力补偿设备有限公司生产的谐波治理设备具有动态跟随负荷的变化的特性，能 有效提高电网的电能质量、功率因数和节约电能，同时提高整个用电系统运行的可靠性及设 备运行效率，降低运行成本和设备维
10、护费用，延长设备的使用寿命，给用户带来明显的经济 效益。14整流负载产生的谐波对电网及设备的影响电源根据整流脉数可以分为6脉整流，12脉甚至24脉，根据工作时的功率因数可以分为恒 功率机与普通机。整流的相数越高，产生的谐波量就越低，对电网的影响就越小，危害大大 降低。电源由于采用的电气传动为晶闸管整流技术，所以在工作时除了功率因数较低外，同时也产 生高次谐波，若中频电源变压器单个绕组侧采用的是六脉动整流技术，则产生的谐波主要以 5，7，11，13 次为主。高次谐波对电网主要影响：引起电气设备发热，振动，增加损耗，缩短寿命，干扰通讯，使 可控硅误触发，部分继电保护误动作，电气绝缘老化损坏等。以下
11、作出单边（一个绕组）六脉整流方式工作时的硬件仿真原理图及电压电流波形：电源接入系统后的硬件工作仿真图图二、电源工作时的高压侧及低压侧的电压电流波形第二章方案设计2.1设计依据2.1.1业主提供的现场技术数据l供电系统一次图l变压器参数1250/1010 / 0.4KV D,yn11 取 Ud=4.5%1 台l负载资料表1负载参数变压器参数负载参数变压器名称额度容量(KVA)数量一次/二次电压(KV)连接组别负载名称功率数量(台)变12501台10/0.4KVDyn111000KW2.1.2谐波含量现场测试/估算数据l谐波数据分析本方案在低压侧进行滤波和无功补偿，所以需要计算低压侧谐波电流，整流
12、器为6脉动可控 整流，谐波源产生的特征谐波为：(正整数1,2,3,4)谐波电流均按设备正常工作状态计算，然后根据最大负荷电流校验最不利情况下的谐波电流 值。谐波电流计算公式按以下公式：式中：一谐波次数；一网侧基波电流；一谐波电流修正系数；谐波电流修正系数Kx谐波次数57111317192325实测修正系数1.30.80.90.70.80.60.70.5各谐波源的网侧基波电流按下式计算:6脉动整流电路 式中：一基波电流；一直流侧电流；一效率（取0.93）以下为用户额定负荷工作时的谐波发生量：表一 谐波发生量（估算值，以其它同类型用户作参考）设备名称网侧电压谐波电流备注5TH7TH11TH13TH
13、17TH19TH1250 变0.4KV240A170A75A因低压侧以六脉整流方式工作的设备较多，故高压1250 变10KV （估算）9.6A6.8A3.0A侧的5、7次谐波含量较大。2.2设计要达到的技术要求根据业主的要求，对变压器进行低压动态无功功率补偿，补偿后变压器二次侧的平均功率因 数大于0.92，谐波达到国家标准。l考核点（PCC）： 10KV进线处。l考核指标：1）月平均功率因数：=0.92。2）谐波电流一般不超过国标限值（GB/T1454993），如表2基谐波次数及谐波电流允许值准标准短电压路容2345678910111213141516171819202122232425KV量MVA0.381078623962264419211628132411129.7188.6167.88.97.1146.512610043342134142411118.5167.1136.16.85.3104.79.04.34.93.97.43.66.810100262013208.5156.46.85.19.34.37.93.74.13.26.02.85.42.62.92.34.52.14.135250
