安科瑞 鮑靜君

　　江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

　　摘要：本文分析了電力電網(wǎng)的諧波源、諧波特性和危害，并通過某大型鋼鐵股份公司低壓配電系統(tǒng)中有源濾波器的應(yīng)用案例，對比分析了有源濾波器投入前后的情況，說明了有源濾波器的諧波治理技術(shù)是供電電能質(zhì)量的有效手段之，可將產(chǎn)生的諧波控制在小范圍內(nèi)，達到科學(xué)合理用電，抑制電網(wǎng)污染，提高電能質(zhì)量，保證電氣設(shè)備安全的作用。

　　關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量;諧波;有源濾波

　　1 電能質(zhì)量與諧波

　　1.1 諧波的產(chǎn)生

　　隨著電力電子變流裝置的應(yīng)用日益廣泛，電能得到了更加充分的利用。但非線性電力裝置設(shè)備的廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了大量畸變的電流諧波，畸變電流在電網(wǎng)中的流動導(dǎo)致了諧波電壓;諧波污染越來越多地威脅到電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，給同網(wǎng)絡(luò)的線性負載和其它用戶帶來了極大影響。諧波已與電磁干擾、功率因數(shù)降低并列為電力系統(tǒng)的三大公害。所以了解諧波產(chǎn)生的原理、研究供配電系統(tǒng)中的高次諧波問題對供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行有著非常積極的意義。諧波測量是諧波問題中的個重要分支，對抑制諧波、解決諧波產(chǎn)生的問題有著重要的指導(dǎo)作用。因此對諧波的測量和分析是電力系統(tǒng)分析和控制中的項重要工作，是繼電保護、故障測量等工作開展的重要前提。

　　主要諧波產(chǎn)生源如下表：

　　名 稱所屬行業(yè)

　　變頻裝置商業(yè)、市政、民用、公用事業(yè)、工礦企業(yè)等

　　UPS、開關(guān)電源、逆變電源公用事業(yè)、商業(yè)、電子、通訊等

　　地鐵、輕軌、充電站(樁)交通

　　單(多)晶硅生產(chǎn)設(shè)備、中頻爐制造業(yè)

　　電弧爐、交流弧焊機、感應(yīng)加熱裝置機械、能源、化工

　　1.2 諧波的危害

　　1.2.1使電力元件附加損耗加大，易引發(fā)火災(zāi)。

　　諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率。大量三次諧波流過中線會使線路過熱，甚至引起火災(zāi)。

　　1.2.2影響電氣設(shè)備的正常運行。

　　諧波會影響電氣設(shè)備的正常工作，使電機產(chǎn)生機械振動和噪聲等，使變壓器局部嚴重過熱，使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以致?lián)p壞。

　　1.2.3引起電網(wǎng)諧振。

　　這種諧振可能使諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍，會對系統(tǒng)，特別是對電容器和與之串聯(lián)的電抗器形成很大的威脅，經(jīng)常使電容器和電抗器燒毀。

　　1.2.4使繼電保護誤動作，電氣測量誤差過大。

　　諧波會導(dǎo)致繼電保護，特別是微機綜合保護器與自動裝置誤動作，造成不必要的供電中斷和生產(chǎn)損失;諧波還會使電氣測量儀表計量不準確，產(chǎn)生計量誤差，給用電管理部門或電力用戶帶來經(jīng)濟損失。

　　1.2.5使工控系統(tǒng)崩潰。

　　臨近的諧波源或較高次諧波會對通信及信息處理設(shè)備產(chǎn)生干擾，輕則產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，計算機無法正常工作;重則導(dǎo)致信息丟失，使工控系統(tǒng)崩潰。

　　1.3 諧波治理依據(jù)的國家標準

　　GB/T14549-1993 《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》

　　GB/T15543-2008 《電能質(zhì)量：三相電壓允許不平衡度》

　　GB/T12325-2008 《電能質(zhì)量：供電電壓允許偏差》

　　GB/T12326-2008 《電能質(zhì)量：電壓波動和閃變》

　　GB/T18481-2001 《電能質(zhì)量：暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓》

　　GB/T15945-2008 《電能質(zhì)量：電力系統(tǒng)頻率允許偏差》

　　GB7625.1-1998 《低壓電氣電子產(chǎn)品發(fā)出的諧波電流限值》

　　GB/T15576-1995 《低壓無功功率靜態(tài)補償裝置總技術(shù)條件》

　　2典型應(yīng)用方案介紹

　　2.1項目背景

　　某鋼鐵股份公司是集煉焦、燒結(jié)、冶煉、軋材及科研開發(fā)為體的特大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，其屬下X軋鋼廠主要生產(chǎn)中厚板等鋼材產(chǎn)品，由于生產(chǎn)需要，在低壓配電系統(tǒng)變壓器二次側(cè)的設(shè)備主要是電動機，變頻器帶動電機工作。由于變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用大量非線性元件，所以在工作過程中產(chǎn)生大量諧波。

　　板材在軋制過程中存在定的沖擊負荷，而且生產(chǎn)工藝也并非連續(xù)性。從而引起工作電壓/電流波動、不連續(xù)，工作電流的變化同樣引起諧波電流波動。

　　電流、電壓波動實時監(jiān)測

　　2.2項目方案

　　我公司為該企業(yè)軋鋼車間二號冷床下電網(wǎng)的諧波情況制定了相應(yīng)的解決方案。采用自主研發(fā)的并聯(lián)型有源電力濾波器ANAPF，在變壓器出線側(cè)進行集中治理，濾波器可以自動跟蹤治理負載產(chǎn)生的諧波電流，并有效的濾除諧波，從而保證整個系統(tǒng)安全可靠運行。

　　系統(tǒng)治理示意如下圖所示：

　　2.3項目效果

　　投入有源電力濾波器后，諧波電壓、諧波電流治理效果：

　　治理前電壓、電流波形圖治理后電壓、電流波形圖

　　治理前電流畸變率治理后電流畸變率

　　投入有源電力濾波器運行后，總電流畸變率由82.1%降至4.4%、5次諧波的電流畸變率由67.0%降至1.9%、7次諧波的電流畸變率由43.8%降至2.0%。電網(wǎng)質(zhì)量得到明顯的，并且適用于變化較快的負載，對供電系統(tǒng)的非線性負載在工作過程中產(chǎn)生的諧波起到明顯的抑制作用，從根本上了整個供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量狀況，有效地保護了生產(chǎn)線上設(shè)備的正常運行。

　　3 ANAPF有源濾波器簡介

　　3.1有源濾波器主要技術(shù)指標

　　接線方式三相三線或三相四線

　　接入電壓3×380V ±10%

　　接入頻率50Hz ±2%

　　動態(tài)補償響應(yīng)時間動態(tài)響應(yīng)<4ms，全響應(yīng)時間<20ms;

　　開關(guān)頻率10kHz

　　功能設(shè)置只補償諧波、只補償無功、既補償諧波又補償無功;手動、自動切換。

　　諧波補償次數(shù)2-21次

　　保護類型直流過壓　IGBT過流　裝置溫度保護

　　過載保護自動限流在設(shè)定值，不發(fā)生過載

　　冷卻方式智能風(fēng)冷

　　噪音< 65db(處于柜內(nèi)并運作于額定狀態(tài))

　　工作環(huán)境溫度-10℃～+45℃

　　工作環(huán)境濕度<85%RH 不凝結(jié)

　　安裝場合室內(nèi)安裝

　　海拔高度≤1000m(更高海拔需降容使用)

　　進出線方式下進下出

　　防護等級IP21

　　智能通信接口RS485/MODBUS-RTU

　　遠程監(jiān)控可選

　　外形尺寸(mm)

　　(W×D×H)30A50A75A100A

　　600×500×1500600×500×1500600×500×1800800×600×2200

　　重量(kg)三相四線三相三線

　　30A、50A75A、100A30A、50A75A、100A

　　280360240290

　　3.2有源濾波器報價及元件清單

　　型號：ANAPF100-400/B

　　參考價格：12萬元/臺

　　主要產(chǎn)品明細：

　　序號名 稱型 號數(shù)量

　　1APF電氣柜800X600X22001

　　2變流器APFCOV-CVT1001

　　3控制器APFMC-C1001

　　4電抗器APF-RE.(S)DG-1001

　　5有源電流互感器LT208-S73

　　6濾波器DL-1TH12

　　7斷路器CVS160FTM160D4P3D1

　　8接觸器LC1D150M7C1

　　9微型斷路器NDM1-63C321

　　10中間繼電器MY4NAC2

　　11R型變壓器R320-0.38/0.221

　　12諧波檢測儀ACR350EGH1

　　13電線16mm2若干

　　14電線4mm2若干

　　4結(jié)論

　　本文介紹的有源濾波裝置采用模塊化設(shè)計，具有極快的響應(yīng)時間;機多能，既可補諧波，又可兼補無功;的主電路拓撲和控制算法，精度更高、運行更穩(wěn)定;使用方便，易于操作和維護。有源濾波裝置節(jié)約了用戶投資成本，縮短了工期，為低壓配電網(wǎng)的諧波治理工程提供了的補償裝置，具有良好的應(yīng)用價值和應(yīng)用前景。

　　【參考文獻】

　　[1] GB/T 14549-1993 《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》

　　[2] 江蘇安科瑞電器制造有限公司產(chǎn)品手冊.2013.01.版

　　[3] 吳競昌.供電系統(tǒng)諧波，北京：中國電力科技出版社，1998

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：鮑靜君