諧波治理在某電纜廠的應(yīng)用實(shí)例

安科瑞 徐玉麗

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

    隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，大量的直流設(shè)備、變頻調(diào)速設(shè)備及其它非線(xiàn)性負(fù)荷被廣泛應(yīng)用，對(duì)供電系統(tǒng)電能質(zhì)量要求越來(lái)越高。高次諧波的產(chǎn)生，增加了電能諧波損耗，降低了系統(tǒng)功率因數(shù)，不僅影響電網(wǎng)的質(zhì)量，而且還很大程度的影響電網(wǎng)的可靠性，嚴(yán)重時(shí)造成繼電保護(hù)誤動(dòng)，燒毀微機(jī)保護(hù)線(xiàn)路板、數(shù)字電能表及其它微機(jī)裝置。

1、故障現(xiàn)象

     某電纜廠400V供電系統(tǒng)由兩臺(tái)歐式箱式變電站組成，兩臺(tái)箱變的接線(xiàn)方案，但其箱變出線(xiàn)所帶負(fù)荷不樣。兩臺(tái)歐式箱式變電站投運(yùn)不久，1號(hào)箱變就發(fā)生了無(wú)功補(bǔ)償柜中元器件損壞的情況。損壞的元器件主要是電容接觸器和熔斷器，其中電容接觸器燒毀嚴(yán)重。

     起初分析認(rèn)為可能是電容接觸器的樁頭接線(xiàn)松動(dòng)導(dǎo)致接觸電阻增加，樁頭接線(xiàn)發(fā)熱起火燒壞電容器接觸器，進(jìn)而引起接觸器上側(cè)的熔斷器燒毀，產(chǎn)生的火苗又損壞了熔斷器。隨后該公司即更換了燒壞的元器件，同時(shí)對(duì)所有的接線(xiàn)樁頭進(jìn)行了檢查，無(wú)功補(bǔ)償柜改進(jìn)后繼續(xù)投入運(yùn)行。但是更改后的無(wú)功補(bǔ)償柜使用不到個(gè)月，再次出現(xiàn)了元器件損壞的情況。元器件損壞的位置、現(xiàn)象基本和上次的情況樣。

2、原因分析

    兩次無(wú)功補(bǔ)償柜的故障都發(fā)生在1號(hào)箱變而非2號(hào)箱變，對(duì)比分析1、2號(hào)箱式變電站的負(fù)荷可以發(fā)現(xiàn)，2號(hào)箱變的負(fù)載基本上為異步電動(dòng)機(jī)和辦公照明負(fù)載，相對(duì)負(fù)載較小；而1號(hào)箱變所帶負(fù)載中除了異步電動(dòng)機(jī)還有三臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，其功率分別為185kw、155kw、30kw。此外，還有大量通過(guò)可控硅控溫的加熱設(shè)備，相對(duì)2號(hào)箱變負(fù)載較大。

在兩次無(wú)功補(bǔ)償柜發(fā)生故障時(shí)，該廠的交聯(lián)電纜生產(chǎn)線(xiàn)都在運(yùn)轉(zhuǎn)，也就是說(shuō)直流電機(jī)和相當(dāng)部分的加熱設(shè)備都掛在1號(hào)箱變的低壓母線(xiàn)上。該廠的加熱回路采用了三相半控橋式整流電路，同時(shí)用交流電源對(duì)直流電機(jī)供電少不了要有整流裝置。由于整流裝置輸出波形的非正弦性，不同相數(shù)的整流電路會(huì)產(chǎn)生不同特征的諧波電流。如三相橋式的6相脈動(dòng)整流電路產(chǎn)生的諧波電流主要為6k±1次（5、7、11、13次，等等）見(jiàn)表1。 

表1  6相脈動(dòng)整流裝置電流諧波理論數(shù)據(jù)

因此，交聯(lián)電纜生產(chǎn)線(xiàn)在生產(chǎn)時(shí)可能對(duì)1號(hào)箱變400V系統(tǒng)產(chǎn)生了諧波。

根據(jù)對(duì)負(fù)荷性質(zhì)分析和理論公式的推算，可以確定1號(hào)箱變400V系統(tǒng)中存在6k±1次為主的諧波電流。為了證實(shí)和明確1號(hào)箱變400V系統(tǒng)的諧波情況和參數(shù)，對(duì)1號(hào)、2號(hào)箱變進(jìn)行了多次的對(duì)比測(cè)量。2號(hào)箱變總線(xiàn)電流波形和頻譜圖分析見(jiàn)圖1，1 號(hào)箱變總線(xiàn)電流波形和頻譜圖分析見(jiàn)圖2。

對(duì)比分析圖1和圖2，2號(hào)箱變總線(xiàn)電流波形為規(guī)則正弦波，頻譜圖分析也表明其電流基本只含基波50Hz電流；1號(hào)箱變總線(xiàn)電流波形為非正弦波，頻譜圖分析可以看出含有3、5、7、11次等諧波。電流總畸變率THDi為52.32%，功率因數(shù)0.8，系統(tǒng)阻抗R = 0.1W L = 0.1mH，系統(tǒng)短路容量10MVA。

1號(hào)箱變的無(wú)功補(bǔ)償柜之所以數(shù)次出現(xiàn)電容接觸器和熔斷器損壞的情況，其原因就是交聯(lián)電纜生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)生的諧波電流被無(wú)功補(bǔ)償柜的電容器放大產(chǎn)生了過(guò)電流，致使接觸器和熔斷器過(guò)熱損壞。

3 、諧波治理

    諧波電流不僅影響無(wú)功補(bǔ)償柜的正常使用，致使無(wú)功功率電費(fèi)支出增加，諧波污染越來(lái)越多地威脅到電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，給同網(wǎng)絡(luò)的線(xiàn)性負(fù)載和其它用戶(hù)帶來(lái)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(wèn)題對(duì)供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著非常積極的意義。諧波測(cè)量是諧波問(wèn)題中的個(gè)重要分支，對(duì)抑制諧波、解決諧波產(chǎn)生的問(wèn)題有著重要的指導(dǎo)作用。因此對(duì)諧波的測(cè)量和分析是電力系統(tǒng)分析和控制中的項(xiàng)重要工作，是繼電保護(hù)、故障測(cè)量等工作開(kāi)展的重要前提。

在電力系統(tǒng)抑制和治理諧波的主要措施有：提高供電電壓等級(jí)；加大系統(tǒng)短路容量；增加變流裝置的脈動(dòng)數(shù)；系統(tǒng)的運(yùn)行方式，設(shè)置交流濾波器等都能減小系統(tǒng)中的諧波成分。

對(duì)于該電纜廠，由于供電系統(tǒng)的方案已定型，我們可以考慮設(shè)置有源濾波器。設(shè)置APF的好處有：系統(tǒng)用電環(huán)境，提高用電質(zhì)量；提高系統(tǒng)功率因數(shù)，減少無(wú)功發(fā)款，帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益；三相系統(tǒng)負(fù)載電流的平衡，降低N線(xiàn)電流，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3.1 有源濾波器的工作原理：

    ANAPF系列有源電力濾波裝置，以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載的諧波和無(wú)功分量，采用PWM變流技術(shù)，從變流器中產(chǎn)生個(gè)和當(dāng)前諧波分量和無(wú)功分量對(duì)應(yīng)的反向分量并實(shí)時(shí)注入電力系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)諧波治理和無(wú)功補(bǔ)償。

原理如下圖：

圖3 工作原理

    ANAPF系列有源電力濾波裝置主要技術(shù)特點(diǎn)：DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，具有極快的響應(yīng)時(shí)間；的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴?，精度更高、運(yùn)行更穩(wěn)定；機(jī)多能，既可補(bǔ)諧波，又可兼補(bǔ)無(wú)功；模塊化設(shè)計(jì)，便于生產(chǎn)調(diào)試；便利的并聯(lián)設(shè)計(jì)，方便擴(kuò)容；具有完善的橋臂過(guò)流、保護(hù)功能；使用方便，易于操作和維護(hù)。

3.2 ANAPF技術(shù)參數(shù)：

3.3 ANAPF有源濾波器報(bào)價(jià)及元件清單

4 、治理效果

以下是補(bǔ)償前后單相功率、5次諧波電流及7資金諧波電流對(duì)比圖：

APF運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)以直流電機(jī)和三相橋式的6相脈動(dòng)整流裝置產(chǎn)生的諧波電流取得了很好的抑制效果，特別是了諧波含量較高的5、7次諧波電流。現(xiàn)在，設(shè)備運(yùn)行良好，諧波危害得以有效控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳志業(yè).尹華麗.電能質(zhì)量及其治理新技術(shù)【J】.電網(wǎng)技術(shù)，2002（7）.

[2]張浩.戴瑞珍.諧波抑制的工程設(shè)計(jì)方法探討.電網(wǎng)技術(shù)，2002（6）.

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

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