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              諧波智能濾波裝置在某化工廠生產(chǎn)上應(yīng)用

              瀏覽次數(shù):1579更新日期:2013-09-30

              徐霜

                 安科瑞電氣股份有限公司   嘉定   201801

               

              1  前言

              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(dòng)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(jì)運(yùn)行,給同一網(wǎng)絡(luò)的線性負(fù)載和其它用戶帶來了大影響。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(duì)供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著非常積的意義。諧波測量是諧波問題中的一個(gè)重要分支,對(duì)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(duì)諧波的測量和分析是電力系統(tǒng)分析和控制中的一項(xiàng)重要工作,是繼電保護(hù)、故障測量等工作開展的重要前提。

              ANAPF系列有源電力濾波裝置,以并聯(lián)方式接入電網(wǎng),通過實(shí)時(shí)檢測負(fù)載的諧波和無功分量,采用PWM變流技術(shù),從變流器中產(chǎn)生一個(gè)和當(dāng)前諧波分量和無功分量對(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)諧波治理和無功補(bǔ)償。

              它具有供電質(zhì)量、提高功率因素和設(shè)備利用率、節(jié)約能源降低損耗等多種功能,從而獲得明顯的經(jīng)濟(jì)效益,投資回收年限一般為1~2年。本文以某化工廠為例,就低壓諧波濾波裝置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能作簡單的介紹。

              用戶用電情況簡況

              某化工廠2010年負(fù)荷配電變壓器容量5.2MVA,有1.6MVA配電變壓器兩臺(tái),2.0MVA配電變壓器一臺(tái),配電變壓器高壓側(cè)電壓10kV,低壓側(cè)為0.4kV,產(chǎn)生諧波的設(shè)備主要是整流柜,整流設(shè)備容量為1.344MVA。集中接于1號(hào)配變的(1.6MVA)0.4kV側(cè),如簡圖1所示。整流設(shè)備產(chǎn)生的主要諧波電流有5次、7次、11次、13次電流,其實(shí)測值見表1。

                                     圖1  接于配電變壓器低壓側(cè)的負(fù)荷

              1號(hào)配變原來裝有0.4kV側(cè)的無功補(bǔ)償電容器近600kvar,運(yùn)行兩年來已先后損壞更換約60%,由于無功不足,按力率調(diào)整電費(fèi)每年多交10多萬元(2010年統(tǒng)計(jì))。

              為諧波的不良影響,降低生產(chǎn)損耗,延長設(shè)備壽命,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,同時(shí)也為滿足無功補(bǔ)償?shù)囊螅郴S用低壓諧波濾波器裝置代替了原來的補(bǔ)償電容器組。

              表1  1號(hào)配電變壓器總線測試值

              諧波次數(shù)

              5

              7

              11

              13

              電流(A)

              483

              312

              176

              184

               

              ANAPF有源電力濾波裝置

              3.1 ANAPF有源電力濾波裝置技術(shù)參數(shù)

              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(dòng)態(tài)補(bǔ)償響應(yīng)時(shí)間

              動(dòng)態(tài)響應(yīng)<4ms,全響應(yīng)時(shí)間<20ms;

              開關(guān)頻率

              10kHz

              功能設(shè)置

              只補(bǔ)償諧波、只補(bǔ)償無功、既補(bǔ)償諧波又補(bǔ)償無功;手動(dòng)、自動(dòng)切換。

              諧波補(bǔ)償次數(shù)

              2-21次

              保護(hù)類型

              直流過壓 IGBT過流 裝置溫度保護(hù)

              過載保護(hù)

              自動(dòng)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(yùn)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(jìn)出線方式

              下進(jìn)下出

              防護(hù)等級(jí)

              IP21

              智能通信接口

              RS485/MODBUS-RTU

              遠(yuǎn)程監(jiān)控

              可選

              外形尺寸(mm)

              (W×D×H)

              30A

              50A

              7

              100A

              600×500×1500

              600×500×1500

              600×500×1800

              800×600×2200

              重量(kg)

              三相四線

              三相三線

              30A、50A

              7、100A

              30A、50A

              7、100A

              280

              360

              240

              290

               

              3.2 無功補(bǔ)償與電力濾波兼顧

              同一般低壓電容補(bǔ)償設(shè)備相比,ANAPF有源諧波濾波裝置除具有無功補(bǔ)償作用外,還具有濾波能力,使用戶注入系統(tǒng)的諧波電流大大降低,表2~3是某化工廠在兩組不同用電條件下的實(shí)測數(shù)據(jù)分析。

              從表2可以看出,裝設(shè)諧波濾波裝置前,原有電容補(bǔ)償支路和負(fù)荷及配電變壓器之間構(gòu)成并聯(lián)諧振回路使電容及配電變壓器的諧波電流明顯放大,其諧振點(diǎn)在13次附近。

              表3反映了投入諧波濾波裝置后使用戶的各項(xiàng)電能指標(biāo)得到明顯;無供需量減少50%,功率因素從0.734提高到0.917,電壓及電流畸變均減少了一半。

              ANAPF有源濾波裝置投入使用后,吸收整流設(shè)備產(chǎn)生的大部分高次諧波電流,大大減少對(duì)電網(wǎng)污染。1號(hào)變壓器0.4kV側(cè)投入諧波濾波裝置后,注入系統(tǒng)的諧波電流值5次從301A降至108A,7次從132A降至36A,11次從48A降至24A,13次從36A降至12A;對(duì)5、7、11、13次諧波的吸收效率分別是64%、72%、50%、66%。

              表2 原有電容補(bǔ)償設(shè)備對(duì)各次諧波電流的影響(0.4kV側(cè))

              工   況

              In/I1(%)

              3

              5

              7

              11

              13

              原有補(bǔ)償電容投入后

              4.6

              33.8

              16.9

              9.2

              18.4

              原有補(bǔ)償電容退出后

              4.6

              26.1

              10.7

              3.0

              1.5

               

              表3 諧波濾波裝置對(duì)電能質(zhì)量的

              工  況

              母線電壓(V)

              母線電流(KA)

              功率因素

              三相視在功率(MVA)

              三相有功功率(MW)

              三相無功功率(Mvar)

              電壓總畸變率(THDy)

              電流總畸變率(THDI

              諧波濾波裝置投入前

              389.4

              2.3

              0.734

              1.57

              1.15

              1.067

              5.3%

              14.57%

              諧波濾波裝置投入后

              397.3

              1.834

              0.917

              1.26

              1.15

              0.53

              2.55%

              7.3%

               

              3.3 ANAPF有源電力濾波裝置主要技術(shù)特點(diǎn)

              使用方便,易于操作和維護(hù)。DSP+FPGA全數(shù)字控制方式,具有快的響應(yīng)時(shí)間;的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴ǎ雀摺⑦\(yùn)行更穩(wěn)定;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;具有完善的橋臂過流、保護(hù)功能;

               

              3.4 諧波抑制及治理的容量設(shè)計(jì)

              3.4.1諧波電流估算

              諧波是由非線性設(shè)備產(chǎn)生的,而每種設(shè)備的實(shí)際工作狀態(tài)都不同。因此實(shí)際諧波電流需采用專門設(shè)備進(jìn)行測量,考慮到設(shè)備的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性,設(shè)計(jì)諧波治理裝置的額定諧波補(bǔ)償電流應(yīng)略大于系統(tǒng)諧波電流。由于諧波電流本身的測量與計(jì)算比較復(fù)雜,況且在設(shè)計(jì)時(shí)往往很難采集到足夠的電氣設(shè)備使用中的諧波數(shù)據(jù),可以根據(jù)下列公式以對(duì)諧波電流進(jìn)行估算。

               

               

               

              3.4.2 諧波補(bǔ)償裝置容量選型

                  補(bǔ)償電流選擇原則:根據(jù)估算得到諧波電流值。

                  如采用無源諧波抑制,可根據(jù)無功容量每千乏(kVar)折算成電流后按0.2-0.3的系數(shù)折算成諧波抑制電流,如100 kVar消諧式無功補(bǔ)償電流為144A,按系數(shù)0.2折算即抑制28.8A的諧波電流。

                  如采用有源濾波裝置,可根據(jù)濾波方案選擇框圖中的估算值進(jìn)行設(shè)計(jì)選型。

                  例:某公司配電變壓器容量為150kVA,變壓器變比為10/0.4kVK1取值為0.8K2取值為25%,試求選用電流等級(jí)為多少的有源濾波器即可滿足抑制諧波的需要。

              根據(jù)電流諧波公式為:

               

               

              考慮到要有一定有裕量,選用50A的有源電力濾波器

              故選用容量為35kVA的有源濾波器即可滿足抑制諧波的需求。

               

              3.5 ANAPF有源電力濾波裝置價(jià)格及主要元件清單

              型號(hào):ANAPF50-400/B

              參考價(jià)格:7.5萬元/臺(tái)

              主要產(chǎn)品明細(xì):

              序號(hào)

              名    稱

              型    號(hào)

              數(shù)量

              1

              APF電氣柜

              600X500X1800

              1

              2

              變流器

              APFCOV-CVT50

              1

              3

              控制器

              APFMC-C50

              1

              4

              電抗器

              APF-RE.(S)DG-50

              1

              5

              有源電流互感器

              LT108-S7

              3

              6

              濾波器

              DL-1TH1

              2

              7

              斷路器

              NSE100N4063

              1

              8

              接觸器

              LC1D65 M7C

              1

              9

              微型斷路器

              NDM1-63C32

              1

              10

              中間繼電器

              MY4NAC

              2

              11

              R型變壓器

              R320-0.38/0.22

              1

              12

              諧波檢測儀

              ACR350EGH

              1

              13

              電線

              16mm2

              若干

              14

              電線

              4mm2

              若干

               

              4  濾波補(bǔ)償裝置經(jīng)濟(jì)效能

              (1) 功率因素提高:裝置投入后功率因數(shù)提高至0.9以上,力率調(diào)整費(fèi)變罰為獎(jiǎng),即過去因無功不足每月需交力率調(diào)整費(fèi)近萬元,裝設(shè)補(bǔ)償濾波裝置后功率因數(shù)提高,每月獎(jiǎng)勵(lì)力率調(diào)整費(fèi)500多元。

              (2) 增容降低損:由于裝設(shè)濾波補(bǔ)償后,能進(jìn)行的就地?zé)o功補(bǔ)償,1號(hào)配變相當(dāng)于增加310kVA,同時(shí),損耗大大降低,2012年3月至11月,某化工廠節(jié)約電費(fèi)開支20.5萬元,產(chǎn)品用電單耗由514Kw.h/t,降為475.5 Kw.h/t,降幅為7.5%。

              (3) 提高產(chǎn)品合格率:濾波補(bǔ)償裝置投入后,諧波減少,電壓穩(wěn)定,電能質(zhì)量明顯,因而提高產(chǎn)品質(zhì)量,一級(jí)品率由97.1%提高到98.29&,2012年增加一級(jí)品型材近100t。

              (4) 延長設(shè)備壽命:濾波補(bǔ)償裝置投入后,負(fù)荷電流和諧波電壓、諧波電流的減少使設(shè)備的發(fā)熱損耗降低,振動(dòng)減少,整流元件損壞率降低、設(shè)備絕緣老化減緩,故障率下降,因而提高了安全運(yùn)行水平。設(shè)備壽命的延長,單電容而言,過去該廠損壞約200kvar電容器,濾波補(bǔ)償裝置投運(yùn)近2年來,裝置本身各元件正常運(yùn)行*。

              5  結(jié)語

              綜合所述,諧波濾波裝置兼顧了補(bǔ)償和濾波功能,諧波濾波裝置投運(yùn)后,不僅濾去了5、7、11、13次諧波,各次諧波含量均符合《電能質(zhì)量·公用電網(wǎng)諧波》允許的諧波電流值的要求。而且還補(bǔ)償了無功,使功率因數(shù)達(dá)到了0.9以上,杜絕了電費(fèi)罰款現(xiàn)象。由于濾除了諧波,減少了對(duì)供電系統(tǒng)的污染,保證裝置運(yùn)行正常。諧波濾波裝置具有*的濾波能力,是諧波污染和危害的根本措施,所以應(yīng)大力推廣使用。

              【參考文獻(xiàn)】

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              作者簡介:

              徐霜,女,本科,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電,: acrelxs  :

               

              《ANAPF有源電力濾波裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用圖集》(圖集號(hào):ACR13CDX701)由安科瑞電氣股份有限公司主編,本圖集結(jié)合ANAPF有源電力濾波裝置產(chǎn)品的特點(diǎn),依據(jù)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范,研究供配電系統(tǒng)中的高次諧波問題,達(dá)到供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的目的。圖集適用于新建、改建、擴(kuò)建和技改項(xiàng)目中工業(yè)與民用及公共建筑內(nèi)電氣設(shè)備的諧波抑制及綜合治理的設(shè)計(jì)與改造。凡需要圖集的請?zhí)峁┵F單位名稱、部門、地址、、、、等信息,傳真、郵件acrelxs或:至安科瑞徐霜工程師收,安科瑞電氣免費(fèi)贈(zèng)送。

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