400V谐波治理 660V谐波治理

400V谐波治理 660V谐波治理

前言

乐清市中容电力补偿设备有限公司研制生产的高低压无功补偿谐波滤除装置。适用于冶金，化工，纺织，通讯机房设备等的环境。该装置采用了动态过零投切元件，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。系统的操作可分自动运行和手动操作。

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 Hz。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下方面：

   ★ 滤除高次谐波能够净化用电环境，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*为合理。除以上经济分析外，设计滤波器还应注意以下两点：

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

厂区变电室为一台1250KVA变压器，已有电容补偿。变压器容量 1250 KVA，  10 KV/ 0.4 KV，△U%= 4.52 %，主要负载：拉铜机。负载较为稳定。工作时产生大量高次谐波，功率因数较低。

大量的高次谐波。同时也给某些进口数控设备、计算机系统带来安全隐患，甚至威胁到带载设备的正常运行及生产工艺质量。同时变压器容量不能得到充分利用，产生较大的网络损耗，耗费电能，无形中给企业带来不必要的经济损失。

乐清市中容电力补偿设备有限公司生产的无功补偿成套设备具有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护费用，延长设备的使用寿命，给用户带来明显的经济效益。

第二章  方案设计

2.1 设计依据

l 变压器参数

1250KVA  10／0.4KV　dyn11　Ud＝4.52％  　1台

l 1250kVA低压侧谐波数据测试参数表1（根据测试数据各次谐波含量，在满负载运行1800A基波电流下各次的谐波数据）

由以上测试数据，系统中的谐波比较严重，主要存在5、7、11、13、17次谐波超过国家标准，需要对其进行治理以将至限值以内。

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0.95，谐波达到国家标准。

l 考核点（PCC）：低压400V侧。

l 考核指标：

1) 月平均功率因数：＞＝0.95。

2) 谐波电流一般不超过国标限值（GB／T14549－93），如表2

电压总畸变率不超过国标，如表3。

方案设计、设备选型

2.4.1方案设计、设备选型

2.4.1.1基波补偿容量及安装容量的确定

根据现场用户反映，所有的负载投入运行后，1250变压器会接近满载运行，因此在此有功功率按变压器的容量考虑为1250kW，功率因数根据测试值取平均值：0.75。基波补偿容量按下面公式计算。

Q＝P（－）

用户负载的有功功率取1250KW（考虑一定的过载量），功率因数取0.75，补偿到0.96，实际需要无功需求量738KVar；

经我公司分析计算，结合我公司以往对其它相同项目的设计经验，本方案设计在变压器低压侧加装一套低压无功补偿兼谐波滤除装置，滤波装置基波补偿容量为745kvar（能满足用户月平均功率因数在0.95以上），装置共分为5，7,11三条滤波支路。由于考滤到滤波装置投入后吸收大量谐波电流注入各滤波支路，因此滤波补偿装置在满足基本补偿容量的同时，必须得加大安装容量，本方案设计系统总安装容量为1200kvar。其中5次支路：3*240kvar、7次支路：1*240kvar、11次支路：1*240kvar，共5组，2面柜体，柜体总尺寸为：2400*1000*2200mm。

由于系统中的实际谐波发生量非常大，在相同基波的补偿容量下，采用5，7，11组合有利于对系统的实时无功补偿及*大限度吸收5，7，11次谐波电流，同时避免对其它次谐波产生放大。仿真给出系统谐波电流前后对比图，5，7，11次谐波含量均有大幅度的吸收，对于3次谐波稍微有大约1.6倍的放大，由于系统中3次谐波分量本身就比较小，故不会产生太大影响，各次谐波电流含量均控制在国标规定值以内。

上计算表按照单投切一组(H5,H7，H11)时，该组滤波器电容对0.4KV 母线谐波电流和基波电流的承受能力。故为避免特征谐波放大。手动操作时对投切次序有一严格要求，一般情况下H5、H7、H11支路同时投入时（先后相间0.5~1分钟）先投H5, 后投H7、H11；切除相反，先切H11，再切H7、H5。

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