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、研究消除供配電系統(tǒng)中的高次諧波問題對改善供電質(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。諧波測量是諧波問題中的一個(gè)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。
它具有改善供電質(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。
2 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,2.0MVA配電變壓器一臺,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))。
為消除諧波的不良影響,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?,某化工廠用低壓諧波濾波器裝置代替了原來的補(bǔ)償電容器組。
3 3 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)
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)得到明顯改善;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,大大減少對電網(wǎng)污染。1號變壓器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5、7、11、13次諧波的吸收效率分別是64%、72%、50%、66%。
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,具有極快的響應(yīng)時(shí)間;先進(jìn)的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴?,精度更高、運(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)下列公式以對諧波電流進(jìn)行估算。
其中 為負(fù)荷率:即負(fù)荷占變壓器額定容量的比例,通常取0.7-0.8;
為諧波系數(shù),根據(jù)系統(tǒng)場合不同而不同;
為變壓器額定容量,單位kVA;
為低壓系統(tǒng)電壓,一般取0.4。
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10/0.4kV,K1取值為0.8,K2取值為25%,試求選用電流等級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
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)行有效的就地?zé)o功補(bǔ)償,1號配變相當(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)量明顯改善,因而提高產(chǎn)品質(zhì)量,一級品率由97.1%提高到98.29&,2012年增加一級品型材近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)行無故障。
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。諧波濾波裝置具有極強(qiáng)的濾波能力,是消除諧波污染和危害的根本措施,所以應(yīng)大力推廣使用。
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郵箱:ACRELDJH@163.COM;15052183915
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