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諧波治理在某電纜廠應(yīng)用實(shí)例

瀏覽次數(shù):1469更新日期:2013-09-30

徐霜

  安科瑞電氣股份有限公司   嘉定   201801

 

     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)備及其它非線性負(fù)荷被廣泛應(yīng)用,對供電系統(tǒng)電能質(zhì)量要求越來越高。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)重時造成繼電保護(hù)誤動,燒毀微機(jī)保護(hù)線路板、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)由兩臺歐式箱式變電站組成,兩臺箱變的接線方案一致,但其箱變出線所帶負(fù)荷不一樣。兩臺歐式箱式變電站投運(yùn)不久,1號箱變就發(fā)生了無功補(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松動導(dǎo)致接觸電阻增加,樁頭接線發(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,同時對所有的接線樁頭進(jìn)行了檢查,無功補(bǔ)償柜改進(jìn)后繼續(xù)投入運(yùn)行。但是更改后的無功補(bǔ)償柜使用不到一個月,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一樣。

2、原因分析

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

在兩次無功補(bǔ)償柜發(fā)生故障時,該廠的交聯(lián)電纜生產(chǎn)線都在運(yùn)轉(zhuǎn),也就是說直流電機(jī)和相當(dāng)一部分的加熱設(shè)備都掛在1號箱變的低壓母線上。該廠的加熱回路采用了三相半控橋式整流電路,同時用交流電源對直流電機(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)的整流電路會產(chǎn)生不同特征的諧波電流。如三相橋式的6相脈動整流電路產(chǎn)生的諧波電流主要為6k±1次(5、7、11、13次,等等)見表1。 

表1  6相脈動整流裝置電流諧波理論數(shù)據(jù)

諧波次數(shù)n

1

5

7

11

13

17

19

23

25

諧波電流/%

100

20

14.3

9.1

7.7

5.9

5.3

4.3

4

因此,交聯(lián)電纜生產(chǎn)線在生產(chǎn)時可能對1號箱變400V系統(tǒng)產(chǎn)生了諧波。

根據(jù)對負(fù)荷性質(zhì)分析和理論公式的推算,可以確定1號箱變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號箱變400V系統(tǒng)的諧波情況和參數(shù),對1號、2號箱變進(jìn)行了多次的對比測量。2號箱變總線電流波形和頻譜圖分析見圖1,1 號箱變總線電流波形和頻譜圖分析見圖2。

 

對比分析圖1和圖2,2號箱變總線電流波形為規(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號箱變總線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號箱變的無功補(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)線產(chǎn)生的諧波電流被無功補(bǔ)償柜的電容器放大產(chǎn)生了過電流,致使接觸器和熔斷器過熱損壞。

3 、諧波治理

    諧波電流不僅影響無功補(bǔ)償柜的正常使用,致使無功功率電費(fèi)支出增加,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。

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;加大系統(tǒng)短路容量;增加變流裝置的脈動數(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),減少無功發(fā)款,帶來經(jīng)濟(jì)效益;三相系統(tǒng)負(fù)載電流的平衡,降低N線電流,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),通過實(shí)時檢測負(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)時注入電力系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)諧波治理和無功補(bǔ)償。

原理如下圖:

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,具有快的響應(yīng)時間;的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴ǎ雀?、運(yùn)行更穩(wěn)定;一機(jī)多能,既可補(bǔ)諧波,又可兼補(bǔ)無功;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):

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(bǔ)償響應(yīng)時間

全響應(yīng)時間<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、自動切換。

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

IP20

智能通信接口

外加模塊

遠(yuǎn)程監(jiān)控

可選

3.3 ANAPF有源濾波器報(bào)價(jià)及元件清單

型號:ANAPF100-400/B

參考價(jià)格:12萬元/臺

主要產(chǎn)品明細(xì):

序號

名    稱

型    號

數(shù)量

1

APF電氣柜

800X600X2200

1

2

變流器

APFCOV-CVT100

1

3

控制器

APFMC-C100

1

4

電抗器

APF-RE.(S)DG-100

1

5

有源電流互感器

LT208-S7

3

6

濾波器

DL-1TH1

2

7

斷路器

CVS160FTM160D4P3D

1

8

接觸器

LC1D150M7C

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 、治理效果

以下是補(bǔ)償前后單相功率、5次諧波電流及7資金諧波電流對比圖:

治理前單相功率波形圖

治理后單相功率波形圖

治理前5次諧波電流波形圖

治理后5次諧波電流波形圖

治理前7次諧波電流波形圖

治理后7次諧波電流波形圖

 

 

 

APF運(yùn)行過程中,對以直流電機(jī)和三相橋式的6相脈動整流裝置產(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]安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊.2013.01.版

 

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: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)贈送。

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