諧波濾波裝置在化工生產(chǎn)上的應(yīng)用
　　
安科瑞 師晴晴

　　江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

　　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)**、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行，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)**經(jīng)濟(jì)運行有著非常積極的意義。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重要工作，是繼電保護(hù)、故障測量等工作開展的重要前提。--諧波濾波裝置在化工生產(chǎn)上的應(yīng)用

　　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)的反向分量并實時注入電力系統(tǒng)，從而實現(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)整電費每年多交10多萬元(2010年統(tǒng)計)。

　　為消除諧波的**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。

　　表1 1號配電變壓器總線測試值

　　3 ANAPF有源電力濾波裝置

　　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

　　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)時間;的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴?，精度更高、運行更穩(wěn)定;模塊化設(shè)計，便于生產(chǎn)調(diào)試;便利的并聯(lián)設(shè)計，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

　　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)備的實際工作狀態(tài)都不同。因此實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算比較復(fù)雜，況且在設(shè)計時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)整費變罰為獎，即過去因無功不足每月需交力率調(diào)整費近萬元，裝設(shè)補(bǔ)償濾波裝置后功率因數(shù)提高，每月獎勵力率調(diào)整費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號配變相當(dāng)于增加310kVA，同時，損耗大大降低，2012年3月至11月，某化工廠節(jié)約電費開支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，**品率由97.1%提高到98.29&，2012年增加**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**運行水平。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)償裝置投運近2年來，裝置本身各元件正常運行無故障。

　　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。

　　【參考文獻(xiàn)】

　　[1]王兆安，楊君，劉進(jìn)軍.諧波抑制和無功率補(bǔ)償[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

　　[2]顏曉慶，王兆安.并聯(lián)混合型電力有源濾波器的數(shù)字模型與穩(wěn)定性分析[J].電力電子技術(shù)，1998，(4):24～28.

　　[3]趙智大.高電壓技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2001.

　　[4]史承逵.電網(wǎng)電容器組的諧波諧振和諧波放大的研究.安徽電力職工大學(xué)學(xué)報[J].2001(7)

　　[5]王建元，紀(jì)延超.一種自動無功功率補(bǔ)償模糊控制策略的研究[J].中國電力，2002,(2)：41-43.

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

作者簡介：

師晴晴（1985－），女，漢族，本科，工程師，主要研究方向為智能建筑供配電監(jiān)控系統(tǒng)

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