徐霜
安科瑞電氣股份有限公司 嘉定 201801
摘要：本文分析了電力電網(wǎng)的諧波源、諧波特性和危害，并通過某大型鋼鐵股份公司低壓配電系統(tǒng)中有源濾波器的應用案例，對比分析了有源濾波器投入前后的情況，說明了有源濾波器的諧波治理技術是供電電能質(zhì)量的手段之一，可將產(chǎn)生的諧波控制在zui小范圍內(nèi)，達到科學合理用電，抑制電網(wǎng)污染，提高電能質(zhì)量，保證電氣設備安全的作用。
關鍵詞：電能質(zhì)量；諧波；有源濾波
1 電能質(zhì)量與諧波
1.1 諧波的產(chǎn)生
隨著電力電子變流裝置的應用日益廣泛，電能得到了更加充分的利用。但非線性電力裝置設備的廣泛應用產(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)濟運行，給同一網(wǎng)絡的線性負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)濟運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、故障測量等工作開展的重要前提。
主要諧波產(chǎn)生源如下表：
名 稱 | 所屬行業(yè) |
變頻裝置 | 商業(yè)、市政、民用、公用事業(yè)、工礦企業(yè)等 |
UPS、開關電源、逆變電源 | 公用事業(yè)、商業(yè)、電子、通訊等 |
地鐵、輕軌、充電站（樁） | 交通 |
單（多）晶硅生產(chǎn)設備、中頻爐 | 制造業(yè) |
電弧爐、交流弧焊機、感應加熱裝置 | 機械、能源、化工 |
1.2 諧波的危害
1.2.1使電力元件附加損耗加大，易引發(fā)火災。
諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設備的效率。大量三次諧波流過中線會使線路過熱，甚至引起火災。
1.2.2影響電氣設備的正常運行。
諧波會影響電氣設備的正常工作，使電機產(chǎn)生機械振動和噪聲等，使變壓器局部嚴重過熱，使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以致?lián)p壞。
1.2.3引起電網(wǎng)諧振。
這種諧振可能使諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍，會對系統(tǒng)，特別是對電容器和與之串聯(lián)的電抗器形成很大的威脅，經(jīng)常使電容器和電抗器燒毀。
1.2.4使繼電保護誤動作，電氣測量誤差過大。
諧波會導致繼電保護，特別是微機綜合保護器與自動裝置誤動作，造成不必要的供電中斷和生產(chǎn)損失；諧波還會使電氣測量儀表計量不準確，產(chǎn)生計量誤差，給用電管理部門或電力用戶帶來經(jīng)濟損失。
1.2.5使工控系統(tǒng)崩潰。
臨近的諧波源或較高次諧波會對通信及信息處理設備產(chǎn)生干擾，輕則產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，計算機無法正常工作；重則導致信息丟失，使工控系統(tǒng)崩潰。
1.3 諧波治理依據(jù)的國家標準
GB/T14549-1993 《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》
GB/T15543-2008 《電能質(zhì)量：三相電壓允許不平衡度》
GB/T12325-2008 《電能質(zhì)量：供電電壓允許偏差》
GB/T12326-2008 《電能質(zhì)量：電壓波動和閃變》
GB/T18481-2001 《電能質(zhì)量：暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓》
GB/T15945-2008 《電能質(zhì)量：電力系統(tǒng)頻率允許偏差》
GB7625.1-1998 《低壓電氣電子產(chǎn)品發(fā)出的諧波電流限值》
GB/T15576-1995 《低壓無功功率靜態(tài)補償裝置總技術條件》
2典型應用方案介紹
2.1項目背景
某鋼鐵股份公司是集煉焦、燒結(jié)、冶煉、軋材及科研開發(fā)為一體的特大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，其屬下X軋鋼廠主要生產(chǎn)中厚板等鋼材產(chǎn)品，由于生產(chǎn)需要，在低壓配電系統(tǒng)變壓器二次側(cè)的設備主要是電動機，變頻器帶動電機工作。由于變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用大量非線性元件，所以在工作過程中產(chǎn)生大量諧波。
板材在軋制過程中存在一定的沖擊負荷，而且生產(chǎn)工藝也并非連續(xù)性。從而引起工作電壓/電流波動、不連續(xù)，工作電流的變化同樣引起諧波電流波動。
電流、電壓波動實時監(jiān)測
2.2項目方案
我公司為該企業(yè)軋鋼車間二號冷床下電網(wǎng)的諧波情況制定了相應的解決方案。采用自主研發(fā)的并聯(lián)型有源電力濾波器ANAPF，在變壓器出線側(cè)進行集中治理，濾波器可以自動跟蹤治理負載產(chǎn)生的諧波電流，并的濾除諧波，從而保證整個系統(tǒng)安全可靠運行。
系統(tǒng)治理示意如下圖所示：
2.3項目效果
投入有源電力濾波器后，諧波電壓、諧波電流治理效果：
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治理前電壓、電流波形圖 | 治理后電壓、電流波形圖 |
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治理前電流畸變率 | 治理后電流畸變率 |
投入有源電力濾波器運行后，總電流畸變率由82.1%降至4.4%、5次諧波的電流畸變率由67.0%降至1.9%、7次諧波的電流畸變率由43.8%降至2.0%。電網(wǎng)質(zhì)量得到明顯的，并且適用于變化較快的負載，對供電系統(tǒng)的非線性負載在工作過程中產(chǎn)生的諧波起到明顯的抑制作用，從根本上了整個供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量狀況，地保護了生產(chǎn)線上設備的正常運行。
3 ANAPF有源濾波器簡介
3.1有源濾波器主要技術指標
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)補償響應時間 | 動態(tài)響應＜4ms，全響應時間＜20ms； |
開關頻率 | 10kHz |
功能設置 | 只補償諧波、只補償無功、既補償諧波又補償無功；手動、自動切換。 |
諧波補償次數(shù) | 2-21次 |
保護類型 | 直流過壓 IGBT過流 裝置溫度保護 |
過載保護 | 自動限流在設定值，不發(fā)生過載 |
冷卻方式 | 智能風冷 |
噪音 | ＜ 65db（處于柜內(nèi)并運作于額定狀態(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） |
進出線方式 | 下進下出 |
防護等級 | IP21 |
智能通信接口 | RS485/MODBUS-RTU |
遠程監(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有源濾波器報價及元件清單
型號：ANAPF100-400/B |
參考價格：12萬元/臺 |
主要產(chǎn)品明細： |
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結(jié)論
本文介紹的有源濾波裝置采用模塊化設計，具有快的響應時間；一機多能，既可補諧波，又可兼補無功；的主電路拓撲和控制算法，精度更高、運行更穩(wěn)定；使用方便，易于操作和維護。有源濾波裝置節(jié)約了用戶投資成本，縮短了工期，為低壓配電網(wǎng)的諧波治理工程提供了的補償裝置，具有良好的應用價值和應用前景。
【參考文獻】
［1］ GB/T 14549-1993 《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》
［2］ 安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊.2013.01.版
［3］ 吳競昌.供電系統(tǒng)諧波，北京：中國電力科技出版社，1998
作者簡介：
徐霜，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電，: acrelxs :
《ANAPF有源電力濾波裝置設計與應用圖集》（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，依據(jù)電氣設計規(guī)范，研究供配電系統(tǒng)中的高次諧波問題，達到供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全運行的目的。圖集適用于新建、改建、擴建和技改項目中工業(yè)與民用及公共建筑內(nèi)電氣設備的諧波抑制及綜合治理的設計與改造。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，安科瑞電氣免費贈送。
