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NRTBBL中頻爐高壓濾波無功補償成套裝置 高壓濾波補償柜 諧波治理裝置

ZRTBBL型諧波濾除裝置是專用于高低壓電網(wǎng)3次、5次、7次、11次、13次及以上的諧波無源濾波裝置。適用于中頻冶煉、變頻、軋鋼、整流設(shè)備等的環(huán)境。該裝置采用了電感和電容器組成串聯(lián)諧振吸收回路，有效的將負載產(chǎn)生的諧波加以吸收，從而避免將諧波電流返送到電力變壓器，大大降低電網(wǎng)的諧波量，同時有利于用戶電力變壓器的運行，降低功耗，提高設(shè)備和其它電器組件的可靠性。此外該設(shè)備還提供一定容量的無功功率補償，提高用戶負載的運行效率。該裝置分綜合控制柜和電抗電容框架，視用戶要求不同，配置的濾除諧波次數(shù)也不同。通常一套ZRTBBL系統(tǒng)可濾除4種諧波。系統(tǒng)的操作可分自動運行和手動操作。

1.2諧波的基本定義及基礎(chǔ)知識

1.2.1領(lǐng)域內(nèi)關(guān)鍵詞語的基本概念

★ 諧波：（harmonic） 對周期性交流信號量進行傅立葉級數(shù)分解，得到頻率為基波頻率大于1的整數(shù)倍的分量。我國供電系統(tǒng)頻率為50Hz，所以5次諧波的頻率為250 Hz。7次諧波的頻率為350 Hz。11次諧波的頻率為550 Hz，13次諧波的頻率為650 Hz。

★ 公共連接點：（PCC）用戶接入電網(wǎng)的連接處。

★ 總諧波畸變率：（THD）周期性交流量的諧波含量的方均根值與基波分量的方均根值之比（用百分數(shù)表示）。電壓總諧波畸變率以THDU表示，電流總諧波畸變率以THDI表示。

★ 諧波源（harmonic source）：向公用電網(wǎng)注入諧波電流或在公用電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波電壓的電氣設(shè)備。

★ 感性無功：電動機，變壓器在能量轉(zhuǎn)換過程中建立交變磁場，在一個周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等，這種功率叫感性無功功率。

★ 容性無功電容器在交流電網(wǎng)中接通時在一個周期內(nèi)，上半周期的充電功率和下半周期的放電功率相等，不消耗能量，這種充放電功率叫容性無功功率。

★ 功率因數(shù)：有功功率與視在功率的比值稱為功率數(shù)。

★ 功率因數(shù)調(diào)整電費：實行兩部分電價制度的用電企業(yè)，供電部門根據(jù)用戶平均功率因數(shù)而加收或減免的電費，稱為功率因數(shù)調(diào)整電費

1.2.2諧波的產(chǎn)生和危害

● 諧波的產(chǎn)生

諧波主要是由于大容量整流或換流設(shè)備以及其它非線性負荷，導(dǎo)致電流波形畸變造成的。我們對這些畸的變交流量進行傅立葉級數(shù)分解，即可得到50Hz的基波分量和頻率為基波分量整數(shù)倍的諧波分量。

● 諧波的危害

    ★ 影響供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行：供配電系統(tǒng)中的電力線路與電力變壓器，一般采用電磁繼電器，感應(yīng)式繼電器或新式微機保護進行檢測保護，在系統(tǒng)中這些屬于敏感元件，繼電器受到高次諧波的影響容易產(chǎn)生誤動作，微機保護由于采用了整流采樣電路，也及易受到諧波的影響導(dǎo)致誤動或拒動，這樣諧波嚴重威脅供電系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全運行。

★ 影響電網(wǎng)的質(zhì)量：高次諧波能使電網(wǎng)的電壓與電流波形發(fā)生畸變，另外相同頻率的諧波電壓與諧波電流要產(chǎn)生同次諧波的有功功率和無功功率，從而降低電網(wǎng)電壓，增加電路損耗，浪費電網(wǎng)容量。

    ★ 影響供電系統(tǒng)的無功補償設(shè)備：供電系統(tǒng)變電站均有無功補償設(shè)備，當諧波注入電網(wǎng)時容易造成高壓電容過電流和過負荷，使電容異常發(fā)熱：另外諧波的存在還會加快電容器絕緣介質(zhì)的老化，縮短電容的使用壽命。

★ 影響電力變壓器的使用：諧波的存在會使電力變壓器的銅損和鐵損增加，直接影響變壓器的使用效率；還會造成變壓器噪聲增加，縮短變壓器的使用壽命。

  ★ 影響用電設(shè)備：諧波的存在會造成異步電機電動機效率下降，噪聲增大；使低壓開關(guān)設(shè)備產(chǎn)生誤動作；對工業(yè)企業(yè)自動化的正常通訊造成干擾，影響電力電子計量設(shè)備的準確性。

1.2.3治理諧波及補償無功功率的重要性

采用專門的濾波裝置能夠有效的濾除高次諧波，同時向電網(wǎng)提供容性無功功率，其重要性主要表現(xiàn)在以下方面：

    ★ 濾除高次諧波能夠定化用電環(huán)境，降低視在功率，減少諧波電流在用電設(shè)備和輸配電設(shè)備中的發(fā)熱，直接節(jié)省有功功率；消除由于諧波產(chǎn)生的震動，延長電器的使用壽命；有效的消除對敏感元件的影響。

★ 由于濾波回路是由電抗器和電容器串聯(lián)形成的，所以在濾波的過程中能向電網(wǎng)注入容性無功，提高了功率因數(shù)，這樣就能避免供電部門高額的功率因數(shù)調(diào)整電費，由于無功電流的抵消，也相當于提高了配電設(shè)備的容量，減少了線損。無功功率補償還能提升末端的電網(wǎng)電壓，對優(yōu)化用電環(huán)境有很重要的意義。

    在設(shè)計濾波器時，首先應(yīng)滿足各種負載水平下對諧波限制的技術(shù)要求，然后在次前提下，使濾波器在經(jīng)濟上最為合理。除以上經(jīng)濟分析外，設(shè)計濾波器還應(yīng)注意以下兩點：

1）單調(diào)濾波器的諧振頻率會因電容，電感參數(shù)的偏差或變化而改變，電網(wǎng)頻率會有一定的波動，這將導(dǎo)致濾波器失諧。設(shè)計時應(yīng)保證在正常波動情況下濾波裝置仍能滿足各項要求。

2）電網(wǎng)阻抗與濾波裝置有發(fā)生并聯(lián)諧振的可能，設(shè)計時應(yīng)充分予以考慮。

方案設(shè)計

2.1 設(shè)計依據(jù)

2.1.1 業(yè)主提供的技術(shù)數(shù)據(jù)及要求

2.1.1.1系統(tǒng)電源

根據(jù)用戶提供的供電系統(tǒng)資料可知，企業(yè)110KV變電站進線電壓為110kV，出線電壓10KV。主變?yōu)?臺并列運行，一臺為63MVA,另一臺為20MVA。10KV母線短路容量未知，暫時按260MVA計算。

2.1.1.2 電力負荷

1）中頻爐、電弧爐變壓器裝機容量

中頻爐總裝機容量為37.2MVA，變壓器容量見下表：(表一)

2）負荷性質(zhì)

企業(yè)主要負荷為中頻爐，脈動數(shù)按12脈動設(shè)計。

2.1.1.3 濾波器安裝要求

在10kV母線上配置一套10KV無源濾波補償裝置，用戶自備10KV電容器出線柜4臺，用于投切、保護濾波裝置。本裝置為框架式結(jié)構(gòu)（戶內(nèi)圍欄或戶外圍欄）。

2.1.1.4 電能質(zhì)量考核點（ PCC）

電能質(zhì)量考核點暫時（ PCC）設(shè)在企業(yè)10kV母線處。

2.1.1.5電能質(zhì)量考核指標

PCC 點月平均功率因數(shù)≥0.95；電能質(zhì)量滿足國標要求。

PCC 點電壓總諧波畸變率及其他指標均滿足國標《電能質(zhì)量－公用電網(wǎng)諧波》（ GB/T14549－93）的規(guī)定。

2.1.1.6  濾波方案

中頻爐投入運行時會產(chǎn)生諧波電流，引起電網(wǎng)側(cè)波形畸變。本方案擬采用集中濾波治理方案，在10kV母線上設(shè)置一套濾波兼無功補償裝置，以改善正弦電壓波形畸變，同時提高電網(wǎng)功率因數(shù)。

濾波器的軟件仿真分析及校驗

采用3頻率點濾波，用系統(tǒng)仿真分析比較了多組濾波組合的濾波效果，并從中選出3、5、7，11P次三個濾波支路為組合方式。在相同基波的補償容量下，采用3、5、7、11P次濾波組合有利于吸收系統(tǒng)中的5、7、11、13、23、25次諧波，同時對其它次諧波也不會產(chǎn)生放大作用。

1)計算機仿真軟件根據(jù)以下公式進行計算模擬仿真（本仿真分析按照安裝母線最小短路容量260MVA），其等效電路如下：

2)

式中，Im為諧波負載（中頻爐）等效為電流源發(fā)出的諧波電流，Ism為流入系統(tǒng)中的諧波電流，Ifm為濾波器吸收的諧波電流。在一般的仿真中，忽略負載阻抗，計算 系統(tǒng) 和 濾波補償支路的諧波電流分流情況。

2）系統(tǒng)基波阻抗計算

Xs=U*U/Sd

式中：U為系統(tǒng)電壓，kV

   Sd為母線最小短路容量，MVA

     3）計算機仿真軟件根據(jù)以下公式進行計算模擬仿真，單調(diào)諧濾波器的總阻抗計算方法如下：

10KV濾波器阻抗相頻特性曲線圖

10KV濾波器阻抗幅頻特性曲線圖

 投入濾波器前后考察點諧波電流的比較