濾波補償裝置在變頻器中的應用

用戶情況介紹

    河北某板業(yè)公司是生產(chǎn)彩色鋼板的廠家，生產(chǎn)線電氣設備主要為變頻器，變頻器屬于典型諧波源，產(chǎn)生大量諧波，造成補償電容器無法正常投入運行且電容器再投入后造成諧波放大，用電設備運轉(zhuǎn)故障率高，電容器經(jīng)常燒毀，功率因數(shù)僅為0.8，每月產(chǎn)生利率電費調(diào)整3.8萬元左右，變壓器溫度在夏季達67度，造成電能浪費，壽命縮短。

一、彩鋼板生產(chǎn)線概述

彩鋼板生產(chǎn)線車間以0.4kV電壓供電，其主要電氣設備為6脈動整流變頻器，整流設備在工作中在把交流變?yōu)橹绷鞯耐瑫r產(chǎn)生大量的諧波，屬典型諧波源；諧波電流注入電網(wǎng)，在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生諧波電壓，引起電網(wǎng)電壓電流畸變，影響供電質(zhì)量及運行安全，使線路損耗及電壓偏移增加，對電網(wǎng)和工廠本身電氣設備均會產(chǎn)生不良的影響。

特征諧波分析

1） 變頻器整流裝置為6脈動可控整流；

2） 整流裝置所產(chǎn)生的諧波為6K+1次奇次諧波，采用傅立葉級數(shù)對電流進行分解變換，可知電流波形含有6K±1次高次諧波，根據(jù)對中頻爐的測試數(shù)據(jù)，其諧波電流含有量見下表：

6脈動橋式換流器諧波電流含有量：（In/I1）

變頻器在工作過程中，產(chǎn)生大量的諧波，針對測試及計算結(jié)果，特征諧波主要以5次為、7次，諧波電流比較大，電壓電流畸變嚴重。

二、供電系統(tǒng)及數(shù)據(jù)

公司由一路10KV進線，廠內(nèi)安裝2500KVA整流變壓器2臺，均為10KV/0.4KV。整流變壓器分別帶2條彩鋼板生產(chǎn)線，如下圖：

三、濾波補償裝置設計依據(jù)

1、根據(jù)電能質(zhì)量　　公用電網(wǎng)諧波　　　　GB/T14519-1993

2、根據(jù)電能質(zhì)量　　電壓波動和閃變　　　GB12326-2000

3、低壓無功功率補償裝置總技術(shù)條件　GB/T　15576-1995

4、低壓無功就地補償裝置　　　　　  JB/T　7115-1993

5、根據(jù)供電系統(tǒng)阻抗和相關(guān)參數(shù)

6、根據(jù)現(xiàn)場測量結(jié)果及仿真計算

四、治理方案

1、 治理目標

    根據(jù)企業(yè)實際情況，我公司針對變頻器諧波治理無功補償設計了整套濾波補償方案，綜合考慮負荷功率因數(shù)、諧波吸收需要和背景諧波，在企業(yè)變壓器2500KVA 低壓側(cè)各安裝一套諧波濾波裝置對諧波進行治理，原有電容補償柜退出運行。

濾波裝置諧波電流的設計滿足國標GB/T14549-93《電能質(zhì)量　公用電網(wǎng)諧波》的管理規(guī)定。

l 在0.4KV系統(tǒng)運行方式下，濾波設備投運后，濾波器吸收點處某次諧波的幅值及含有量都有大幅度下降，功率因數(shù)0.95以上。

l 不因為投入濾波裝置而引起某次諧波的諧振或諧振過電壓、過電流。

2、方案確定

由于變頻器在工作過程中諧波較大，如5次諧波達到了基波電流的20.5%，對電網(wǎng)、設備本身和其它用戶都造成了不同程度的影響。另外，考慮設備的功率因數(shù)特點，在設計時要做到諧波消除補償無功提高功率因數(shù)等。

針對設備的特性本方案采用濾波兼無功補償?shù)姆绞?，它的主要作用：改善供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性；抑制諧波電流以減少諧波造成的危害，提高功率因數(shù)。

彩鋼板生產(chǎn)線工作過程負荷相對比較穩(wěn)定，諧波含量較大，功率因數(shù)較低。從測試數(shù)據(jù)看主要諧波成分是5次 、7次其中以5次諧波為最大，電壓畸變嚴重。綜上因素考慮濾波裝置設計5次LC濾波主吸收支路及11條精補濾波之路，吸收5及以上次數(shù)的諧波同時補充功率無功提高功率因數(shù)。方案采用仿真法對各回路投入時是否產(chǎn)生非特征頻率的諧振進行分析，并最終確定回路的參數(shù)。

3、技術(shù)特點

l 針對用戶系統(tǒng)諧波無功專門設計制造，消除特性諧波補償無功功率，濾波效果明顯。

l 對于5諧波電流吸收率達到80%以上，諧波滿足  GB/T14549-93要求。 

l 根據(jù)諧波源的特性設定濾波器的投切方式和控制策略。

l 檢測系統(tǒng)情況，按照負荷的無功電流、諧波電流進行實現(xiàn)跟蹤。  
使受電功率因數(shù)提高到0.95以上，降低配電網(wǎng)的線損、增加配電變壓器的承載效率。

l 補償過程中電網(wǎng)電壓波動滿足國家標準GB/12326-90要求，即：滿負荷到輕負荷補償變化引起的一次側(cè)電壓波動≤2.5%。

l 裝置保護措施：過電壓保護、過電流保護、欠電壓保護、接地保護、 過熱保護。

l 系統(tǒng)不產(chǎn)生無線電（射頻）電磁干擾。

l 運行方式：全自動，連續(xù)工作。

l 供電系統(tǒng)及濾波原理圖：

五、結(jié)論

1、濾波補償裝置投入運行，自動跟蹤中頻爐的各種負載設備變化，使各次諧波得到有效濾除。

2、未治理前電壓總畸變率(THD)嚴重超出國標5%的限值要求。經(jīng)治理, 電壓總畸變率(THD)從原來的8.6%,降止2.3%,各次諧波都符合國標GB/T 14549-93《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》標準要求。

3、經(jīng)治理諧波電流都得到有效改善，諧波電流吸收率大于80%以上，符合設備設計要求。如5次諧波電流從338A,降止48A左右， 注入公共點的各次諧波電流均符合國標GB/T 14549-93《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》要求。

4、濾波裝置投入后系統(tǒng)的功率因數(shù)得到大幅提高，供電系統(tǒng)0.4KV側(cè)從原來的0.8左右提到0.97以上,有功功率、視在功率、無功功率都得到節(jié)省，有效降低用電設備和供電線路的損耗。

5、諧波治理后變壓器溫度由原來的67度降低到45度，節(jié)省了大量電能，變壓器使用壽命延長。

6、通過治理后有效改善了彩鋼板生產(chǎn)線的供電電能質(zhì)量，提高了變頻器電源的利用效率,有利于系統(tǒng)的長期安全、經(jīng)濟運行,產(chǎn)生更好的經(jīng)濟效益。