廣州李坑垃圾發(fā)電廠0.4KV配電系統(tǒng)無功補償兼諧波治理測試報告及技術改造方案

1、廣州高瀾節(jié)能技術股份有限公司測 試 報 告及 解 決 方 案測試單位：廣州高瀾節(jié)能技術股份有限公司委托單位：廣州李坑垃圾發(fā)電廠2011年06月02日 測試單位地址：廣州市科學城南云五路3號測試單位郵編：510663測試單位電話試單位傳真錄一.測試報告31、測試時間：32、測試地點：33、測試儀器：34、測試目的：35、測試單位：36、測試人員：3二.解決方案151. 概述152待補償負荷介紹163. 設計依據(jù)163.2電壓波動和閃變允許值173.3功率因數(shù)174執(zhí)行標準185待補償負荷分析195.1補償方式195.2補償容量196一次方案

2、設計216.1msf補償裝置的基本性能參數(shù)216.2msf裝置投運效果226.3系統(tǒng)的電壓波動246.4系統(tǒng)的功率因數(shù)246.5.補償兼濾波裝置（msf投入使用后產(chǎn)生的經(jīng)濟效應）246.6.結論267. 元件參數(shù)選型278. mst裝置及描述說明288.1產(chǎn)品簡介288.2使用條件288.3技術參數(shù)28一.測試報告此部分的測試報告及解決方案均針對我司工程師在廣州李坑垃圾發(fā)電廠所測試的1#變壓器(2000kva)、2#變壓器（2000kva）、3#變壓器（2000kva）低壓配電系統(tǒng)所得的電能質量數(shù)據(jù)。1、測試時間：2011年05月31日2、測試地點：測試點為：廣州李坑垃圾發(fā)電廠1#變壓器(20

3、00kva)、2#變壓器（2000kva）、3#變壓器（2000kva）配電系統(tǒng)低壓側總出線端。3、測試儀器：美國fluke 434電能質量測試儀器4、測試目的：通過對廣州李坑垃圾發(fā)電廠廠1#變壓器(2000kva)、2#變壓器（2000kva）、3#變壓器（2000kva）的配電系統(tǒng)低壓側進行電能質量測試，了解目前廣州李坑垃圾發(fā)電配電系統(tǒng)低壓側所存在的電能質量問題。通過我司工程師在現(xiàn)場對廣州李坑垃圾發(fā)電廠配電系統(tǒng)低壓側的電能質量測試，為廣州李坑垃圾發(fā)電廠配電系統(tǒng)低壓側的電能質量改造及節(jié)能減排掌握了第一手材料和設計依據(jù)。5、測試單位：廣州高瀾節(jié)能技術股份有限公司6、測試人員：廣州高瀾節(jié)能技術股

4、份有限公司：付磊、陳志杰、任偉平、李勇7、測試數(shù)據(jù)及現(xiàn)場情況分析：1#變壓器的配電系統(tǒng)低壓側測試數(shù)據(jù)及現(xiàn)場情況分析：ab相bc相ca相n-圖1電壓波形圖2電流波形圖3電壓畸變柱狀圖圖4電壓畸變表格圖5電流畸變柱狀圖圖6電流畸變表格圖7電流畸變柱狀圖5次諧波電流圖8功能與電能從圖1可以看出電壓波形雖為明顯的正弦波，但是波形卻不是那么平滑略有畸變；圖2表明電流波形呈雙駝峰，發(fā)生了嚴重的畸變。從圖3、4得知：電壓總畸變率為6.2%，其中5次、7次、11次、13次畸變率分別為4.9%、2.0%、2.7%、2.2%。可以看出其主要的電壓畸變率主要是以5次為主。從圖5、6中可以看出電流畸變率十分嚴重，其中

5、5次、7次、11次、13次畸變率分別為11.0%、3.0%、2.7%、1.9%，以5次電流畸變?yōu)橹?。圖7表明5次諧波電流絕對值為250.7a。圖8表明：1#變壓器在我司工程師進行電能質量測試時，有功功率為1336kw無功功率為605.1kvar視在功率為1471kva。2#變壓器的配電系統(tǒng)低壓側測試數(shù)據(jù)及現(xiàn)場情況分析：ab相bc相ca相n-圖9電壓波形圖10電流波形圖11電壓畸變柱狀圖圖12電壓畸變表格圖13電流畸變柱狀圖圖14電流畸變表格圖15電流畸變柱狀圖5次諧波電流圖18功能與電能從圖9可以看出電壓波形雖為明顯的正弦波，但是波形卻不是那么平滑略有畸變；圖2表明電流波形呈雙駝峰，發(fā)生了嚴重

6、的畸變。從圖10、11得知：電壓總畸變率為6.6%，其中5次、7次、11次、13次畸變率分別為5.2%、2.1%、2.3%、1.9%。可以看出其主要的電壓畸變率主要是以5次為主。從圖12、13中可以看出電流畸變率十分嚴重，其中5次、7次、11次、13次畸變率分別為15.6%、4.8%、3.5%、2.3%，以5次電流畸變?yōu)橹鳌D15表明5次諧波電流絕對值為259.5a。圖16表明：1#變壓器在我司工程師進行電能質量測試時，有功功率為998.5kw無功功率為488.6kvar視在功率為1118kva。3#變壓器的配電系統(tǒng)低壓側測試數(shù)據(jù)及現(xiàn)場情況分析：ab相bc相ca相n-圖17電壓波形圖18電流波

7、形圖19電壓畸變柱狀圖圖20電壓畸變表格圖21電流畸變柱狀圖圖21電流畸變表格圖22電流畸變柱狀圖5次諧波電流圖23功能與電能從圖17可以看出電壓波形為明顯的正弦波，波形平滑無明顯的畸變；圖2表明電流波形呈較為明顯雙駝峰，電流波形發(fā)生了畸變。從圖18、19得知：電壓總畸變率為2.1%，其中5次、7次、11次、13次畸變率分別為1.7%、0.8%、0.6%、0.4%?？梢钥闯銎渲饕碾妷夯兟手饕且?次為主。從圖12、13中可以看出電流畸變率十分嚴重，其中5次、7次、11次、13次畸變率分別為7.7%、2.4%、1.5%、0.7%，以5次電流畸變?yōu)橹?。圖15表明5次諧波電流絕對值為86.4a。

8、圖16表明：1#變壓器在我司工程師進行電能質量測試時，有功功率為727.7kw無功功率為286.4kvar視在功率為0.93kva。測試結論：從上述我司工程師在廣州李坑垃圾發(fā)電廠1-3#變壓器低壓側電能質量數(shù)據(jù)測試分析可得以下結論，變壓器低壓側出線功率因數(shù)低于國標，無功功率容量的絕對值較大（1#-3#變壓器分別為605.1kvar、488kvar、286.4kvar）占視在功率和變壓器容量的很大一部分。如對其進行適當?shù)难a償措施，可以增大變壓器有功功率的容量提高變壓器及輸電線路的出力；減小配電線路的損耗達到一定的節(jié)能效果；穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)電壓，提高供電質量。變壓器低壓側出線端電壓及電流波形畸變嚴

9、重，諧波電流含量高（超出國家標準）、絕對值大（1#-3#變壓器5次諧波分別為250.7a、259.5a、86.4a）。綜上所述：廣州李坑垃圾發(fā)電廠配電系統(tǒng)低壓側所存在的電能質量問題具體如下：功率因數(shù)低諧波電流含量高諧波及無功功率不足可能導致以下問題：l 加大線路損耗，使電纜過熱，絕緣老化，降低電源效率。l 使電容器過載發(fā)熱，加速電容器老化甚至擊穿。l 保護裝置的誤動或拒動，導致區(qū)域性停電事故。l 造成電網(wǎng)諧振。l 影響電動機效率和正常運行，產(chǎn)生震動和噪音，縮短電機壽命。l 損壞電網(wǎng)中敏感設備。l 使電力系統(tǒng)各種測量儀表產(chǎn)生誤差。l 對通訊、電子類設備產(chǎn)生干擾；引起控制系統(tǒng)故障或失靈。l 零序諧

10、波導致中性線過大，造成中性線發(fā)熱甚至火宅。l 無功功率的不足，會增加設備容量，導致電流增大和視在功率的增加，從而使變壓器及其他設備和導線的容量增加。l 設備及線路損耗增加。無功功率的增加，使總電流增大，使設備及線路的耗損增加。l 諧波對變壓器及旋轉電機的危害：主要是引起附加損耗和過熱，其次是產(chǎn)生機械振動、噪聲和諧波過電壓。這些都將縮短電機的壽命，情況嚴重會損壞電機。綜上所述：合理的治理措施可以提高供電質量，保障接入設備的安全運行，而且具有節(jié)省電能的效果。因此，對廣州李坑垃圾發(fā)電廠提出以下整改意見:從上述測試數(shù)據(jù)的分析來看，廣州李坑垃圾發(fā)電廠1#-3#變壓器配電系統(tǒng)的功率因數(shù)都較低且無功功率絕對

11、值偏大；諧波含量較大。大量的5次、7次、11次、13次諧波電流，致使電流波形發(fā)生畸變，導致配電系統(tǒng)電能質量較差，降低電網(wǎng)供電及用電設備用電的可靠性這就要求客戶安裝濾波及無功補償裝置。二.解決方案1. 概述廣州李坑垃圾發(fā)電廠是接本廠自發(fā)電的10kv供電系統(tǒng)經(jīng)電力變壓器變?yōu)?.4kv接入用電車間。廣州李坑垃圾發(fā)電廠1#-3#變壓器容量均為2000kva，其主要的供電負荷為大功率、變頻器-電機、鍋爐等非線性負荷。廣州李坑垃圾發(fā)電廠主要諧波源設備為變頻器-電機。變頻器采用的是電動機驅動，配以變頻調速裝置，即把工頻交流電通過三相整流器變成直流電，然后再把直流電變換成頻率、電壓均可調控的交流電。這種調速驅

12、動裝置主要應用在大功率的電機，可提高它們的工作效率，同時有顯著的節(jié)約電能的效果。而變頻器采用的主要電路結構是“整流器電容/電感器逆變器”： 直流電機則是配以可控硅斬波逆變整流帶著電機啟動：這其中無論是整流器或是逆變器都具有非線性特性，會產(chǎn)生高次諧波，這種高次諧波會使輸入電源的電壓波形和電流波形發(fā)生畸變。廣州李坑垃圾發(fā)電廠變壓器低壓側原先所帶的濾波裝置由于其本身并沒有在測得廣州李坑垃圾發(fā)電廠具體運行的數(shù)據(jù)，其設計支撐力不足所以就存其本身的設計缺陷，導致其諧波電流的承受能力較小，導致電容器機電抗器長期工作在過電流及過熱的工作狀態(tài)下致電容器頻繁損壞，電容值及電抗值偏差越來越大。我司經(jīng)過現(xiàn)場所得數(shù)據(jù)進

13、行推算得出結果就是：濾波器偏離了廣州李坑垃圾發(fā)電廠本身存在的諧波問題引起11次諧波諧振，對11次諧波電流放大嚴重。本技術方案用于廣州李坑垃圾發(fā)電廠0.4kv配電母線諧波電流治理,旨在提供1#-3#變壓器低壓側個提供1套接觸器投切無功補償兼濾波裝置(簡稱msf) 。msf解決用戶0.4kv側配電母線存在的以下電能質量問題:抑制諧波電流提高功率因數(shù)msf投運后，用戶注入公用電網(wǎng)連接點（pcc點10kv）的諧波電流滿足國標gb/t14549-1993電能質量 公用電網(wǎng)諧波的有關規(guī)。2待補償負荷介紹 廣州李坑垃圾發(fā)電廠主要諧波源設備為變頻器-電機。電機采用的是變頻器驅動，配以變頻調速裝置，即把工頻交流

14、電通過三相整流器變成直流電，然后再把直流電變換成頻率、電壓均可調控的交流電。這種調速驅動裝置主要應用在大功率的電機上，可提高它們的工作效率，同時有顯著的節(jié)約電能的效果。而變頻器采用的主要電路結構是“整流器電容/電感器逆變器”： 直流電機則是配以可控硅斬波逆變整流帶著電機啟動：這其中無論是整流器或是逆變器都具有非線性特性，這種高次諧波會使輸入電源的電壓波形和電流波形發(fā)生畸變。諧波會對各種電力、電子設備產(chǎn)生影響，不僅產(chǎn)生損耗和浪費，嚴重的還將導致無法正常生產(chǎn)，而且對相鄰用戶設備造成影響，污染電網(wǎng)供電質量，同時，由于諧波電流的能量也是來自供電系統(tǒng)提供的基波能量，故會造成一定的能量損失。合理的補償措施

15、可以提高供電質量，保障接入的設備安全運行，而且可以顯著節(jié)省電能。由于諧波電流含量過大，所以我司工程師根據(jù)我司工程師在現(xiàn)場所測試的數(shù)據(jù)及了解的具體用電情況，擬在廣州李坑垃圾發(fā)電廠1#-3#變壓器低壓端（0.4kv側）各安裝一套接觸器投切無功補償兼濾波裝置（msf），裝設msf的目的是： 提高系統(tǒng)的功率因數(shù)；抑制配電母線上負荷產(chǎn)生的諧波電流、改善電能質量。3. 設計依據(jù)根據(jù)國家電能質量有關標準，廣州李坑垃圾發(fā)電廠1#-3#變壓器低壓配電母線0.4kv母線的允許電能質量指標如下：3.1 諧波電流從上圖5（因為1#、2#變壓器型號及低壓側負荷情況基本一致，所以在次我們以1#變?yōu)榱校┛梢缘弥?#變壓器

16、流入pcc點（公共電網(wǎng)）的諧波電流為：諧波次數(shù)35791113諧波電流值26.86250.770.58.9560.243.0諧波電流限值65.2568.7753.0029.3522.3632.93根據(jù)國家標準電能質量公用電網(wǎng)諧波gb/t 14549-93要求，據(jù)公共連接點最小短路容量、供電設備容量及用電協(xié)議容量進行換算。得知廣州李坑垃圾發(fā)電廠1#變壓器低壓側諧波電流5次、7次、11次、13次都嚴重出國家標準。3.2電壓波動和閃變允許值執(zhí)行標準： gb12326-2000 電能質量 電壓波動和閃變gb/t 15543-1995 電能質量 三相電壓允許不平衡度3.3功率因數(shù)我國原電力工業(yè)部在199

17、6年10月以中華人民共和國電力工業(yè)部第8號令的方式發(fā)布實施的供電營業(yè)規(guī)則對電力系統(tǒng)功率因數(shù)的要求，設備投入使用后其功率因數(shù)應達到0.904執(zhí)行標準我公司所供所有設備的設計和制造采用國際米制標準，所有文件、圖紙、手冊和試驗證書中的數(shù)據(jù)單位同樣也采用國際米制。gb7251-81低壓成套開關設備gb50227-95并聯(lián)電容器成套裝置設計規(guī)范jb5346-1998串聯(lián)電抗器iec439-1低壓成套開關設備和控制設備gb/t 15576-1995低壓無功功率靜態(tài)補償裝置總技術條件gb 6162-1985靜態(tài)繼電器及保護裝置的電氣干擾試驗gb/t 2424-1992電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程gb 726

18、1-1987繼電器及繼電保護裝置基本試驗方法gb 50227-1995并聯(lián)電容器裝置設計規(guī)范jb 7113-1993低壓并聯(lián)電容器裝置jb 7115-1993低壓無功就地補償裝置 gb 11032-1989交流無間隙金屬氧化物避雷器gb 4208-1993外殼防護等級5待補償負荷分析5.1補償方式廣州李坑垃圾發(fā)電廠主要諧波源設備為變頻器-電機。變頻器采用的是電動機驅動，配以變頻調速裝置，即把工頻交流電通過三相整流器變成直流電，然后再把直流電變換成頻率、電壓均可調控的交流電。這種調速驅動裝置主要應用在大功率的電機，可提高它們的工作效率，同時有顯著的節(jié)約電能的效果。而變頻器采用的主要電路結構是“整

19、流器電容/電感器逆變器”： 直流電機則是配以可控硅斬波逆變整流帶著電機啟動，這其中無論是整流器或是逆變器都具有非線性特性，會產(chǎn)生高次諧波，這種高次諧波會使輸入電源的電壓波形和電流波形發(fā)生畸變。因為變頻器采用的是6脈動整流時其特征諧波的次數(shù)為6k1。所以聯(lián)華林德氣體（北京）有限公司用電設備產(chǎn)生的諧波電流以5.、7、9次為主。msf裝置以抑制5次諧波電流為主，兼顧對7次、11次、13次等其他高次諧波電流的治理方式，使整個流入系統(tǒng)的諧波電流值滿足國標的要求。 整體方案： 0.4kv加裝1套經(jīng)無功補償控制器控制的由電抗器以及電容器構成lc補償濾波支路，用來提高系統(tǒng)功率因數(shù)和抑制負荷產(chǎn)生的諧波。5.2補

20、償容量根據(jù)我司工程師在廣州李坑垃圾發(fā)電廠1#變壓器低壓側（0.4kv）測得電能質量數(shù)據(jù)，目前廣州李坑垃圾發(fā)電廠待治理電能質量如下圖所示：圖24電流畸變柱狀圖根據(jù)上圖5可以看出，廣州李坑垃圾發(fā)電廠1#變壓器低壓側的主要的諧波是以5、7、11、13為主，故我司msf裝置采用電抗器與電容器組成lc補償支路，用來抑制系統(tǒng)所產(chǎn)生的諧波電流。圖25功率與電能根據(jù)我司工程師在現(xiàn)場所了解的情況得知，廣州李坑垃圾發(fā)電廠1#變壓器所帶的總功率近1500kw的負荷1#變壓器的容量為2000kva的動力變壓器。圖25中我司工程師測試時有功功率為1336kw，可見我司工程師進行電能質量測試時1#變壓器幾近滿負載。 根據(jù)

21、圖25以及我司以往治理相似負荷工程經(jīng)驗和理論計算，廣州李坑垃圾發(fā)電廠動力變壓器低壓側系統(tǒng)的功率因數(shù)要提高到0.95以上并使諧波電流允許值達到國家標準以內。則msf的補償容量容量為1620kvar。以上均以1#變壓器為列,據(jù)我司在現(xiàn)場向工作人員了解的情況可知,1#-3#變壓器參數(shù)與負載情況基本一致,2#變容量略小所以補償容量為1080kvar；3#變補償容量為540kvar。6一次方案設計6.1msf補償裝置的基本性能參數(shù)裝置型號 msf-1620/0.4額定電壓： 0.4kv額定容量： 1620kvar投切級數(shù) 3額定頻率： 50hz數(shù)量1套裝置型號 msf-1080/0.4額定電壓： 0.4

22、kv額定容量： 1080kvar投切級數(shù) 2額定頻率： 50hz數(shù)量1套裝置型號 msf-540/0.4額定電壓： 0.4kv額定容量： 540kvar投切級數(shù) 1額定頻率： 50hz數(shù)量1套 圖26 msf-1620/0.4 一次系統(tǒng)圖（虛線內為供貨范圍）6.2msf裝置投運效果msf裝置投運后將對0.4kv側負載所產(chǎn)生的諧波電流有一定的濾除作用，待我司工程師將了解到詳細參數(shù)后，通過對方案改進，可以使諧波電流達到國標的允許值內。當系統(tǒng)中加入mst裝置后，系統(tǒng)的諧波情況及諧波阻抗特性如下：圖27所示為0.4kv母線側的諧波阻抗。圖中，藍色曲線為接入mst時的系統(tǒng)諧波阻抗值，紅色曲線為未接入ms

23、t時的系統(tǒng)諧波阻抗值。圖28所示為流入系統(tǒng)側的諧波電流放大倍數(shù)。圖27（母線側的諧波阻抗頻譜圖）圖28（流入系統(tǒng)側的諧波電流放大倍數(shù)）從仿真圖上可以看出，在加入mst無功補償濾波裝置后，針對高次諧波的阻抗值明顯縮小，5次諧波電流放大倍數(shù)也降低到0.12倍以下，所以mst裝置能夠有效地濾除高次諧波，使系統(tǒng)的無功損耗變小，有效地節(jié)省電能，改善負載設備的不良用電損耗。在5次諧波以后的奇波電流的放大倍數(shù)也都在在1倍以下，很好的起到了抑制諧波的作用，不產(chǎn)生諧振。msf投入使用后1#變壓器注入pcc點的諧波電流如下：諧波次數(shù)35791113諧波電流值47.9931.743043224諧波電流限值65.25

24、68.7753.0029.3522.3632.93 經(jīng)仿真效果得知：msf投入使用后原先超標的5、7、11、13諧波都滿足國家標準?？梢妋sf據(jù)有非常好的濾波效果。6.3系統(tǒng)的電壓波動經(jīng)理論推導，治理后0.4kv母線的電壓波動將降至2以下，完全符合國標要求。6.4系統(tǒng)的功率因數(shù)經(jīng)理論推導，治理后0.4kv母線的功率因數(shù)可達到0.90以上完全符合國標要求。6.5.補償兼濾波裝置（msf投入使用后產(chǎn)生的經(jīng)濟效應）圖29 功率與電能從上圖可以得知：補償前的有功功率為p=1336kw、s=1471kva、q=605kvar。我們設：電網(wǎng)進線到車間的電纜距離為2km，選用的高壓電纜型號為，yjv-10k

25、v/3*50，在20度下的直流電阻為0.641/km。則補償前的線損為：a=147110385a; r=0.6412=1.282; 線損p=3i2r=3852 1.282= 27787.35w28kw.則補償后的線損為：a=133610377a; r=0.6412=1.282; 線損p=3i2r=3772 1.282= 27787.35w22kw.假如1#變全年運行，則節(jié)約損耗為：（28-22）24365=52560kw/h因上述無功損耗我們以1#為列，所以諧波損耗我們就以2#為列：設：電網(wǎng)進線到車間的電纜距離為2km，選用的高壓電纜型號為，yjv-10kv/3*50，在20度下的直流電阻為0

26、.641/km。圖30諧波柱狀圖圖31功率與電能補償前的諧波電流及損耗：從圖30可以看出5次諧波電流為259.5a，則基波電流i1= i516.2%1602a;圖31表明總電流有效值為1757a,所以諧波總有效值為1757-1602=155a。損耗為：1757為低壓電流擇換成高壓電流為70a; r=0.6412=1.282; 線損p=3i2r=3702 1.282= 188454w19kw.補償后的諧波電流：諧波次數(shù)35791113諧波電流值47.9931.743043224諧波電流限值65.2568.7753.0029.3522.3632.93根據(jù)msf仿真效果圖可以看出，msf裝置投入使用

27、后5、7、11、13次諧波數(shù)值如上，則依據(jù)gb/t14549-1993電能質量 公用電網(wǎng)諧波疊加公式（h=3時k=1.62，h=5時k=1.28，h=7時k=0.72，h=11時k=0.18），進行疊加。則 基波電流有效值不變。i1=1602a加裝濾波器msf后電流有效值為：i總8%；16028%128。i=1282+16022=1607a.損耗為：1067為低壓電流擇換成高壓電流為64a; r=0.6412=1.282; 線損p=3i2r=3642 1.282= 188454w15kw.所以加裝msf濾波器以后，功率損耗減小為（19kw-15kw）24365=35040kw/h綜上所述：1#變壓器的線損則為：無功線損+諧波線損=總線損；52560kw/h+35040k