供電系統(tǒng)諧波治理技術(shù)講座_secret

1、PAGE PAGE 13供電系統(tǒng)諧波治理技術(shù)講座一、無源LC濾波器基本原理和結(jié)構(gòu)LC濾波器仍是應(yīng)用最多、最廣的濾波器。1、常用的兩種濾波器：調(diào)諧濾波器和高通濾波器。2、濾波器設(shè)計要求 1）使注入系統(tǒng)的諧波減小到國標允許的水平； 2）進行基波無功補償，供給負荷所需的無功功率。 3、單調(diào)諧濾波器 由圖主電路可求：調(diào)諧頻率：調(diào)諧次數(shù)：在諧振點：zR 特征阻抗： 品質(zhì)因數(shù)： q為設(shè)計濾波器的重要參數(shù)，典型值q=3060。4、高通濾波器用于吸收某一次數(shù)及其以上的各次諧波。如圖所示。 復數(shù)阻抗：截止頻率：結(jié)構(gòu)參數(shù)： ，一般取m=0.52； q=0.7 1.4依據(jù)以上三式可設(shè)計高通濾波器的參數(shù)。二、濾波器設(shè)

2、計內(nèi)容和計算公式1、濾波器參數(shù)選擇原則原則：最小投資；母線 THDU 和進入系統(tǒng)的諧波電流最??；滿足無功補償?shù)囊螅槐ＷC安全、可靠運行。 參數(shù)設(shè)計、選擇前必須掌握的資料： 1）系統(tǒng)主接線和系統(tǒng)設(shè)備（變壓器、電纜等）資料； 2）系統(tǒng)和負荷的性質(zhì)、大小、阻抗特性等； 3）諧波源特性（諧波次數(shù)、含量、波動性能等）； 4）無功補償要求；要達到的濾波指標； 5）濾波器主設(shè)備參數(shù)誤差、過載能力、溫度等要求。以上資料是濾波器參數(shù)選擇、設(shè)計必要條件。案例設(shè)計問題：沒有系統(tǒng)最終規(guī)模的諧波資料2、濾波器結(jié)構(gòu)及接線方式選擇由一組或數(shù)組單調(diào)諧濾波器組成，有時再加一組高通濾波器。工程接線可靈活多樣，但推薦采用電抗器接電

3、容低壓側(cè)的星形接線，主要優(yōu)點是： 1）任一電容擊穿短路電流小； 2）設(shè)備承受的僅為相電壓； 3）便于分相調(diào)諧。高通濾波器多采用二階減幅型結(jié)構(gòu)（基波損耗小，頻率特性好，結(jié)構(gòu)簡單）。經(jīng)濟原因高通濾波器多用于高壓。1、濾波器參數(shù)選擇原則原則：最小投資；母線 THDU 和進入系統(tǒng)的諧波電流最小；滿足無功補償?shù)囊?；保證安全、可靠運行。 參數(shù)設(shè)計、選擇前必須掌握的資料： 1）系統(tǒng)主接線和系統(tǒng)設(shè)備（變壓器、電纜等）資料； 2）系統(tǒng)和負荷的性質(zhì)、大小、阻抗特性等； 3）諧波源特性（諧波次數(shù)、含量、波動性能等）； 4）無功補償要求；要達到的濾波指標； 5）濾波器主設(shè)備參數(shù)誤差、過載能力、溫度等要求以上資料是濾

4、波器參數(shù)選擇、設(shè)計必要條件。本案例1段母線濾波器接線（圖紙拷貝）。3、濾波器設(shè)計參數(shù)的分析處理參數(shù)設(shè)計必須應(yīng)依據(jù)實測值或絕對可靠的諧波計算值，但根據(jù)具體情況可作一些近似處理： 1）母線短路容量較小或換算得到的系統(tǒng)電抗（包括變壓器）XS較大時，可忽略系統(tǒng)等值電阻RS； 2）系統(tǒng)原有諧波水平應(yīng)通過實測得到，在濾波器參數(shù)設(shè)計時，新老諧波電流源應(yīng)一起考慮； 3）L、C制造、測量存在誤差，以及f、T變化可能造成濾波器失諧，誤差分析是參數(shù)設(shè)計必須考慮的問題； 4）參數(shù)設(shè)計涉及技術(shù)指標、安全指標和經(jīng)濟指標，往往需經(jīng)多個方案比較后才能確定。4、濾波器方案與參數(shù)的分析計算1）確定濾波器方案 確定用幾組單調(diào)諧濾波

5、器，選高通濾波器截止頻率，以及用什么方式滿足無功補償?shù)囊蟆?例如：三相全波整流型諧波源，可設(shè)5、7、11次單調(diào)諧濾波器，高通濾波器截止頻率選12次。無功補償要求從容量需求平衡角度，通過計算綜合確定。 2）濾波器基本參數(shù)的分析 電容器基本參數(shù)：額定電壓UCN、額定容量QCN、基波容抗XC，而XC=3 U2CN/ QCN（這里QCN 是三相值）。 為保證電容器安全運行，電壓應(yīng)限制在一定范圍內(nèi)。3）濾波器參數(shù)的初步計算（按正常條件）設(shè)h次諧波電壓含有率為HRUh，通過推導可得到： 其中，q 為濾波器的最佳品質(zhì)因數(shù)。以上是從保證電容器電壓要求初步選擇的參數(shù)。但為保證電容器的安全運行還應(yīng)滿足過電流和容

6、量平衡的要求，公式如下： 4）濾波器參數(shù)的初步計算串聯(lián)電抗器參數(shù)以上為單調(diào)諧濾波器參數(shù)的初步選擇。5）濾波器參數(shù)的最后確定濾波器最終參數(shù)需通過大量、多次頻率特性仿真計算結(jié)果確定；并根據(jù)要求指標進行校驗。 為保證安全運行，還要選斷路器、避雷器、保護等。 自動調(diào)諧濾波器（改變電感 L）能提高濾波效果。但由于技術(shù)經(jīng)濟的原因，目前應(yīng)用不普遍。5、濾波器參數(shù)指標的校驗1）電壓平衡 ：校驗支路濾波電容器的額定電壓2）電流平衡：校驗濾波電容器的過電流水平 ，IEC為1.45倍。3）容量平衡：QCN= QC1（基波容量）+Q h (諧波容量)；對濾波支路僅考慮I1 和Ih 通過時，近似有：6、其它分析、計算工

7、作1）濾波支路等值頻偏（總失諧度）的計算2）濾波支路品質(zhì)因數(shù)q值的計算其中，s為濾波器接點看進去的系統(tǒng)等值阻抗角。3）濾波器性能和二次保護等分析計算濾波器設(shè)計的技術(shù)性很強，需有專門的程序。除參數(shù)計算外，要能對濾波器的諧波阻抗、綜合阻抗、諧波放大、局部諧振（串、并聯(lián)）等濾波性能進行分析。三、案例濾波器設(shè)計方法介紹1、案例簡介2、諧波數(shù)據(jù)合成 中頻爐屬交直交供電，換流脈動數(shù)為6，特征諧波值為6K1次諧波。非對稱觸發(fā)等原因，存在非特征諧波。 福建中試測試：線2、線4和中頻爐饋線；各諧波電壓畸變率全部超標，5、11、13及以上諧波電流超標。 非在電網(wǎng)最小方式、鋼廠非滿負荷下的測試，測試結(jié)果偏??；及今后

8、8臺爐投運超標肯定更大。 設(shè)計問題：沒有單臺電爐諧波測試數(shù)據(jù)，沒有新供電方案下負荷同時運行測試數(shù)據(jù)，需根據(jù)經(jīng)驗及現(xiàn)有供電方案諧波測試數(shù)據(jù)進行分析獲取設(shè)計數(shù)據(jù)。 按電爐變80負荷率合成各母線諧波電流。 3、基波無功容量計算 按母線電爐全部運行功率因數(shù)大于0.9，單爐運行功率因數(shù)應(yīng)小于1，治理前平均功率因數(shù)取0.85條件，通過程序計算各段母線的三相基波補償容量： 10KV I段：Q=3.8MVAR 10KV II段：Q=2.65MVAR 605頻爐線： Q=1.9MVAR 4、考核標準計算和濾波器配置選擇 根據(jù)各母線的短路容量，計算各段母線電爐運行過程中的諧波考核標準；以及對比合成的諧波電流水平，

9、選擇、配置各段母線的濾波器。 總電壓畸變率國標規(guī)定的限值各級電網(wǎng)諧波電壓限值（%）電壓（KV）THD奇次偶次0.385.4.02.06.10.43.21.635.6632.41.211021.60.0允許注入電網(wǎng)的各次諧波電流國標規(guī)定限值（部分）短路容量不同時的換算公式：根據(jù)短路容量換算案例的各母線諧波電流允許值。標稱電壓（KV）基準短路容量（MVA）234567891011010.0100.00.260020.0013.0020.0008.5015.0006.4006.8005.1009.3（I）010.0116.0025.0016.5012.5016.9008.2013.3006.1006

10、.5004.9008.7(II)010.0116.0019.1010.1009.5010.8006.2009.0004.7005.0003.7006.5(605)010.0080.0011.1005.1005.6005.6003.6004.9002.7002.9002.2003.7標稱電壓（KV）基準短路容量（MVA）12131415161718192021010.0100.0004.3007.9003.7004.1003.2006.0002.8005.4002.6002.9（I）010.0116.0004.1007.5003.6003.9003.1005.8002.7005.2002.500

11、2.8(II)010.0116.0003.2005.7002.7003.0002.3004.4002.1004.0001.9002.1(605)010.0080.0001.8003.3001.6001.8001.4002.6001.2002.3001.1001.2標稱電壓（KV）基準短路容量（MVA）2223232425010.0100.0002.3.004.5.004.5002.1004.1（I）010.0116.0002.2004.3004.3002.0003.9(II)010.0116.0001.7003.3003.3001.5003.0(605)010.0080.0001.0001.9

12、001.9000.9001.8與合成的案例諧波比較：各母線諧波電流均超標，由于裝置的非同時觸發(fā)，存在非特征諧波超標的現(xiàn)象。因此只能對主要的頻譜進行設(shè)置濾波器；由于電爐運行方式大幅度變化，特別是10KV I段負荷變化較大，受基波無功補償容量限制，參數(shù)設(shè)計存在難度及影響其濾波效果。 綜合考慮：各母線配置5、7、11、13次濾波器。 5、濾波器參數(shù)設(shè)計（以10KV I段為例） 由于中頻爐諧波為連續(xù)頻譜諧波，以及基波補償電容器的限制，濾波器參數(shù)設(shè)計很難滿足要求，經(jīng)幾十次分析、比較，確定的案例最終單相參數(shù)如下：H5H7H11H13合計電容器（F）27.5159220.777333522.98421三相電

13、容器安裝容量（kvar）18301350186012696309三相基波輸出容量（kvar）90066611087263400電抗器（毫亨）14.745229.961782.395222.61115考慮的問題：濾波效果，電壓、電流、容量是否能夠平衡，是否存在諧波放大，無功是否過補等，通過對參數(shù)進行多次仿真，調(diào)整、比較和評估設(shè)計效果，。1段母線補償電容器和濾波器同時運行仿真示例：僅濾波器投入運行的仿真示例。四、設(shè)備定貨、施工和現(xiàn)場調(diào)試1、擬合標準指標與產(chǎn)品定貨 按設(shè)計參數(shù)選配、擬合標準規(guī)格電容器，考慮電抗器調(diào)節(jié)范圍，提出溫升、耐壓、損耗等指標。 電容器要求+誤差，電抗器5%可調(diào)，電容器質(zhì)量。 注

14、意濾波電容器，干式、油侵電容器等問題。2、工程施工需要注意的問題 LC濾波器屬工程，結(jié)合用戶現(xiàn)場條件、情況，設(shè)計單位應(yīng)提供完善的工程資料，安裝、施工要求；由于濾波器現(xiàn)場安裝，要求工程單位按設(shè)計施工、保證質(zhì)量；做詳細安裝檢查，保證連接正確，防止相序、設(shè)備接線錯誤 案例施工中的問題：連接、保護3、現(xiàn)場調(diào)試主要要求和方法 1）要求：保證系統(tǒng)可靠運行，避免系統(tǒng)與濾波器諧振造成的諧波放大；投切過電壓限制在有效范圍內(nèi)；保證濾波本身安全運行，不會導致電容、電感、電阻等不發(fā)生穩(wěn)態(tài)過負荷，以及投、切時的過電壓、過電流不損壞本體設(shè)備。 其中，多數(shù)與設(shè)計有關(guān)。 2）步驟：測量各種工況諧波；計算系統(tǒng)和濾波器頻率特性，

15、研究是否可能出現(xiàn)諧波放大，決定濾波器是正調(diào)偏還是負調(diào)偏；計算調(diào)整后的過電壓、過電流；分析、考慮配置的保護，避雷器對投切、斷路器重燃過電壓有重要作用；編寫濾波器投入方案，測量考核濾波效果。 案例調(diào)試中發(fā)生的問題：。 3）方法： 幅頻特性法：諧振時Z=R，濾波器電流最大；電阻上的電壓最大，濾波器總電壓最?。灰虼?，通過觀測兩個電壓與預(yù)估的電壓比較，可確定調(diào)諧回路的諧振。 缺點：誤差大，有計算誤差、試驗誤差和觀測誤差。 相頻特性法：把電阻電壓和濾波器總電壓分別送示波器兩個通道進行相角比較，可確定濾波器是否諧振。可采用同軸或不同軸兩種方法。同軸法看到的是點重合或相反，因此誤差大；不同軸法通過橢圓變成直線

16、確定諧振，因此觀察比較容易，準確，工作量小。 放電振蕩法：過程如圖 放電時測量R上電壓，記錄波形； 測量周波時間，可計算諧振頻率。 缺點：每測一次都需充、放 電一次，過程復雜，也不夠準確。 因此，三種方法中，相頻特性法比較實用，而且可用頻率計實際測量諧振頻率；改變信號發(fā)生器頻率，還可以測量濾波器的阻抗頻率特性。 實際工程一般采用-5%（負偏）調(diào)諧濾波器。4、案例工程運行測試結(jié)果（1段母線）投運前：電壓（V）電流（A）功率因數(shù)電壓總畸變率%電流總畸變率%98005400.8810.15.1投運后：電壓（V）電流（A）功率因數(shù)電壓總畸變率%電流總畸變率%102005600.991.54.2投運后各

17、次諧波電流的95%最大值 五、關(guān)于電弧爐諧波治理的簡介 1、電弧爐負荷特點和治理要求 1）三相負荷電流嚴重不對稱，嚴重時負序可達正序的50%60%，熔化期也占20%。需解決不平衡問題； 2）含有2、3、4、5、7等次諧波，產(chǎn)生的諧波電流頻譜廣，含有偶次諧波，諧波治理要求高； 3）電弧爐隨機運行在開路-短路-過載狀態(tài)，很大的功率沖擊，引起PCC母線電壓變動，存在電壓閃變問題。 4）電爐變壓器和短網(wǎng)消耗大量無功， 因此運行功率因數(shù)非常低，增大電網(wǎng)損耗、降低電壓水平。 小容量電弧爐可用 LC 無源濾波器，但對設(shè)計的要求比較高，一般采用C型電力濾波器。2、常用SVC形式和TCR補償原理 常用的SVC有晶閘管控制電抗器（TCR）、自飽和電抗器（SR）和晶閘管投切電容器（T