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無功補償?shù)挠嬎阋弧⑾到y(tǒng)基本情況XX鋼絲繩有限公司35kV變電所目前采用二臺SZ11-35±3X2.5%/0.4,1600kVA(Dyn11、U%=6.5)變壓器，預(yù)留一臺SZ11-35±3X2.5%/0.4,1600kVA變壓器，電力供電系統(tǒng)經(jīng)35kV變壓器直接降壓為0.4kV低壓配電系統(tǒng)向熱處理車間、拉絲車間、捻股合繩車間和工廠照明等供電。主要負荷為電動機。全廠總供電負荷4800kVA(包括預(yù)留)，總用電負荷3200kW。系統(tǒng)容量一般由當(dāng)?shù)毓╇姴块T提供，也可將供電電源出線開關(guān)的開斷容量作為系統(tǒng)容量。根據(jù)設(shè)計院圖紙，每臺35kV變壓器額定電流為2309.5A，額定分斷電流為20kA，三臺35kV變壓器的總分斷電流為60kA,則可認為系統(tǒng)容量S=3X(1.73X20(kA)X35000(V))=3X1211MVA^3600MVA。實際可將上一級110kV系統(tǒng)設(shè)為無窮大。二、用電設(shè)備基本情況用電負荷XX鋼絲繩有限公司的主要用電負荷，拉絲車間的用電負荷為2720kW，熱處理車間負荷為240kW,捻股合繩車間負荷為903kW等。主要設(shè)備為拉絲機，捻繩機等用電動機，全廠共擁用70臺不同容量的電動機，總?cè)萘繛?909kW。電動機的容量、數(shù)量(由設(shè)計院提供)見表1。表1：電動機的容量、數(shù)量設(shè)備名稱容量(kW)數(shù)量總?cè)萘?kW)功率因數(shù)COS①額定電流(A)啟動方式電動機137810960.9245AC-DC-AC變頻整流調(diào)速裝置電動機11022200.9204電動機9065400.89167AC-DC勵磁單向調(diào)速裝置、電動機552011000.89102.7電動機4552250.8984電動機30103000.8956.9電動機224880.8942.2電動機18.5153450.8935.5總計703909用電負荷的諧波根據(jù)我們分析，用電負荷的諧波主要來自以下幾方面：（1） 拉絲機的動力采用電磁調(diào)速電動機拉絲機的動力采用電磁調(diào)速電動機，電磁調(diào)速電動機普遍采用YCT系列調(diào)速電動機，該系列調(diào)速電動機由鼠籠式異步電動機、電磁轉(zhuǎn)差離合器和控制器三部分組成，能在規(guī)定的調(diào)速范圍均勻地、連續(xù)地?zé)o級調(diào)速，并輸出額定轉(zhuǎn)矩?？刂破魇菍⑺俣戎噶钚盘栯妷汉驼{(diào)速電動機速度負反饋信號電壓比較后，經(jīng)放大電路及移相觸發(fā)電路，從而控制了晶閘的開放角，改變了轉(zhuǎn)差離合器的勵磁電流，使調(diào)速電動機轉(zhuǎn)速保持恒定。調(diào)節(jié)勵磁電流即能使電動機在規(guī)定的調(diào)速范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速?？刂破鞯目刂齐姍C功率、最大輸出（直流）見表2。表2：控制器控制電機功率、最大輸出（直流）控制電機功率（kW）15-4045-90最大輸出（直流）90V,5A90V,8A（2）變頻整流調(diào)速電動機全廠有110、137kW變頻調(diào)速三相異步電機10臺，總負荷1316kW,占全部電動機容量的34%。。該電機由變頻整流調(diào)速裝置來調(diào)速，一般采用6脈動交-直-交電流型變頻器。電網(wǎng)通過可控硅三相全控橋給變頻器供電，功率因數(shù)角約等于控制角a。供電電流包含6±1次諧波（K=1、2、3…），并且在直流電流無脈動的理想情況下，n次諧波電流含量是基波電流的1/n。實際上，直流電流脈動導(dǎo)致五次諧波和七次諧波含量增加，大于七次諧波的高次諧波含量減少。（3） 無功補償裝置變頻器用量較大的用戶，用電容器進行無功力率補償雖然可以大副度降低基波無功電流，但是必然出現(xiàn)諧波放大現(xiàn)象。這時，供電電流和電容器電流中諧波和間諧波電流大副度增加。（4） 熱處理設(shè)備熱處理設(shè)備一般采用工頻感應(yīng)加熱整流裝置，小型換流裝置采用6脈沖，其運行時產(chǎn)生大量諧波，產(chǎn)生的諧波可能影響到自身，連接于同條供電線路的其他負荷。三、 無功補償容量的計算XX鋼絲繩有限公司35kV變電所的無功補償電容器安裝在35kV變壓器的低壓側(cè)，即安裝在每一臺SZ11-35+3X2.5%/0.4,1600kVA變壓器0.4kV的母線上。計劃安裝無功補償裝置6臺，總補償容量為1440kvar(估計按總供電負荷4800kVA的30%進行無功容量補償。)，無功補償裝置分布安裝在不同的變電室，每個變電室安裝3臺電容器柜，每柜電容器容量240kvar,分12組，每組20kvar，補償容量為720kvar。其無功容量主要補償35kV配電變壓器的空載無功功率和漏磁無功功率以及用以補償電動機的無功消耗。計算由設(shè)計院在對處于設(shè)計階段的企業(yè)已確定無功補償電容器的容量，本諧波容量計算分析以此為依據(jù)。由于用電負荷存在大量諧波，無功補償電容器對諧波放大，電容器由于超溫和過壓而損壞，供電變壓器溫升加大。為避免諧波電流大副度增加，諧波治理與無功功率補償必須同時進行。四、 諧波容量的計算用戶諧波源的特性(諧波次數(shù)、諧波量等)分析根據(jù)用電負荷分析，并結(jié)合我們工作經(jīng)驗，我們初步分析用戶諧波源的特性如下：1.1諧波次數(shù)該工廠的用電負荷應(yīng)視作為三相對稱負荷，偶次諧波可以不考慮，主要為奇次諧波，奇次諧波的主要5次、7次諧波。1.2諧波量AC-DC-AC變頻整流調(diào)速裝置采用AC-DC-AC變頻整流調(diào)速裝置的電動機負荷為1316kW,額定電流為3463.2A,取諧波電流的含量15%額定電流，即519A.AC-DC勵磁單向調(diào)速裝置諧波電流的分量89.5A。工頻感應(yīng)加熱整流裝置工頻感應(yīng)加熱整流裝置的負荷為260kW,額定電流309.3A,取諧波電流的含量20%額定電流，即61.86A。以上三項的諧波電流的含量約670A。按78%的諧波電流考慮，取519A的諧波電流為計算依據(jù)。3各次諧波電流含量電能質(zhì)量的要求國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》諧波水平的要求如下:電壓總諧波畸變率和奇次諧波電壓含有率見表7。表7:電壓總諧波畸變率和奇次諧波電壓含有率電壓總諧波畸變率奇次諧波電壓含有率0.38kV系統(tǒng)THDv<5%THD聲4.0%35kV系統(tǒng)THDv<3%THDh<2.4%注入0.38kV母線的各次諧波電流含量不超過（基準(zhǔn)容量100MVA）表8所列值:表8:注入母線的各次諧波電流允許值諧波次數(shù)35791113諧波電流含量（A）626244212824諧波次數(shù)151719212325諧波電流含量（A）1218168.91412經(jīng)過分析，9次以上的諧波電流含量比較接近國家標(biāo)準(zhǔn)允許值，5次、7次諧波電流含量嚴重超標(biāo)。該企業(yè)35kV側(cè)的第5次和7次諧波電壓和公共連接點，且控制在國家標(biāo)準(zhǔn)允許值2.4%額定電壓之下。這時該企業(yè)注入系統(tǒng)的第5次和7次諧波視在功率之和不超過：1.2%XJ3X35X6.84+1.2%XJ3X35X5.09=4.98+3.70=8.68（kVA）該值僅為供電負荷（4800kVA）的0.18%，而且諧波有功功率還應(yīng)更小。系統(tǒng)的諧波阻抗特性系統(tǒng)的諧波阻抗特性原則上用實測值或可靠的計算值,但根據(jù)XX鋼絲繩有限公司35kV變電所具體情況作如下處理：當(dāng)母線上由短路容量換算所得的基波電抗Xs*（*為標(biāo)么值）中主變壓器的電抗占絕對優(yōu)勢時，系統(tǒng)等值諧波電阻Rsh一般很小，可忽略不計?？梢哉J為諧波電抗為hXs。35kV1600kVA變壓器的電抗X*=7/1.6=4.375,三臺變壓器的等值電抗為1.458s則5次諧波電抗Xs5*=5XXs*=7.292,7次諧波電抗Xs7*=7XXs*=10.206。七、TAL型低壓自動濾波裝置介紹概述由于大量的非線形負載，如整流裝置、冶煉爐、電氣化機車、高頻爐、中頻爐、電電弧、單晶爐等諧波源對電網(wǎng)的諧波污染，電網(wǎng)質(zhì)量越來越差，絕大地危害用電設(shè)備的安全和能源的浪費，電網(wǎng)質(zhì)量越來越滿足不了用戶的要求。而電力部門沒有象要求無功功率因數(shù)達標(biāo)及罰款規(guī)定，統(tǒng)一要求產(chǎn)生諧波的用戶進行有效治理的辦法，國家也沒有一部象治理環(huán)境污染一樣的諧波污染治理法。雖然，我們研制了治理諧波源的低壓TAL0.4型低電壓濾波裝置和TBB0.4型低壓無功補償裝置，取得良好效果，并于1993年通過了機電部和能源部的產(chǎn)品鑒定，在國內(nèi)率先邁出了可喜的第一步。當(dāng)前用電形勢表明，電力用戶對電網(wǎng)質(zhì)量要求越來越高，治理諧波污染勢在必行，我公司與西安電力電容器研究所合作在原基礎(chǔ)上研制了0.4kV的TAL-2新型低壓自動濾波裝置，服務(wù)于諧波治理事業(yè)。產(chǎn)品用途和技術(shù)說明要治理電網(wǎng)的諧波，首先從根本上去治理產(chǎn)生大量諧波的諧波源，也就是說對產(chǎn)生大量諧波的設(shè)備，如整流裝置、冶煉爐、中頻爐、單晶爐等，進行諧波測量、監(jiān)測，TAL型低壓自動濾波裝置是在TAL型低電壓濾波裝置的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化設(shè)計并改進的產(chǎn)品，直接用于治理諧波源。本產(chǎn)品設(shè)計原理先進、標(biāo)準(zhǔn)化成度高、成本低、節(jié)能效果好、安全可靠。該裝置可有效地濾除高次諧波，改善電壓和電流質(zhì)量，并向系統(tǒng)提供容性無功，提高功率因數(shù)。本產(chǎn)品適用于需要補償無功功率和實現(xiàn)濾波功能的用戶。產(chǎn)品的主要結(jié)構(gòu)?可控硅晶閘管（科技型）或?qū)Ｓ脭嗦菲鳎ń?jīng)濟型）。?干式空芯電抗器或樹脂絕緣干式電抗器。?濾波電容器（裝置采用金屬化薄膜電容器）。?新型自動化控制器，按無功功率和諧波量自動投切諧波濾波支路，并具有諧波超顯示、報警和保護。?標(biāo)準(zhǔn)柜體（2260X800X600）。也可按照設(shè)計院確定的柜體尺寸（如：2200X1000X1000）。?保護功能齊全：有短路、過載、過壓、欠壓、缺相及諧波超值保護等。產(chǎn)品的主要特點?采用無觸點自動投切，可以連續(xù)頻繁投切濾波器組而不影響開關(guān)和電容器的壽命。或采用專用真空斷路器投切濾波器組而不發(fā)生重燃。?即時檢測系統(tǒng)諧波電流頻譜和無功波動幅度和頻率，進行實時補償。?實時顯示系統(tǒng)諧波電流等數(shù)據(jù)。?除標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品外，還可根據(jù)客戶系統(tǒng)專門設(shè)計，濾波效果可達80%以上，補償后功率因數(shù)A0.95。?動態(tài)響應(yīng)時間快，響應(yīng)時間不超過20ms。?投切時無暫態(tài)沖擊，無合閘涌流，無電弧重燃，無需放電即可再投。5.產(chǎn)品的創(chuàng)新點采用帶諧波監(jiān)測功能的新型無功功率控制器，該控制器是我國目前唯一貫徹新國標(biāo)JB7113-93而設(shè)計的填補國內(nèi)空白的產(chǎn)品。本控制器除具備一般保護器的循環(huán)投切等功能外，還能和諧波監(jiān)測保護器配套，具備諧波超值保護及二次過電壓保護等功能，使控制器對電容器的投切及保護完全符合新國標(biāo)JB7113-93的要求。對多調(diào)諧濾波支路采用固定投切+動態(tài)投切的混合運行方式。八、附加說明以上是初步計算，等資料更充分和詳細后，可對整個無功補償功率和濾波器作一計算機輔助設(shè)計，進行無功和諧波潮流分析和濾波效果評估。但是，無功補償裝置和濾波裝置的8個柜子是不會改變的，總的容量也不會大的調(diào)整，只是對個別參數(shù)進行一些修改。我公司會進一步配合設(shè)計院的工作，并表示在本項目與設(shè)計院合作。35kV變電所用ESH1000諧波監(jiān)測保護裝置一、諧波監(jiān)測保護裝置的具體應(yīng)用1監(jiān)測的諧波參數(shù)根據(jù)DL/T5137-2001《電測量及電能計量裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，應(yīng)對本35kV變電所如下PCC連接點進行監(jiān)測：1.1系統(tǒng)指定諧波監(jiān)視點35kV母線的諧波電壓。1.20.4kV無功補償裝置所連接母線的諧波電壓（變壓器0.4kV連接母線）。1.3產(chǎn)生諧波源0.4kV無功補償裝置回路的諧波電流。1.4產(chǎn)生諧波源濾波器回路的諧波電流。2監(jiān)測保護單元的配置（見表1）表1監(jiān)測保護單元配置表

監(jiān)測點監(jiān)測諧波參數(shù)監(jiān)測保護模塊數(shù)監(jiān)測保護信號采集的位置備注35kV母線諧波電壓3（三相）儀表用PT二次/100V1#變壓器0.4kV母線諧波電壓3（三相）儀表用PT二次/100V或0.4kV的相電壓2#變壓器0.4kV母線諧波電壓3（三相）3#變壓器0.4kV母線諧波電壓3（三相）預(yù)留1#無功補償裝置諧波電流1（單相）CT二次500/5A2#無功補償裝置諧波電流1（單相）CT二次500/5A3#無功補償裝置諧波電流1（單相）CT二次500/5A4#無功補償裝置諧波電流1（單相）CT二次500/5A5#5次濾波裝置諧波電流1（單相）CT二次500/5A6#5次濾波裝置諧波電流1（單相）CT二次500/5A7#7次濾波裝置諧波電流1（單相）CT二次500/5A8#7次濾波裝置諧波電流1（單相）CT二次500/5A總計20注：監(jiān)測保護模塊數(shù)由用戶確定，可任意靈活配置、ESH1000諧波監(jiān)測保護裝置的連接和安裝位置和連接安裝位置根據(jù)設(shè)計院的要求本ESH1000諧波監(jiān)測保護裝置安裝在35kV變壓器的高壓配電室，即第10號柜的位置。但是35kV高壓開關(guān)柜的尺寸很大，監(jiān)測保護裝置一般與0.4kV開關(guān)柜的尺寸一致比較適宜，并且操作和觀察比較安全。監(jiān)測保護裝置的尺寸為寬度X高度X深度（800X2262X600mm）o監(jiān)測保護裝置的連接35kV母線的電壓信號取自PT二次/100V儀表用的輸出信號，三組電壓信號。0.4kV母線的電壓信號分別取自1#變壓器、2#變壓器、3#變壓器（預(yù)留）的PT400/100V儀表用的輸出信號或直接取0.4kV母線的相電壓（如沒有PT的情況下），九組電壓信號（預(yù)留三組）。無功補償裝置和濾波裝置的信號分別取自CT二次500/5A的輸出信號，1#、2#、3#、4#無功補償裝置各取1路電流信號，5#、6#、7#、8#濾波裝置各取1路電流信號。信號回路在額定輸入電壓電流參數(shù)下,每回路（通道）消耗的視在功率不大于0.75VA。連接導(dǎo)線的選擇二次電壓和電流信號線采用儀器用電纜，單芯雙絞線或三絞線，PVC絕緣、PVC護層并帶有外屏蔽，截面不小于1.5mm2。監(jiān)測保護裝置用電源電纜（220V）截面不小于2.5mm2，采用鍍錫銅絞線。監(jiān)測保護裝置的功率為單相1kW。屏柜上所有元件都完成內(nèi)部連線，設(shè)備與端子的連接在端子排內(nèi)側(cè)進行，屏內(nèi)配線布置整齊；電源電纜和信號電纜從底部進線，用獨立的接線端子，電源電纜和信號電纜之間完全分開。接線端子留有10%的裕度。三、ESH1000諧波監(jiān)測保護裝置的使用條件和主要功能（詳細見用戶手則）1.ESH1000諧波監(jiān)測保護裝置的使用條件1.1使用環(huán)境條件周圍空氣溫度不超過40°C；且在24h內(nèi)測得的平均值不超過35°C。最低周圍空氣溫度為-10C。?相對濕度：不超過95%。大氣壓力：80?110kPa（相當(dāng)于海拔2000m）1.2基本參數(shù)（1）裝置額定交流電壓、直流電壓及允許偏差?額定交流電壓:220V,容許偏差土20%,50Hz±1鳥，諧波電壓總畸變率＞8%;100V,容許偏差土20%,50Hz±1Hz，諧波電壓總畸變率＞8%;?額定直流電壓:220V,容許偏差土20%;100V,容許偏差土20%。裝置交流回路過載能力?交流電壓：1.2Un 連續(xù)工作；?交流電流：2In 連續(xù)工作；40In Is。功率消耗?220V供電，電源消耗的有功功率不大于IkW;?信號回路在額定輸入電壓電流參數(shù)下，回路(通道)消耗的視在功率不大于0.75VA/回路(通道)。1.3主要功能檢測功能對要求的通道(電流通道、電壓通道)信號進行同時監(jiān)測。顯示功能對要求的通道(電流通道、電壓通道)信號進行顯示。分析計算功能分析計算1-25次諧波有效值、畸變率、95%概率值、諧波功率、電網(wǎng)頻率等參數(shù)，并能以圖形、表格等多種形式輸出分析結(jié)果。由ESH100諧波監(jiān)控管理軟件來實現(xiàn)。超限報警功能各次諧波電壓、電流獨立設(shè)置報警定值和時限定值，當(dāng)諧波越限時，計算機報警并記錄當(dāng)時的時間及報警前后一段時間內(nèi)的波形和參數(shù)以便查詢。由ESH100諧波監(jiān)控管理軟件來實現(xiàn)。保護功能各次諧波電壓、電流獨立設(shè)置保護動作定值和時限定值，當(dāng)諧波越限時，自動產(chǎn)生控制信號驅(qū)動保護跳閘繼電器輸出作用于保護跳閘。本項目的無功補償裝置和濾波裝置的諧波電流越限時，可提供開關(guān)接點,并結(jié)合無功功率的大小來控制無功補償裝置和濾波裝置各支路的投和切。設(shè)置功能諧波電壓/電流的有效值、負序值和總畸變率的報警保護定值以及PT、CT的變比根據(jù)用戶要求整定，具有時鐘、系統(tǒng)基本參數(shù)的重新設(shè)置、更改、刪除功能。由ESH100諧波監(jiān)控管理軟件來實現(xiàn)。記錄存儲功能歷史數(shù)據(jù)及故障波形存儲在大容量硬盤中，可隨時通過不同的檢索途徑查詢及顯示歷史某一段時間的諧波數(shù)據(jù)。存儲記錄時間為：一個月、一季度、一年或更長。統(tǒng)計功能可按小時、天、月、季度、年統(tǒng)計各次諧波電壓、電流的95%概率值、畸變率值、功率值、負序值等參數(shù)，并可以圖形、報表多種形式輸出分析結(jié)果。越限統(tǒng)計功能可按月、季度、年統(tǒng)計諧波超標(biāo)的次數(shù)、總時間。打印功能設(shè)置屏幕打印實時數(shù)據(jù)表格/圖形打印、歷史數(shù)據(jù)表格/圖形打印、統(tǒng)計表格/圖形打印功能。通訊功能在線監(jiān)測裝置應(yīng)根據(jù)實際應(yīng)用環(huán)境的通訊要求,至少具備一種標(biāo)準(zhǔn)通訊接口，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時傳輸或