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安科瑞 王蒙蒙
摘要：目前大多數(shù)低壓配電系統(tǒng)的無功補償，都是通過在負載側(cè)加裝并聯(lián)型電容補償柜的方式實現(xiàn)的。但由于諧波的存在，無功補償?shù)碾娙菘赡鼙恢C波影響而損壞，還會使諧波電流放大。諧波可以通過安裝有源濾波器來進行治理，使諧波含量控制在有效的范圍內(nèi)，而電容放大諧波電流的問題則可以通過在電容進線端串聯(lián)相應電抗率的電抗器來解決，補償裝置及各種設備就能保證正常工作。
關(guān)鍵詞：無功補償 諧波 電容損壞 有源濾波器 電抗器
1 引言
在低壓配電系統(tǒng)中，負載多為阻感性用電設備，這就造成了電網(wǎng)的功率因率偏低，大量無功從電網(wǎng)汲取不僅影響了輸配電效率，還帶來了用戶因功率因數(shù)低而罰款的問題。無功補償成為現(xiàn)在低壓配電系統(tǒng)中*的部分，目前ui常用、成本ui低的方式是在負載側(cè)加裝電容補償柜。這種補償方式可以提高供電系統(tǒng)功率因數(shù)，穩(wěn)定受電端電壓水平，從而提高電網(wǎng)供電質(zhì)量。但采用純電容器進行無功補償時一旦遇到諧波的干擾，電容器的補償支路極易發(fā)生故障，造成電容器鼓包、投切開關(guān)不動作、誤動作與保護設備損壞等嚴重后果。
2 諧波的產(chǎn)生及危害
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展與應用，越來越多的非線性用電設備在工作過程中不可避免的會產(chǎn)生諧波，從常見的LED燈、計算機電源，到工業(yè)中廣泛應用的整流設備、變頻器、中頻爐、逆變器等，都會產(chǎn)生諧波，這對無功補償所采用的電容、投切開關(guān)等產(chǎn)生了極大影響。例如：使電網(wǎng)中的電容器產(chǎn)生諧振。工頻下，系統(tǒng)裝設的各種用途的電容器比系統(tǒng)中的感抗要大得多，不會產(chǎn)生諧振，但諧波頻率時，感抗值成倍增加而容抗值成倍減少，這就有可能出現(xiàn)諧振，諧振將放大諧波電流，導致電容器等設備被燒毀。有些配電房傳統(tǒng)的無功補償裝置由于不能諧波的干擾，根本無法投入運行或是投入后被損壞，功率因數(shù)偏低，造成電費扣罰。
3案例分析
3.1測量信息
測試對象：某電纜制造公司，其主要諧波源為各種容量的變頻器
測試位置： 1#變壓器進線柜和對應無功柜(共補)A相
測試內(nèi)容：上述位置諧波電流畸變率及變化趨勢等。
測試儀器：日置PW3198電能質(zhì)量分析儀
測量示意圖：
圖3-1 測量點及一次系統(tǒng)示意圖
據(jù)了解現(xiàn)場采用純?nèi)轃o功柜，由于電容對于諧波呈現(xiàn)低阻抗特性，在有諧波的系統(tǒng)中會有部分諧波灌入無功柜，導致電容過流過熱，甚至在某次諧波頻次下與系統(tǒng)發(fā)生諧振，放大諧波，加重危害，損壞無功柜，影響系統(tǒng)中其他用電負載的正常運行，為此我司根據(jù)該配電系統(tǒng)選擇合適測量位置，在測量負載電能質(zhì)量情況同時測量無功柜中電能質(zhì)量，證實諧波對無功柜的危害。
3.2測量數(shù)據(jù)分析
測量點1/2：1#變壓器出線側(cè)和對應無功柜A相
圖3-2 1#變次總柜總電流畸變率
圖3-3 1#變次總進線柜A相各次諧波電流含量
圖3-4 1#變下無功柜進線A相各次諧波電流含量
從數(shù)據(jù)可以看出，采用的純?nèi)轃o功柜不僅會吸收諧波還會有放大諧波的危害，無功柜長期流入諧波導致?lián)p壞，不能正常運行，功率因數(shù)會下降，導致客戶無功罰款，增大電費損失和設備更換損失，甚至影響企業(yè)供電和生產(chǎn)經(jīng)營。系統(tǒng)主要諧波以5/7次為主，具體數(shù)據(jù)總結(jié)如下表2。
表1 1#變壓器和無功柜電能質(zhì)量數(shù)據(jù)
3.3方案與選型
根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析，兩臺變頻器情況基本類似，本身負載產(chǎn)生的諧波較大，沒有得到治理，流入純?nèi)轃o功柜內(nèi)，使得無功柜發(fā)生損壞，甚至有放大諧波現(xiàn)象，且現(xiàn)場出線變壓器、母排明顯振動情況，該工況我司建議進行無功改造和諧波治理雙管齊下，從根本上解決問題。
1)對無功補償柜進行改造，采用串聯(lián)電抗的無功補償方案，由于系統(tǒng)中主要存在5/7次諧波，采用電抗率7%的電抗(一般針對3次諧波選用13%電抗率的電抗器，而5、7次諧波則選用7%電抗率的電抗器)并確保電容器額定電壓等級在450V以上(480V)，可以抑制5次及以上諧波流入無功柜，并避免諧振現(xiàn)象，保護無功柜受到諧波危害。整體無功柜容量可按原容量設計，1#變壓器下總計720kvar。
2)在無功改造的基礎上，我們根據(jù)測量數(shù)據(jù)，采用我司ANAPF系列有源電力濾波器進行集中治理諧波，可實時根據(jù)負載電流變化檢測出諧波含量，發(fā)出與之方向相反、幅值相同的補償電流，與負載的諧波電流抵消，從而諧波，補償效率高。
具體選型表如下：
表2 ANAPF有源電力濾波器選型表
注：①諧波計算公式Ih=I*THDi;
?、谟捎诎惭b空間限制及現(xiàn)場實際補償需求，所選容量略小于實際補償需求;
?、塾性措娏V波器并聯(lián)到配電網(wǎng)絡中，裝置的檢修與日常維護只需從電網(wǎng)中切除，不影響現(xiàn)場其他設備的正常運營。
圖3-5 設備安裝位置示意圖
3.4治理后效果
設備安裝到位并穩(wěn)定運行半年以后，重新對補償對象進行測量，所得數(shù)據(jù)如下：
圖3-6 治理后1#變次總進線柜A相各次諧波電流含量
圖3-4 治理后1#變下無功柜進線A相各次諧波電流含量
經(jīng)過項目改造前后實測的補償支路的電能質(zhì)量的分析，可以看出加裝電抗器后補償支路的電流諧波的畸變率由32%下降到2%，5次諧波電流有明顯的下降，同時加裝有源濾波器以后總電流的諧波下降明顯，在允許范圍內(nèi)，諧波電流抑制效果非常明顯。
4結(jié)束語
無功補償、諧波治理是當前乃至今后相當長的時期內(nèi)的低壓配電系統(tǒng)面臨的重要問題。雖然現(xiàn)如今用電負載所產(chǎn)生的的諧波越來越多，但是純電容器的補償柜在工業(yè)和民用場合中還是得到廣泛的應用。面對大量產(chǎn)生諧波的用電設備，低壓配電系統(tǒng)已經(jīng)對電容器補償支路提出了更高的要求，抑制諧波、濾除諧波的時代已經(jīng)來臨。在當前少量或中等含量諧波的配電系統(tǒng)中，補償支路加裝電抗器以抑制諧波流入電容是ui經(jīng)濟的方法，串聯(lián)電抗器的基礎上再配合有源濾波器強大的諧波治理能力可以極大地用電環(huán)境，避免了因功率因數(shù)低導致的罰款，也保護了用電設備的安全穩(wěn)定運行;在凈化電網(wǎng)的同時，也給用戶帶來了切實的經(jīng)濟利益。
而在電力電子技術(shù)發(fā)展更迅猛的將來，會有更大的諧波給低壓配電系統(tǒng)帶來更大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的電容形式無功補償將很難滿足補償要求，在這種條件下就需要更、更完善的無功補償裝置-ANSVG靜止無功發(fā)生器來進行無功補償。
諧波的危害系列之諧波對純電容補償柜：
鮑靜君
江蘇省江陰市南閘鎮(zhèn)東盟工業(yè)園區(qū)東盟路5號
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