淺談有源濾波諧波濾波補償裝置在軋鋼廠配電系統(tǒng)的應用

　更新日期：2023-09-18　點擊量：602

王蘭

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：針對因采用變頻、可控硅整流技術(shù)產(chǎn)生的高次諧波對電網(wǎng)、設(shè)備造成的危害提出了解決方案，并進行了系統(tǒng)設(shè)計。裝置投入運行后，經(jīng)濟效益明顯。

關(guān)鍵詞：補償；濾波；電能

0引言

為達到軋鋼工藝，產(chǎn)品要求,生產(chǎn)中常采用變頻調(diào)速，可控硅整流技術(shù)，交流側(cè)電流波形近似于梯形,使之必然產(chǎn)生一系列高次諧波，雖然現(xiàn)場的變壓器采用/-Y交替接線可消除3倍數(shù)的高次諧波但仍有5、7、11和13等次諧波產(chǎn)生，進入電網(wǎng)造成危害，使供電波形畸變，影響供電質(zhì)量，導致電氣設(shè)備過熱，絕緣下降，電纜發(fā)熱損耗增加，干擾通訊和控制設(shè)備，造成電量表的超量計量而產(chǎn)生的高電壓擊穿和破壞電氣絕緣，也損失了大量電能，功率因數(shù)降底，其它用戶用電也將受到影響。因此，抑制高次諧波有利于提高電網(wǎng)質(zhì)量,減少危害。

1方案提出

對于中、小容量的軋機，其中無功沖擊并不大,但諧波發(fā)生量可觀，功率因數(shù)低，這時，從技術(shù)和經(jīng)濟上考慮，以治理諧波為主兼補償無功，采用電力高次諧波濾波裝置，在吸收諧波的同時，其基波無功輸出量滿足提高功率因數(shù)的要求。

高次諧波濾波及無功補償裝置采用LC無波濾波器，由濾波電容器、電抗器和電阻器適當組合而成濾波裝置，與諧波源并聯(lián)，除起濾波作用外，還兼做無功補償用。LC濾波器又分為單調(diào)濾波器，高通濾波器等，濾波器通常設(shè)計成中性點不接地的星形接線方式，這種接線方式便于分相調(diào)諧，一相中任何一個電容器擊穿時，短路電流較小，電抗器不承受短路電流沖擊，電抗器的絕緣水平較低，有利于制造和降低造價。

單調(diào)濾波器利用串聯(lián)LC諧振原理組成(如圖1),只要將濾波器的諧振次數(shù)設(shè)計為與需要濾除的諸波次數(shù)一樣，即LC回路的諧振頻率nw=1/√（LC），w=2π*50，n為諧振次數(shù)。則該次數(shù)諧波電流將大部分流入濾波器，從而起到濾除該次數(shù)諧波的目的。單高濾波器主要用于濾除諧波源中的主要特征諧波，如5次、7次、11次、13次等。

圖1單調(diào)諧濾波器

2系統(tǒng)設(shè)計

2.1基礎(chǔ)資料

長鋼小型材開關(guān)站的6kV系統(tǒng)采用單母線分段接線，直流傳動裝置全部由6kV一段母線供電，其余負荷為非整流負荷，由6kV一、二段母線供電，其中主、輔傳動的用電設(shè)備平均軋制有功功率P=9367kw，無功功率0=9137kw，直流傳動設(shè)備裝機容量為11772kw,均為6脈沖整流?？紤]到軋制中負荷率的大小，當平均功率因數(shù)達0.92時，總的無功補償容量Qc=4846kVar。

2.2諧波分析表1所示

根據(jù)以上資料分析，其各次諧波電流估算為:上述諧波發(fā)生量6kv母線上造成的諧波電壓畸變率為THDU1=0.0784>0.04(國際GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》的規(guī)定6V公用電網(wǎng)諧波指標)，如表2所示

從以上諧波分析中可見，軋機產(chǎn)生的諧波電流在6kV母線上造成的諧波電壓畸變率達0.0784，超出國際0.04的允許值，其諧波電流中I5、I7、I11、I13均超過國標允許值。

2.3濾波裝置設(shè)計

根據(jù)諧波分析結(jié)果，軋機的諧波發(fā)生量中I5、I7、I11、I13較大，因此擬配置H5，H7，H11，H13四個濾波支路,每個濾波支路設(shè)計成為單調(diào)諧濾波器濾波裝置的安裝容量由基波有效容量Qc和濾波補償容量Qcn兩部分組成。基波有效容量按照6kV母線月平均功率因數(shù)cosφ=0.92的要求確定，通過濾波裝置的基波無功輸出來達到，諧波補償容量是補償諧波而消耗的無功功率，其大小與吸收諧波電流的大小有關(guān)。各個濾波支部的有效容量和安裝容量分配如表3所示:

3濾波效果(見表4)

6kV母線總諧波電壓畸變率為:THDU2=0.0044<0.04(滿足標準根據(jù)前面無功補償容量計算，需要提供無功補償容量Qc=4846kVar。當濾波裝置全部投入運行后，基波無功輸出量Qfl=5199kVar,可以滿足要求。

由此可見，濾波裝置投入后,在基波無功補償、電壓畸變率等方面都有很好的改善，較好地起到了提高功率因數(shù)、抑制電壓畸變、提高電能質(zhì)量的作用。

4 安科瑞APF有源濾波器產(chǎn)品選型

4.1產(chǎn)品特點

（1）DSP+FPGA控制方式，響應時間短，全數(shù)字控制算法，運行穩(wěn)定；

（2）一機多能，既可補諧波，又可兼補無功，可對2～51次諧波進行全補償或規(guī)定特定次諧波進行補償；

（3）具有完善的橋臂過流保護、直流過壓保護、裝置過溫保護功能；

（4）模塊化設(shè)計，體積小，安裝便利，方便擴容；

（5）采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和控制，使用方便，易于操作和維護；

（6）輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力系統(tǒng)的影響；

（7）多機并聯(lián)，達到較高的電流輸出等級；

4.2型號說明

4.3尺寸說明

4.4產(chǎn)品實物展示

HG9A5534 HG9A5337

ANAPF有源濾波器

5 安科瑞智能電容器產(chǎn)品選型

5.1產(chǎn)品概述

AZC/AZCL系列智能電容器是應用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補償設(shè)備。它由智能測控單元，晶閘管復合開關(guān)電路，線路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構(gòu)成?？商娲Ｒ?guī)由熔絲、復合開關(guān)或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導線連接而組成的自動無功補償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補償?shù)母咭蟆?/p>

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nèi)部晶閘管復合開關(guān)電路，自動尋找適宜投入（切除）點，實現(xiàn)過零投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

5.2型號說明