安科瑞 師晴晴

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

摘要：目前大多數(shù)低壓配電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償，都是通過(guò)在負(fù)載側(cè)加裝并聯(lián)型電容補(bǔ)償柜的方式實(shí)現(xiàn)的。但由于諧波的存在，無(wú)功補(bǔ)償?shù)碾娙菘赡鼙恢C波影響而損壞，還會(huì)使諧波電流放大。諧波可以通過(guò)安裝有源濾波器來(lái)進(jìn)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(wèn)題則可以通過(guò)在電容進(jìn)線(xiàn)端串聯(lián)相應(yīng)電抗率的電抗器來(lái)解決，補(bǔ)償裝置及各種設(shè)備就能保證正常工作。

關(guān)鍵詞：無(wú)功補(bǔ)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(fù)載多為阻感性用電設(shè)備，這就造成了電網(wǎng)的功率因率偏低，大量無(wú)功從電網(wǎng)汲取不僅影響了輸配電效率，還帶來(lái)了用戶(hù)因功率因數(shù)低而罰款的問(wèn)題。無(wú)功補(bǔ)償成為現(xiàn)在低壓配電系統(tǒng)中*的部分，目前常用、成本低的方式是在負(fù)載側(cè)加裝電容補(bǔ)償柜。這種補(bǔ)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(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償時(shí)一旦遇到諧波的干擾，電容器的補(bǔ)償支路易發(fā)生故障，造成電容器鼓包、投切開(kāi)關(guān)不動(dòng)作、誤動(dòng)作與保護(hù)設(shè)備損壞等嚴(yán)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(yīng)用，越來(lái)越多的非線(xiàn)性用電設(shè)備在工作過(guò)程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生諧波，從常見(jiàn)的LED燈、計(jì)算機(jī)電源，到工業(yè)中廣泛應(yīng)用的整流設(shè)備、變頻器、中頻爐、逆變器等，都會(huì)產(chǎn)生諧波，這對(duì)無(wú)功補(bǔ)償所采用的電容、投切開(kāi)關(guān)等產(chǎn)生了大影響。例如：使電網(wǎng)中的電容器產(chǎn)生諧振。工頻下，系統(tǒng)裝設(shè)的各種用途的電容器比系統(tǒng)中的感抗要大得多，不會(huì)產(chǎn)生諧振，但諧波頻率時(shí)，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(dǎo)致電容器等設(shè)備被燒毀。有些配電房傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置由于不能諧波的干擾，根本無(wú)法投入運(yùn)行或是投入后被損壞，功率因數(shù)偏低，造成電費(fèi)扣罰。

3 案例分析

3.1測(cè)量信息

測(cè)試對(duì)象：某電纜制造公司，其主要諧波源為各種容量的變頻器

測(cè)試位置：1#變壓器進(jìn)線(xiàn)柜和對(duì)應(yīng)無(wú)功柜（共補(bǔ)）A相

測(cè)試內(nèi)容：上述位置諧波電流畸變率及變化趨勢(shì)等。

測(cè)試儀器：*PW3198電能質(zhì)量分析儀

測(cè)量示意圖：

圖3-1 測(cè)量點(diǎn)及一次系統(tǒng)示意圖

據(jù)了解現(xiàn)場(chǎng)采用純?nèi)轃o(wú)功柜，由于電容對(duì)于諧波呈現(xiàn)低阻抗特性，在有諧波的系統(tǒng)中會(huì)有部分諧波灌入無(wú)功柜，導(dǎo)致電容過(guò)流過(guò)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(wú)功柜，影響系統(tǒng)中其他用電負(fù)載的正常運(yùn)行，為此我司根據(jù)該配電系統(tǒng)選擇合適測(cè)量位置，在測(cè)量負(fù)載電能質(zhì)量情況同時(shí)測(cè)量無(wú)功柜中電能質(zhì)量，證實(shí)諧波對(duì)無(wú)功柜的危害。

3.2測(cè)量數(shù)據(jù)分析

測(cè)量點(diǎn)1/2：1#變壓器出線(xiàn)側(cè)和對(duì)應(yīng)無(wú)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(jìn)線(xiàn)柜A相各次諧波電流含量

圖3-4 1#變下無(wú)功柜進(jìn)線(xiàn)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(wú)功柜不僅會(huì)吸收諧波還會(huì)有放大諧波的危害，無(wú)功柜長(zhǎng)期流入諧波導(dǎo)致?lián)p壞，不能正常運(yùn)行，功率因數(shù)會(huì)下降，導(dǎo)致客戶(hù)無(wú)功罰款，增大電費(fèi)損失和設(shè)備更換損失，甚至影響企業(yè)供電和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)。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(wú)功柜電能質(zhì)量數(shù)

3.3方案與選型

根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析，兩臺(tái)變頻器情況基本類(lèi)似，本身負(fù)載產(chǎn)生的諧波較大，沒(méi)有得到治理，流入純?nèi)轃o(wú)功柜內(nèi)，使得無(wú)功柜發(fā)生損壞，甚至有放大諧波現(xiàn)象，且現(xiàn)場(chǎng)出線(xiàn)變壓器、母排明顯振動(dòng)情況，該工況我司建議進(jìn)行無(wú)功改造和諧波治理雙管齊下，從根本上解決問(wèn)題。

1）對(duì)無(wú)功補(bǔ)償柜進(jìn)行改造，采用串聯(lián)電抗的無(wú)功補(bǔ)償方案，由于系統(tǒng)中主要存在5/7次諧波，推薦采用電抗率7%的電抗（一般針對(duì)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(jí)在450V以上（480V），可以抑制5次及以上諧波流入無(wú)功柜，并避免諧振現(xiàn)象，保護(hù)無(wú)功柜受到諧波危害。整體無(wú)功柜容量可按原容量設(shè)計(jì)，1#變壓器下總計(jì)720kvar。

2）在無(wú)功改造的基礎(chǔ)上，我們根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，推薦采用我司ANAPF系列有源電力濾波器進(jìn)行集中治理諧波，可實(shí)時(shí)根據(jù)負(fù)載電流變化檢測(cè)出諧波含量，發(fā)出與之方向相反、幅值相同的補(bǔ)償電流，與負(fù)載的諧波電流抵消，從而諧波，補(bǔ)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(jì)算公式Ih=I*THDi；

②由于安裝空間限制及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際補(bǔ)償需求，所選容量略小于實(shí)際補(bǔ)償需求；

③有源電力濾波器并聯(lián)到配電網(wǎng)絡(luò)中，裝置的檢修與日常維護(hù)只需從電網(wǎng)中切除，不影響現(xiàn)場(chǎng)其他設(shè)備的正常運(yùn)營(yíng)。

圖3-5 設(shè)備安裝位置示意圖

3.4治理后效果

設(shè)備安裝到位并穩(wěn)定運(yùn)行半年以后，重新對(duì)補(bǔ)償對(duì)象進(jìn)行測(cè)量，所得數(shù)據(jù)如下：

圖3-6 治理后1#變次總進(jìn)線(xiàn)柜A相各次諧波電流含量

 圖3-4 治理后1#變下無(wú)功柜進(jìn)線(xiàn)A相各次諧波電流含量

經(jīng)過(guò)項(xiàng)目改造前后實(shí)測(cè)的補(bǔ)償支路的電能質(zhì)量的分析，可以看出加裝電抗器后補(bǔ)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(shí)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(yǔ)

無(wú)功補(bǔ)償、諧波治理是當(dāng)前乃至今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)的低壓配電系統(tǒng)面臨的重要問(wèn)題。雖然現(xiàn)如今用電負(fù)載所產(chǎn)生的的諧波越來(lái)越多，但是純電容器的補(bǔ)償柜在工業(yè)和民用場(chǎng)合中還是得到廣泛的應(yīng)用。面對(duì)大量產(chǎn)生諧波的用電設(shè)備，低壓配電系統(tǒng)已經(jīng)對(duì)電容器補(bǔ)償支路提出了更高的要求，抑制諧波、濾除諧波的時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨。在當(dāng)前少量或中等含量諧波的配電系統(tǒng)中，補(bǔ)償支路加裝電抗器以抑制諧波流入電容是經(jīng)濟(jì)的方法，串聯(lián)電抗器的基礎(chǔ)上再配合有源濾波器強(qiáng)大的諧波治理能力可以大地用電環(huán)境，避免了因功率因數(shù)低導(dǎo)致的罰款，也保護(hù)了用電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行；在凈化電網(wǎng)的同時(shí)，也給用戶(hù)帶來(lái)了切實(shí)的經(jīng)濟(jì)利益。

而在電力電子技術(shù)發(fā)展更迅猛的將來(lái)，會(huì)有更大的諧波給低壓配電系統(tǒng)帶來(lái)更大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的電容形式無(wú)功補(bǔ)償將很難滿(mǎn)足補(bǔ)償要求，在這種條件下就需要更、更完善的無(wú)功補(bǔ)償裝置-ANSVG靜止無(wú)功發(fā)生器來(lái)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。

【參考資料】

安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理選型手冊(cè)。2015.08版

安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊(cè).2013.01.版