淺析選煤廠電能質量的改善方案

簡婷

韦德1946网址 上海嘉定 201801

摘 要:有源濾波器由電力電子元件組成，能迅速產(chan) 生與(yu) 係統諧波大小相等方向相反的諧波抵消設備產(chan) 生的諧波，使濾波器注入點前的諧波電流降到相當低的水平，從(cong) 而降低了諧波電壓減少了諧波對設備的影響，對改善供電質量和確保電力係統安全經濟運行，有著非常積極的意義(yi)

關(guan) 鍵詞:有源濾波器:諧波;諧波治理

0 引言

      近年來，隨著科技的不斷進步和選煤廠工藝的發展，為(wei) 滿足工藝要求，變頻器作為(wei) 調速和節能設備，越來越被選煤行業(ye) 廣泛應用。另外一些電子設備和電子調壓設備如軟啟動器、UPS電源等非線性負載也日益廣泛的被采用由於(yu) 其電力電子元件的開關(guan) 特性，對其供電電源形成了一個(ge) 典型的非線性負載，其應用使得電能質量下降，嚴(yan) 重影響了供電設備的正常使用。然而，選煤廠供電網絡的供電質量是選煤廠穩定安全經濟運行的基本保證，但在供電係統運行過程中產(chan) 生的諧波(電能質量的重要指標)危害，會(hui) 嚴(yan) 重影響選煤廠供電網絡的電能質量，采取必要的治理措施，消除諧波對各種電氣設備、儀(yi) 表、裝置造成的影響及危害是十分必要的。

1 諧波治理與(yu) 濾波器現狀

      電力係統的諧波問題近幾十年來在世界範圍內(nei) 得到了十分廣泛的關(guan) 注，國際電工委員會(hui) (IEC)國際大電網會(hui) 議(GIGRE)議GIRED)電子工程師學會(hui) (IEEE)等國際性學術組織，都相繼成立了專(zhuan) 門的電力係統諧波工作組，並已製定出了限製電力係統波的相關(guan) 標準。我國隨著改革開放政策的實施，國民經濟高速發展，直流輸電和柔性交流輸電技術的采用，電氣化鐵路的快速發展，化工、冶金、煤等工業(ye) 部門中大量應用電力電子設備，以及節能工作中電力電子技術的應用等，使得電力係統的諧波問題日益嚴(yan) 重，設備的故障增多、溫升提高、使用壽命降低等現象越來越多的出現使係統很不穩定。從(cong) 而將諧波的管理、監測和治理等擺到了十分重要的位置。我國由技術監督局於(yu) 1993年發布了國家標準(GB/T14549-93)《能質公用電網》1994年3月1日起開始實施。

當前，隨著國家相關(guan) 部門、供電企業(ye) 和各級用電企業(ye) 對諧波危害的逐漸認識，現在越來越多的濾波產(chan) 品和濾波技術在國內(nei) 得以應用。幾種常見的波設備對比表見表1

1.1諧濾波器

      調諧濾波器由電容器和電抗器串聯組成。申聯一定電抗率的電抗器後，可以使得電抗器與(yu) 電容器的串聯阻抗在工頻(50Hz)下電容性，同時在波頻率下電感性。這樣諧波器就能在工頻下提供無功功率，改善功率因;在諧波頻率下與(yu) 同為(wei) 電感性電抗器避免諧振(諧振條件為(wei) 諧波、電容和電感三條件同時具備)。另外，串聯電抗器後部分諧波電流也會(hui) 流入調諧濾波器，所以此設備也具有部分波功能。

1.2諧波濾波器

      諧波濾波器由電容電抗器串聯。但是與(yu) 調諧濾波器不同的是:電容電抗器的串聯諧振頻率為(wei) 濾除的某次諧波頻率(如5次波250Hz)。其原為(wei) 諧波波器阻抗在工頻下為(wei) 電容性，提供無功功率改善功率因數;在某次諧波頻率下為(wei) 接近於(yu) 零的低阻抗，以吸收諧波電流;在其他波頻率下為(wei) 電感性，避免與(yu) 變壓器在波下產(chan) 生諧振。

1.3有源濾波器

      有源濾波器是目前、響應速度快、濾波效果較好的濾波產(chan) 品，它由電子元件組成，能迅速產(chan) 生與(yu) 係統諧波大小相等方向相反的諧波，抵消設備產(chan) 生的諧波後使波器注入點前的諧波電流降到相當低的水平，從(cong) 而降低諧波電壓，減少了諧波對設備的影響。

2 有源濾波器在選煤廠的應用

2.1某煤礦選煤廠濾波項目概況

      某煤礦選煤廠主廠房1*變壓器型號為(wei) :S9-1600/6 6/0.4V，安裝負荷為(wei) 1245.4kw，其中線性負荷471.4kW;非線性負荷(配頻器的和照明負荷)為(wei) 774kW，非線性占到總負62.15%。這些非線性負荷，生產(chan) 過程中產(chan) 生大量諧波電流，諧波電流造成了變壓器、導線的額外損耗，從(cong) 而使設備溫升提高，加速了設備的老化，降低了設備使用壽命;並且諧波電流經導線向上級電網傳(chuan) 輸，降低了電網的電能質量;另外，諧波電壓和諧波電流的存在還造成開關(guan) 和繼電保護的誤動作。基於(yu) 這種情況，對某礦選煤廠主廠房1*變壓器的諧波進行測試，結果表明諧波量大且諧波階次複雜，為(wei) 從(cong) 根本上消除諧波對係統及設備的影響，采取在1*壓器低母線側(ce) 安裝三台100A-50Hz型有源波器。

2.2有源濾波器應用前後諧波對比

2.2.1設備運行前

      設備安裝前，1*變壓器總電流畸變率為(wei) 12.4%，電壓畸變率2.39%。送行電流1105A，其中五次諧波電流115.9A，七次51.4A，十一次24.3A。諧波汙染非常嚴(yan) 重電壓、電流波形圖如圖1所示。

諧波電流頻譜圖如圖2所示，諧波電壓頻譜圖如圖3所示。

2.2.2設備運行後

      濾波器安裝後，諧波電壓諧波電流大大降低，諧波電壓畸變率降至1.66%，電流總畸變率降至3.96%。五、七、十一次諧波均將至較低水平。

      改造後電壓、電流波形圖如圖4所示，改造後諧波電流頻譜圖如圖5所示，改造後諧波電壓頻譜圖如圖6所示。

2.2.3取的明顯效果

      從(cong) 濾波器運行前後的數據圖中，可以清楚的發現:變壓器的電壓、電流波形由畸變嚴(yan) 重變得平滑，已接近正弦波形。流經變壓器總電流有所下降。各階次諧波均有所下降，特別是5、7、11次含量較大的諧波階次改善尤為(wei) 明顯。

      1)運行電流從(cong) 1105A降至1068A，降低了37A

      2)諧波電流明顯減小，諧波電壓明顯降低。當3台濾波器全部投人時，5th諧波電流從(cong) 原先的115A降低至19A;7th諧電流從(cong) 原先的51A降至11A;11th電流從(cong) 原先的24A降低至7A。總的諧波電流畸變率從(cong) 原先的12.4%降低到3.96%;電壓畸變率從(cong) 原先的2.39%降至1.66%。濾波效果非常明顯。

      3諧波電壓電流的降低，使得變壓器、電力電纜上因諧波電壓電流引起的額外損耗大大降低，從(cong) 而降低了變壓器和電纜的運行溫度，延長了絕緣組件的使用壽命，同時節省了電費。另外，由於(yu) 諧波引起的變壓器噪音也隨之降低。

      4)減少了係統設備因波的存在造成的死機停產(chan) 或由於(yu) 控製部分誤動作造成的停機。設備供電的安全性和可靠性大大提高。

      總之，設備裝設運行後，濾波狀況達到了預期的效果

3 安科瑞APF有源濾波器產(chan) 品選型

3.1產(chan) 品特點

      (1)DSP+FPGA控製方式，響應時間短，全數字控製算法，運行穩定；

      (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(chang) 或特定次諧波進行補償(chang) ；

      (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)模塊化設計，體(ti) 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參數設置和控製，使用方便，易於(yu) 操作和維護；

      (6)輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力係統的影響；

      (7)多機並聯，達到較高的電流輸出等級；

3.2型號說明

3.3尺寸說明

3.4產(chan) 品實物展示

ANAPF有源濾波器

4 安科瑞智能電容器產(chan) 品選型

4.1產(chan) 品概述

      AZC/AZCL係列智能電容器是應用於(yu) 0.4kV、50Hz低壓配電中用於(yu) 節省能源、降低線損、提高功率因數和電能質量的新一代無功補償(chang) 設備。它由智能測控單元，晶閘管複合開關(guan) 電路，線路保護單元，兩(liang) 台共補或一台分補低壓電力電容器構成。可替代常規由熔絲(si) 、複合開關(guan) 或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在櫃內(nei) 和櫃麵由導線連接而組成的自動無功補償(chang) 裝置。具有體(ti) 積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應現代電網對無功補償(chang) 的更高要求。

      AZC/AZCL係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、頻率、電容器路數及投切狀態、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(nei) 部晶閘管複合開關(guan) 電路，自動尋找適宜投入（切除）點，實現過零投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

4.2型號說明

AZC係列智能電容器選型：

AZCL係列智能電容器選型：

4.3產(chan) 品實物展示

AZC係列智能電容模塊AZCL係列智能電容模塊

安科瑞無功補償(chang) 裝置智能電容方案

5 結語

      隨著變頻器、整流等非線性用電設備在選煤行業(ye) 的大量應用，諧波在供配電係統中將會(hui) 嚴(yan) 重影響電能質量，從(cong) 而對用電設備產(chan) 生較大危害，並影響企業(ye) 正常生產(chan) 。所以應用具有濾波效果好、響應速度快、不過載等特點的有源濾波器將會(hui) 成為(wei) 今後諧波治理領域的發展方向。

參考文獻

[1]商海峰,王慧芳,楊銀鈴等.淺談有源濾波器在選煤廠中的應用[J].煤炭工程,2010(08):58-60.

[2]安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) 2022.05版.

作者簡介：簡婷，女,現任職於(yu) 韦德1946网址。