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ANAPF有源濾波裝置在0.4KV中小型企業(yè)配電系統(tǒng)中應(yīng)用

瀏覽次數(shù):902更新日期:2013-09-30

徐霜

  安科瑞電氣股份有限公司   嘉定   201801

 

1 引言

隨著電力電子技術(shù)的不斷成熟,,節(jié)能燈、計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)等非線性設(shè)備被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于住宅和辦公建筑中,低壓配電系統(tǒng)中諧波污染日趨嚴(yán)重,而供電企業(yè)和用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求卻越來(lái)越高,諧波問(wèn)題已經(jīng)引起了越來(lái)越多人的注意。的治理諧波,將其控制在允許的范圍內(nèi),成為電力工作者要考慮的問(wèn)題。

2 低壓配電系統(tǒng)中主要的諧波污染源

當(dāng)正弦波電壓施加在非線性負(fù)載上,電流就變成了非正弦波,非正弦波電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生壓降,會(huì)使電壓波形也變?yōu)榉钦也ā?duì)非正弦波作傅立葉級(jí)數(shù)分解,其中頻率與工頻相同的分量稱為基波,頻率大于工頻的分量稱為諧波。如今廣泛使用的負(fù)載大部分是非線性的,如整流器、變頻器、電弧爐、焊接設(shè)備、UPS、電梯、空調(diào)、節(jié)能燈(熒光燈)、復(fù)印機(jī)等等,這些非線性負(fù)載會(huì)產(chǎn)生大量的諧波電流并注入到電網(wǎng)中,使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生畸變,這種諧波污染會(huì)對(duì)電網(wǎng)和用戶產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。

3 諧波對(duì)低壓配電系統(tǒng)的危害

增加輸電線損耗,縮短輸電線壽命;增加變壓器銅耗和鐵耗,降低變壓器的出力;引起配電裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng),導(dǎo)致停電事故;影響電動(dòng)機(jī)效率和正常運(yùn)行,產(chǎn)生震動(dòng)和噪音,縮短電動(dòng)機(jī)壽命;引起諧波放大或諧振問(wèn)題;使電力系統(tǒng)各種測(cè)量?jī)x表產(chǎn)生誤差;干擾通訊系統(tǒng),損壞敏感設(shè)備;導(dǎo)致中性線上出現(xiàn)大電流而引發(fā)系統(tǒng)故障。

4 低壓配電網(wǎng)的諧波治理措施

低壓配電網(wǎng)的諧波治理措施主要有兩個(gè):一是主動(dòng)措施,即從諧波源本身出發(fā),使其不產(chǎn)生諧波或降低其輸出的諧波的含量;二是被動(dòng)措施,即通過(guò)安裝電力濾波器,濾掉諧波源產(chǎn)生的諧波,或者阻礙電力系統(tǒng)的諧波流入用戶電網(wǎng)。主動(dòng)措施包括多脈沖整流技術(shù)、脈寬調(diào)制技術(shù)(PWM)、矩陣變換器、四象限變流器等。采用主動(dòng)措施可以限制諧波的產(chǎn)生,但由于非線性負(fù)載的多樣性,通過(guò)主動(dòng)措施*諧波電流是不可能的。被動(dòng)措施主要有PPF以及近幾年來(lái)興起的APF。PPF因其成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和維護(hù)方便的原因得到了廣泛應(yīng)用,但其有些缺點(diǎn)是難以克服的,如只能濾除特定頻率的諧波、容易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振、對(duì)于波動(dòng)性負(fù)載濾波效果不理想等。APF具有響應(yīng)速度快、濾波能力強(qiáng)、安裝靈活、方便擴(kuò)展的特點(diǎn),近幾年來(lái)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

5 APF(有源電力濾波器)的原理介紹及特點(diǎn)

ANAPF系列有源電力濾波裝置,以并聯(lián)方式接入電網(wǎng),通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載的諧波和無(wú)功分量,采用PWM變流技術(shù),從變流器中產(chǎn)生一個(gè)和當(dāng)前諧波分量和無(wú)功分量對(duì)應(yīng)的反向分量并實(shí)時(shí)注入電力系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)諧波治理和無(wú)功補(bǔ)償。

原理如下圖:

ANAPF不僅僅具有濾除諧波功能,還可以提供超前或滯后的無(wú)功電流,用于電網(wǎng)的功率因數(shù)和實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。同時(shí)還具有補(bǔ)償三相不平衡功能,減少中性線流過(guò)的電流。

ANAPF應(yīng)用瞬時(shí)無(wú)功理論提取諧波分量可以在20μs內(nèi)響應(yīng)負(fù)荷的變化,全響應(yīng)時(shí)間為20ms,可以用于負(fù)荷快速波動(dòng)的場(chǎng)合。ANAPF可以補(bǔ)償2~50次諧波。ANAPF具有自動(dòng)限流功能,不會(huì)發(fā)生過(guò)載。ANAPF保護(hù)措施齊全,保障設(shè)備安全運(yùn)行。ANAPF自定義功能強(qiáng)大,可以設(shè)置只補(bǔ)償諧波,只補(bǔ)償無(wú)功,或兩者同時(shí)補(bǔ)償。ANAPF采用大容量,高清晰的人機(jī)界面彩色觸摸屏,能實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的電壓、電流、諧波、功率因數(shù)等各項(xiàng)電氣參數(shù),菜單中文顯示,圖文并茂,可實(shí)時(shí)顯示裝置運(yùn)行參數(shù)和歷史事件記錄,顯示界面能觸摸設(shè)定,操作簡(jiǎn)單快捷。ANAPF設(shè)計(jì)選型簡(jiǎn)單,不需要進(jìn)行詳細(xì)的電網(wǎng)分析,只需測(cè)量諧波電流大小。ANAPF安裝簡(jiǎn)單方便,易于擴(kuò)展,可以根據(jù)負(fù)載和配電系統(tǒng)實(shí)際情況,以及預(yù)期的補(bǔ)償效果,靈活選擇不同的安裝方式補(bǔ)償形式,使得投資少效果好。按照ANAPF安裝位置的不同,分為綜合補(bǔ)償和就地補(bǔ)償兩種形式。ANAPF有三相三線和三相四線兩大系列,容量有50A、100A、及150A,能滿足不同用戶的需求。

6 APF(有源電力濾波器)的主要技術(shù)指標(biāo)

接線方式

三相三線或三相四線

接入電壓

3×380V ±10%

接入頻率

50Hz ±2%

動(dòng)態(tài)補(bǔ)償響應(yīng)時(shí)間

動(dòng)態(tài)響應(yīng)<4ms,全響應(yīng)時(shí)間<20ms;

開(kāi)關(guān)頻率

10kHz

功能設(shè)置

只補(bǔ)償諧波、只補(bǔ)償無(wú)功、既補(bǔ)償諧波又補(bǔ)償無(wú)功;手動(dòng)、自動(dòng)切換。

諧波補(bǔ)償次數(shù)

2-21次

保護(hù)類型

直流過(guò)壓 IGBT過(guò)流 裝置溫度保護(hù)

過(guò)載保護(hù)

自動(dòng)限流在設(shè)定值,不發(fā)生過(guò)載

冷卻方式

智能風(fēng)冷

噪音

< 65db(處于柜內(nèi)并運(yùn)作于額定狀態(tài))

工作環(huán)境溫度

-10℃~+45℃

工作環(huán)境濕度

<85%RH 不凝結(jié)

安裝場(chǎng)合

室內(nèi)安裝

海拔高度

≤1000m(更高海拔需降容使用)

進(jìn)出線方式

下進(jìn)下出

防護(hù)等級(jí)

IP21

智能通信接口

RS485/MODBUS-RTU

遠(yuǎn)程監(jiān)控

可選

外形尺寸(mm)

(W×D×H)

30A

50A

7

100A

600×500×1500

600×500×1500

600×500×1800

800×600×2200

重量(kg)

三相四線

三相三線

30A、50A

7、100A

30A、50A

7、100A

280

360

240

290

 

7 ANAPF有源濾波器報(bào)價(jià)及主要元件清單

型號(hào):ANAPF50-400/B

參考價(jià)格:7.5萬(wàn)元/臺(tái)

主要產(chǎn)品明細(xì):

序號(hào)

名    稱

型    號(hào)

數(shù)量

1

APF電氣柜

600X500X1800

1

2

變流器

APFCOV-CVT50

1

3

控制器

APFMC-C50

1

4

電抗器

APF-RE.(S)DG-50

1

5

有源電流互感器

LT108-S7

3

6

濾波器

DL-1TH1

2

7

斷路器

NSE100N4063

1

8

接觸器

LC1D65 M7C

1

9

微型斷路器

NDM1-63C32

1

10

中間繼電器

MY4NAC

2

11

R型變壓器

R320-0.38/0.22

1

12

諧波檢測(cè)儀

ACR350EGH

1

13

電線

16mm2

若干

14

電線

4mm2

若干

 

8 ANAPF在低壓配電系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

上海某中小型企業(yè),變壓器容量為150kVA,到了冬季當(dāng)有大量的空調(diào)同時(shí)打開(kāi)時(shí),斷路器就會(huì)跳閘,嚴(yán)重影響了公司的日常運(yùn)營(yíng)。經(jīng)調(diào)查該公司有大量節(jié)能燈、變頻空調(diào)、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)和電梯等非線性負(fù)載,正是這些非線性負(fù)載降低了變壓器的出力。研究表明諧波電流會(huì)引起變壓器外殼外層硅鋼片或某些緊固件發(fā)熱,可能導(dǎo)致局部過(guò)熱的發(fā)生,使絕緣介質(zhì)老化加速,導(dǎo)致絕緣損壞,縮減變壓器使用壽命。諧波的存在會(huì)使視在功率增加,不考慮諧波的情況下,視在功率S和有功功率P以及無(wú)功功率Q的關(guān)系 

  在有諧波的情況下,考慮諧波功率D,其關(guān)系為

而D和Q一樣,都無(wú)法轉(zhuǎn)化為有用功率。由此可見(jiàn),諧波對(duì)變壓器的使用效率產(chǎn)生重大的負(fù)面影響。經(jīng)實(shí)際勘測(cè)分析發(fā)現(xiàn)該公司變壓器裕量雖不大,但如果把諧波降低到符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi),就可以滿足日常的供電需求,沒(méi)有必要擴(kuò)容。對(duì)公司的用電負(fù)荷進(jìn)行調(diào)查分析,發(fā)現(xiàn)照明回路負(fù)荷較大,并且因?yàn)檎彰骰芈肥褂昧舜罅康墓?jié)能燈,使該回路諧波含量比較高,是降低變壓器出力的主要原因。

用FLUKE 434對(duì)照明回路進(jìn)行測(cè)量得到電流波形如圖1所示。由圖可知,電流波形與理想的正弦波相去甚遠(yuǎn),畸變較為嚴(yán)重。電流波形的畸變會(huì)導(dǎo)致電壓波形的畸變進(jìn)而影響到其他設(shè)備如計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)N相電流達(dá)37A,電流不平衡問(wèn)題也比較突出,存在較大的用電隱患。

分次諧波含量數(shù)據(jù)如圖2所示。由圖可知,A相、B相、C相的THDi分別為19.7%、27.8%、26.6%,諧波污染非常嚴(yán)重,存在安全隱患。

        

根據(jù)諧波含量,選用額定容量為50A的ANAPF對(duì)照明回路進(jìn)行單獨(dú)補(bǔ)償,治理后得到的電流波形圖、分次諧波含量數(shù)據(jù)分別如圖3、圖4所示。

  

      

 

從圖3、圖4可以看出,治理后電流波形接近于的正弦波,電流的畸變得到了的控制;中性線電流也從37A降低到,了因中性線電流過(guò)大而引起的火災(zāi)隱患;電流的諧波含量也從20%左右降到了3%左右,諧波含量大為降低,已符合GB T14549-1993《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

ANAPF的降低了THDi,同時(shí)抑制了三相不平衡,減少了中性線流過(guò)的電流,的提高了各項(xiàng)電能指標(biāo),使各種用電設(shè)備能正常穩(wěn)定運(yùn)行,延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命,減少了因電路故障而產(chǎn)生的損失。

通過(guò)本次的數(shù)據(jù)采集與分析,積累了大量的參考數(shù)據(jù),為以后進(jìn)行諧波治理打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

 

[參考文獻(xiàn)]

[1]王兆安,楊君,劉進(jìn)軍. 諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1998

[2]中華人民共和國(guó)中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549- 1993. 電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波[S]. 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1994.

[3] 羅安. 電網(wǎng)諧波治理和無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)及設(shè)備[M]. 北京:中國(guó)電力出版社,2006

 

 

 

作者簡(jiǎn)介:

徐霜,女,本科,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電,: acrelxs  : 2880157857

 

 

《ANAPF有源電力濾波裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用圖集》(圖集號(hào):ACR13CDX701)由安科瑞電氣股份有限公司主編,本圖集結(jié)合ANAPF有源電力濾波裝置產(chǎn)品的特點(diǎn),依據(jù)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范,研究供配電系統(tǒng)中的高次諧波問(wèn)題,達(dá)到供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的目的。圖集適用于新建、改建、擴(kuò)建和技改項(xiàng)目中工業(yè)與民用及公共建筑內(nèi)電氣設(shè)備的諧波抑制及綜合治理的設(shè)計(jì)與改造。凡需要圖集的請(qǐng)?zhí)峁┵F單位名稱、部門(mén)、地址、、、、等信息,傳真、郵件acrelxs: 2880157857至安科瑞徐霜工程師收,安科瑞電氣免費(fèi)贈(zèng)送。