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低压无功补偿成套装置

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第一章 基本定义及基础知识
 
1领域内关键词语的基本概念
 
谐波:(harmonic)对周期性交流量进行傅立叶级数分解,得到频率为基波频率大于 1 的整数倍的分量。我国供电系统频率为 50Hz,所以 5 次谐波的频率为250Hz,7 次谐波的频率为 350Hz,11 次谐波的频率为 550Hz, 13 次谐波的频率为 650Hz。
公共连接点:(PCC)用户接入公用电网的连接处。
总谐波畸变率:(HTD)周期性交流量中的谐波含量的方均根值与其基波分量的方均根值之比(用百分数表示)。电压总谐波畸变率以 THDu 表示,电流总谐波畸变率以 THDi 表示。
谐波源:(harmonic source):向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备。
感性无功:电动机、变压器在能量转换过程中建立交变磁场,在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等,这种功率叫做感性无功功率。
容性无功:电容器在交流电网中接通时,在一个周期内,上半周期的充电功率和下半周期的放电功率相等,不消耗能量,这种充放电功率叫做容性无功功率。
功率因数:有功功率与视在功率的比值称为功率因数。
功率因数调整电费:实行两部电价制度的用电企业,供电部门根据用户月平均功率因数而加收或减免的电费,称为功率因数调整电费。
2谐波的产生和危害
 
谐波的产生
谐波主要是由于大容量整流或换流设备以及其他非线性负荷,导致电流波形畸变造成的。我们对这些畸变的交流量进行傅立叶级数分解,即可得到频率为50Hz 的基波分量和频率为基波频率整数倍的谐波分量。
谐波的危害
影响供电系统的稳定运行:供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电磁继电器、感应式继电器或者新式的微机保护进行检测保护,在系统中这些都属于敏感元件,继电器受到高次谐波的影响容易产生误动作,微机保护由于采用了整流采样电路,也极易受到谐波的影响导致误动或拒动,这样谐波严重威胁供配电系统的稳定与安全运行。
影响电网的质量:高次谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变,另外相同频率的谐波电压和谐波电流要产生同次谐波的有功功率和无功功率,从而降低电网电压,增加线路损耗,浪费电网容量。
影响供电系统的无功补偿设备:供电系统变电站均有无功补偿设备,当谐波注入电网时容易造成变电站高压电容过电流和过负荷,使电容异常发热;另外谐波的存在还会加快电容器绝缘介质的老化,缩短电容的使用寿命。
影响电力变压器的使用:谐波的存在会使电力变压器的铜损和铁损增加,直接影响变压器的使用容量和使用效率;还会造成变压器噪声增加,缩短变压器的使用寿命。
影响用电设备:谐波的存在会造成异步电动机效率下降,噪声增大;使低压开关设备产生误动作;对工业企业自动化的正常通讯造成干扰,影响电力电子计量设备的准确性。
3治理谐波及补偿无功功率的重要性
 
采用专门的滤波装置能够有效的滤除高次谐波,同时向电网提供容性无功功率,其重要性主要表现在以下方面:
滤除高次谐波能够净化用电环境,降低视在功率,减少谐波电流在用电设备和输配电设备中的发热,直接节省有功功率;消除由于谐波产生的震动,延长电器设备的使用寿命;有效的消除对敏感元件的的影响。
由于滤波回路是由电抗器和电容器串联形成的,所以在滤波的过程中能向电网中注入容性无功,提高了功率因数,这样就能避免供电部门高额的功率因数调整电费,由于无功电流的抵消,也相当于提高了配电设备的容量,减少了线损。无功功率得到补偿还能提升末端电网电压 ,对优化用电环境有很重要的意义。
 
第二章 技术参数
 
1概述
 
迁安正大通用钢管有限公司现有的 4 号、10 号、11 号、12 号配电室每个配电室需要增加 540kvar 动态无功补偿及谐波治理设备。变压器所带负载主要是热镀锌和螺旋车间,车间负载均为电机、变频器等。本方案设计在变压器的低压侧安装动态滤波及无功补偿装置。
2设备运行条件
 
环境条件:
海拔高度:<1000m
空气温度
  最高温度:+40℃ 最低温度:-10℃
环境相对湿度:
  月相对湿度平均值:<90%; 日相对湿度平均值:<95%
抗震能力: 按 8 度设防
污秽等级:按Ⅲ 级考虑
  运行条件:安装地点:室内
 
3谐波源特性
 
变频器负载为典型的谐波源负载,所以本生产线谐波源特性为 :注入电网的谐波由 6 脉动整流器产生。整流部分所产生的谐波为 6k 1 次奇次谐波。低压侧,为负载供电的整流器是典型的 6 脉动整流负荷,理论上如果在直流侧安装容量很大的平波电抗器。则其交流侧的电流波形应为近似 120º的矩形波。

第三章 谐波治理及无功补偿设计方案

  1.设计要求

动态无功补偿与谐波治理装置投入电网后,供电系统要求达到如下效果:

¨ 平均功率因数不低于 0.95。

¨ 谐波指标满足国家标准 GB/T 14549-93 的要求。

¨ 动态无功补偿与谐波治理装置具有低耗能、高效率的特点。

¨ 动态无功补偿与谐波治理装置具有完善的控制、保护及报警功能,免维护运  行方式。

¨ 能够快速准确地跟踪负荷无功功率的变化,进行实时跟踪补偿。

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谐波治理及无功补偿方式选择

为保证负荷正常运行和可靠供电,减少高次谐波对电网的污染,改善设备的运行条件,需要采取滤除谐波电流的措施,同时考虑补偿基波无功功率,根据负荷的运行特性,要求谐波治理及无功补偿装置必须具有快速调节功能,本设计方案采用 TSF-SW 型低压动态滤波及无功补偿的方式: 

低压 TSF 型动态无功补偿与谐波治理装置

低压 TSF-SW

a) TSF:Thyristor Switched Filter 晶闸管投切滤波器

b) SW:Shangwei上为

低压 TSF 即晶闸管投切滤波回路,主要应用于低压设备的分散无功补偿, 通过晶闸管投切电抗器和电容器的串联回路,实现单调谐滤波回路滤除高次谐波并进行无功补偿的目的。

运行方式为通过控制器检测系统内的感性无功,控制滤波回路的投入与切除,当功率因数低于控制器设定下限开始投入滤波回路,高于设定上限则切除滤波回路。

表达式为:设备产生的感性无功≈投入的电容器产生的容性无功低压补偿方式的优点为:

a) 低压滤波及无功补偿效果好,由于低压 TSF 属于分散补偿的方式, 能实现哪里产生谐波哪里滤,哪里功率因数低哪里补,能从根本上解决谐波及无功的问题。在动态调节上 TSF 属于分级投切,线形度比 SVC 稍差。

b) 低压 TSF 把一套补偿分成若干个小的系统,即使一套发生故障,其它的补偿柜仍在运行,对系统补偿效果影响很小。低压 TSF 的运行可靠性更高。

c) 低压 TSF 全自动控制,基本属于免维护产品。

结论:遵循能低压不高压、能分散不集中的补偿原则,根据我国有关电网电压质量的标准规定,以及目前国内外在谐波治理方面的研究成果,本设计采用晶闸管动态投切滤波回路的方式TSF对负荷产生的特征谐波分别进行滤除,吸收谐波电流,改善电源的负荷特性,同时补偿基波无功功率,提高电网的功率因数, 给用户带来节能效益。

安装容量确定

由于滤波器需要吸收大量的高次谐波,所以滤波电容器必须有足够的过载能力,才能承受谐波注入后的电流冲击,这就要求必须人为提高电容器的额定电压, 运行过程中降容使用,才能保障电容器长期使用。

由于电容器容量比存在(额定电压÷使用电压)2 的关系,所以电容器电压的选择至关重要,电压过高,容量大量损失,经济性难以保障;电压过低,如果谐波大量注入,又不能保障电容器的使用寿命。同时结合现场的要求每台变压器设计安装容量为 540kvar。

滤波装置具体说明

 

   变压器(AC400V)

    安装 1 套滤波装置,每套安装容量为 540kvar,设计安装 3 条滤波回路,每条滤波回路安装容量分别为:77kvar、154kvar、309kvar。每套柜体共计 1 面。
    1#柜:精补 1 精补 2 5 次滤波回路
    柜体尺寸为:1200×1000×2200mm(宽×深×高)
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暂未实现,敬请期待
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