中频炉无源谐波滤波兼无功补偿技术方案资料下载.pdf

1、受某金属材料有限公司的邀约，领步（北京）电能质量设备有限公司派技术工程师前去进行电能质量测试并受委托依据测试概括设计谐波治理方案，方案中所规定的电源规格及配置构成、技术参数、接口等指标，可作为设备设计、制造、验收、交货和质量保证的依据。2、测试与测试与设计设计依据依据标准标准设计标准如下：GB/T 2900.1-2008电工术语 基本术语GB/T 2900.17-1994电工术语电气继电器（IEC 6005（IEV446）-1977,EQV）GB/T 2900.32-1994电工术语 电力半导体器件GB/T 2900.33-2004电工术语 电力电子技术（IEC 60050-551：1998，

2、IDT）GB/T 12325-2008电能质量 供电电压偏差GB/T 12326-2008电能质量电压波动和闪变GB/T 14549电能质量公用电网谐波GB/T 15543-2008电能质量 三相电压不平衡GB/T 15576-2008低压成套无功功率补偿装置GB/T 15945-2008电能质量 电力系统频率偏差GB/T 18481电能质量暂时过电压和瞬态过电压GB/T 3797-2005电气控制设备GB 4208-2008外壳防护等级（IP 代码）（IEC60529-2001,IDT）GB/T 7261-2008继电保护和安全自动装置基本试验方法GB 16836-2003量度继电器和保护装

3、置安全设计的一般要求DL/T 478-2001静态继电保护及安全自动装置通用技术条件JB/T 5777.2-2002电力系统二次电路用控制及继电保护屏（柜、台）通用技术条件JB/T 7828-1995继电器及其装置包装贮运技术条件JB/T 9568-2000电力系统继电器、保护及自动装置通用技术条件DL/T 620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合DL/T 672-1999变电所电压无功调节控制装置订货技术条件GB 7251.1-2005低压成套开关设备和控制设备 第 1 部分：型式试验和部分型式试验GB 311.1-1997高压输配电设备的绝缘配合注：所有标准规范执行最新版本注：所

4、有标准规范执行最新版本3 3、配电系统测试配电系统测试3.1 测试单位测试单位某金属材料有限公司3.23.2 谐波的基本定义及基础知识谐波的基本定义及基础知识3.2.1 领域内关键词语的基本概念领域内关键词语的基本概念 谐波：（harmonic）对周期性交流信号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 250 Hz。7 次谐波的频率为 350 Hz。11 次谐波的频率为 550 Hz，13 次谐波的频率为 650 Hz。公共连接点：（PCC）用户接入电网的连接处。总谐波畸变率：（THD）周期性交流量的谐波含量的方均

5、根值与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数。功率因数调整电费：实行两部分电价制度的用电企业，供电部门根据用户平均功率因数而加收或

6、减免的电费，称为功率因数调整电费3.2.2谐波的产生和危害谐波的产生和危害 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它非线性负荷，导致电流波形畸变造成的。我们对这些畸的变交流量进行傅立叶级数分解，即可得到 50Hz 的基波分量和频率为基波分量整数倍的谐波分量。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，感应式继电器或新式微机保护进行检测保护，在系统中这些属于敏感元件，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，也及易受到谐波的影响导致误动或拒动，这样谐波严重威胁供电系统的稳定与安全运行。影响电网的质量：高次

7、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与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，增加电路损耗，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机电动机效率下降，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

8、，影响精密加工设备的正常运行，影响电力电子计量设备的准确性。3.2.3谐波含量的国标要求谐波含量的国标要求国标 GB/T 14549-93 规定的谐波电流和谐波电压畸变率要求如下：表 1 注入 PCC 点各次谐波电流国标限值标准 基准短路谐波次数及谐波电流允许值,A电压容量MVAKV2345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24250.41078 62 39 62 26 44 19 21 16 28 13 24 11 12 9.7 18 8.6 16 7.8 8.9 7.1 14 6.512当电网公共连接点的最小短路容量不同于表 1 基

9、准短路容量时，按下式修正表 1 中的谐波电流允许值：式中 SK1公共连接点的最小短路容量，MVA；SK2基准短路容量，MVA；Ihp表 2 中的第 h 次谐波电流允许值，A；Ih短路容量为 Sk1 时的第 h 次谐波电流允许值。表 2PCC 点谐波电压畸变率国标要求电网标称电压Kv电压总谐波畸变率各次谐波电压含有率奇 次偶 次0.45.04.02.03.2.4配电系统测量配电系统测量在某金属材料有限公司相关部门的大力支持下，我方工程师应邀对公司生产车间低压配电系统变压器低压侧 400V 母线及主要负载出线支路进行了电能质量测试，量测情况如下：3.2.5测量仪器测量仪器美国 FLUKE 公司的

10、Fluke 435 电能质量分析仪。此设备用于监测电能质量，可以在线连续长时间测量电压、电流的谐波，三相不平衡，闪变，暂态过程，波形变动，频率变化等。设备技术参数：电压精确度:0.1%电流精确度:0.5%采样频率:1kHz64kHz脉冲采样频率:100kHz10MHz符合 EN610529 标准3.2.6测量内容测量内容此次测量使用 Fluke 435 电能质量测试仪进行不间断连续测量，获得连续的电流、电压、谐波情况及瞬时的波形、功率、谐波等详细数据。3.2.7被测供电系统简介及说明被测供电系统简介及说明分别对配电间变压器二次侧和中频炉、电阻炉及配套电机的出线支路进行了电压谐波、电流谐波、功率

11、因数等测试。测试点如系统简图中所示。系统简图如下：图 1 现场供电系统示意图3.33.3 测试数据报告测试数据报告3.3.1中频炉电源进线支路（测试点中频炉电源进线支路（测试点 2）测试数据图表）测试数据图表测试数据图表解读分析：测试数据图表解读分析：从上述图表数据分析可以得知，一台中频炉运行在 226.1KW 功率时，谐波电流波形畸变非常明显，谐波电压畸变率为 1.8%，远低于国标谐波电压总畸变率 5%的安全限值，而系统内的谐波电流总畸变率达到 14%左右，总谐波电流达到 60A，远大于国家谐波标准的安全限值要求，其中以 2 次、5 次、7 次谐波电流为主，占整个谐波电流的 80%以上。3.

12、3.2电阻炉电源进线支路（测试点电阻炉电源进线支路（测试点 3）测试数据图表）测试数据图表测试数据图表解读分析：从上述图表数据分析可以得知，一台电阻炉运行在 66.4KW 功率时，谐波电流波形畸变非常明显，谐波电压畸变率为 5.5%，超出国标谐波电压总畸变率 5%的安全限值，而系统内的谐波电流总畸变率达到 41.1%左右，总谐波电流达到 41A，远大于国家谐波标准的安全限值要求，其中以 2 次、4 次、5 次、7 次谐波电流为主，占整个谐波电流的 80%以上。3.3.3配套电机等负载进线电源（测试点配套电机等负载进线电源（测试点 4）测试数据图表）测试数据图表测试数据图表解读分析测试数据图表解

13、读分析：从上述图表数据分析可以得知，配套电机等常规负载运行时，电源进线谐波电压总畸变率为 2.1%，远未达到国标谐波电压总畸变率 5%的安全限值，而系统内的谐波电流总畸变率也只有 2.4%，也远低于国家谐波标准的安全限值要求。3.3.4变压器低压侧变压器低压侧 400V 母线（测试点母线（测试点 1）测试数据图表）测试数据图表测试数据图表解读分析：从上述图表数据对比分析可以得知，变压器低压 400V 母线在一台中频炉满载运行情况下，系统视在功率达到 580KVA，系统内谐波电压总畸变率达到 4.2%，接近国标谐波电压总畸变率 5%的安全限值，而系统内的谐波电流总畸变率达到 11.6%，总谐波电

14、流达到105A，远大于国家谐波标准的安全限值要求，其中以 5 次和 7 次谐波电流为主，占整个谐波电流的 80%以上；功率因数也达到 0.9 左右3.3.5 变压器低压侧变压器低压侧 400V 母线出长时间监测运行参数母线出长时间监测运行参数有功功率从 14 点到 19：30 运行曲线视在功率从 14 点到 19：30 运行曲线无功功率从 14 点到 19：30 运行曲线功率因数从 14 点到 19：30 运行曲线有功功率从 22 点到次日 7：30 运行曲线视在功率从 22 点到次日 7：30 运行曲线无功功率从 22 点到次日 7：30 运行曲线功率因数从 22 点到次日 7：30 运行曲线测试数据图表解读分析测试数据图表解读分析：从上述长时间运行记录图表数据对比分析可以得知，系统负载运行周期内最大有功功率达到 620KW，最大视在功率达到 680KVA，缺少的无功功率最大达到 320KVAR，功率因素平均在 0.8 左右4、谐波治理方案分析设计、谐波治理方案分析设计4.1 谐波治理设计依据谐波治理是一项系统工程，由于谐波本身产生的复杂性，以及谐波受电网结构及其设备阻抗影响，谐波在电网中呈现其特有的流动、变化的特性，因此对于谐波滤波装置的设计带来了非常大的困难，尤其对于分散的小容量谐波源的集中治理，更需要以对现有电网