谐波治理与无功补偿应用案例.doc

谐波治理与无功补偿应用案例一、钢铁行业的应用河北某钢铁公司专业生产多品种的不锈钢榜、线型材，炼钢年设计产能30万吨，轧钢年设计产能45万吨，年产值逾60亿元。公司职工1000余人，厂区建筑面积6万多平方米。 二、电网状况及用电设备（1）1#变压器容量为16000KVA，变比为35KV/10KV，下带负载为2台7200KVA中频炉变和一台1800KVA加热炉变，中频炉运行产生的特征谐波以11、13次为主，滤波装置接入10KV母线。（2）4#变压器容量为20000KVA，变比为35KV/10KV，主要负载为10KV母线侧2台8000KVA中频炉变和总功率为4200KW直流轧机，滤波装置接入10KV母线。三、投资效果分析1、总投资：本项目分2段实施，分别为1#变、4#变。本案列仅讨论1#变，1#变谐波滤除及无功补偿装置总投资五十多万元。2、谐波治理及无功补偿效果滤波装置投入后，系统10KV侧谐波电压畸变率由10.5%降到了3.85%，谐波电流畸变率也由10.20%降到了7.1%，各次谐波均在国标允许值以内。系统功率因数也从0.827提升到了0.99，滤波装置投入后，系统消耗的总无功功率减少了4800Kvar。3、节电效果（1）线路频率损后的节电设公司1#主变最大负荷全年耗电时间为3000小时(),线路电能损耗于传输电能比为0.03以表示.则,补偿后的全年节电量:WL=SL*cos1*1-cos1/cos22 =0.8160000.8270.0330001-(0.827/0.99) 288000(kwh)注:0.8为主变负荷率（2）补偿后变压器全年节电量: WT=Pd*(S1/S2)2*1-(cos1/cos2)2=240(0.816000)/16000230000.30218140000(kwh)式中Pd为变压器短路损耗,为240KW（3）补偿投入后的全年总的节电效果:W=WL+WT=288000+140000=428000(kwh)= 428000x0.58元=24.8万元式中：电费按0.58元/度，负荷1年工作时间为3000小时（4）力率电费的节约:根据浙江地区的电费计价方式，用户全年应交纳的功率因数调整电费约为：（以当地供电局功率因数考核点为0.9计算，补偿前用户系统的功率因数为0.827,则功率因数罚款力率为+3.5%。）力率罚款电费=有功电费*力率=有功功率*全年工作小时*电费单价*力率（2）由于投入的设备具有一定的节能效果，以及通过无功补偿，提高了功率因数，全年节电效益明显，仅节电一项，可使投资在6个月内得以回收。投资效益显著。=10500*3000*0.58*3.5%=64万元因无功补偿装置投入后，系统功率因数达到了功率因数考核点0.99以上，故不会再产生功率因数罚款电费，反而还会有部分电费奖励。力率奖励电费=有功电费*力率=有功功率*全年工作小时*电费单价*力率=10500*3000*0.58*0.75%=13.7万元（5）合计全年节约电费：24.8+64+13.7=102.5万元4、投资回收期投资回收期约为：54/102.56个月四、结论通过投资谐波治理设备，（1）有效抑制了谐波，改善了用户用电质量，提高了用户用电设备的使用寿命及生产效率；同时，减少了谐波对电网的冲击，有效治理了谐波污染，在节能减排过程中，取得重大社会效益；低低压无源调谐式样压无源调谐式滤波补偿效果低压二、造纸企业低压无源调谐式谐波治理及效果当负载中非线性设备占有比率大于50%，谐波含量大，非调谐式滤波器不能满足系统谐波要求，可考虑无源调谐式滤波补偿方案或有源滤波方案。本公司的调谐式滤波柜中的电容电抗及控制保护设备采用进口元件，技术含量高，滤波效果好。典型案例：某造纸企业，在低压400V侧有大量的变频调速设备，谐波分布特性是5、7次谐波含量大。根据负荷特性设计了5、7次调谐式滤波器。由于5次谐波含量大，设计了2个5次调谐式滤波柜和1个7次调谐式滤波柜。并根据调谐式滤波器的特性，设计了顺投逆切的逻辑控制和保护装置。设备投运后运行稳定，滤波效果好，得到用户的认可和赞誉。下面为此方案投运前后现场测量到的数据：电流谐波数据对比：谐波次数： 5 7滤波补偿装置投入前： 285.35 112.805 次滤波补偿装置投入后： 29.48 100.747 次滤波补偿装置投入后： 26.18其它数据对比：项目 滤波补偿装置投入前 滤波补偿装置投入后THDV（总谐波电压畸变率） 38.2 1.1THDI（总谐波电流畸变率）38.2 4.7THDI（5 次谐波电流畸变率） 38.2 3.4THDI（7 次谐波电流畸变率） 15.1 2.6谐波总电流变化情况（A） 285.35 47.335 次谐波电流变化情况（A） 285.35 29.487 次谐波电流变化情况（A） 112.80 26.185 次谐波滤波效果 89.67%7 次谐波滤波效果 76.80%总滤波效果 83.41%三、 就地补偿在动力水厂的应用实例1前言众所周知，交流电能在输送和使用过程中，用于转换机械能、热能、光能等的那部分能量叫做有功功率，用于电路内电场与磁场交换的那部分能量叫做无功功率。有功消耗能量，无功不消耗能量。但无功有个平衡问题，电力系统的无功平衡是指系统中无功电源与无功负荷必须平衡，电力系统中的无功平衡对电力网的输电能力、稳定性水平、电能损耗和用户端的电压质量均有极大影响。电力系统的无功源为系统中所有发电机、并联电容器、高压输电线、调相机等的无功功率的总和。电力系统无功负荷为全系统各变电所及大型用户所带无功负荷，各变电所变压器的感性无功功率及全系统输电线路感性无功功率之和。2无功就地补偿的实践攀钢动力厂给水车间于2001年7月份通过公司设备管理处在某节能电器厂订购了一套DJWB04483型的就地补偿装置，用于该车间15水泵机组JS1288、155kW294A低压电机上使用。安装后经过一个多月的时间运行，节能效果明显，现场使用SPDC1000电能平衡测试仪测数据如下： 通过这台电机安装就地补偿器的实践，可验证以下几个方面：某节能电器厂生产的无功就地补偿器性能和可靠性能满足现场生产的需要？安装就地补偿器后，是否会对原先的一套现场生产活动带来不利影响？如：电动机的更换修理、现场设备的点检活动、现场环境的管理等。就地补偿器的自身点检、维护的工作量有多大？安装就地补偿器后的实际效果，效益究竟如何？到目前为止，就地补偿装置经过一年多的运行使用，这几个方面都得到了很好的验证。首先该节能电器厂生产的就地补偿器运行至今未发生故障，证明该补偿装置能满足现场生产的要求，该装置已与现场融为一体，很自然地被设备点检、生产岗位工人接纳。实践证明，只要选择合适的位置规范安装，对原有一套现场生产活动无任何影响。就地补偿装置自身的维护工作量小，在这一年多时间内补偿器的点检、维护工作量基本为零。这台水泵电机在安装就地补偿装置后，实际效果是功率因数提高到095以上，达到了补偿的目的。3电机安装就地补偿后经济效益评估三相异步电动机安装就地补偿器后所取得的综合效果是非常可观的，从几个方面可进行分析。该电机经过就地补偿后从现场测试数据看，电流下降了34A、功率因数提高到0967、无功功率减少了4905kvar，根据无功经济当量来分析无功经济当量值取01；该电机年运行8760小时，其年节电量为4905018710429678kWh，按工业用电0465元kWh计算的节约电费19980元人民币，而这套就地补偿装置的投资费用在4500元（设备管理处的价格）左右，约需3个月就可回收投资。三相异步电动机通过就地补偿后，由于电流的下降，功率因数的提高，从而也就增加了变压器的容量，计算公式如下：如这台水泵电机的额定功率155kW，补偿前功率因数为0857，补偿后功率因数为0967，根据上面的公式计算其增容量为：（1550857）（096708571）24kVA，由此可见，异步电动机经过就地补偿后，其增容量是相当可观的，对企业今后扩大生产规模节约了投资费用。异步电动机通过就地补偿后，不但起到节电、增容的目的，由于电流的下降，还可以延长电机及相关电容器的使用寿命，降低电器设备的温升，延缓供配电线路老化，减少交流接触器火花，防止电器设备的事故，节约了维修费用，促进了安全生产。异步电动机经过就地补偿后，电机的效率也提高了，增加了电机的出力，提高了产量。实践证明，就地补偿装置是一种故障率低、维护量少、使用寿命长、一次投资终身受益的静止型电力设备，鉴于目前我公司电网无功不足的现状，故建议在公司内的电感性负载设备上可以推广安装使用就地补偿装置。具体做法：1）测试低压电机功率因数低于085的；2）测试高压电机功率因数低于090的；3）测试动力变压器功率因数低于085的；4）各系统按总装机容量的百分数有选择的进行。4无功就地补偿装置使用前后数据的对比分析1）由表1可以看出，安装DJWB无功就地补偿器后，电动机的运行电流由补前的2403A降为2063A，降低了34A，降幅为14；电动机的功率因数从补前的0857升高为补后的0967，得到了明显的提高；其视在功率由补前的1654降为1418kVA由此可极大地增加变压器的出力。2）在补偿前此台电动机有功功率为1418kW，补偿后为1372kW，每年（365天）可节电40296kWh，节约电费支出18738元（0465元kWh），效益明显可观。5结束语无功就地补偿装置并不是一项新技术，但随着电力电容器制造技术的发展，国外一些工程师提出的供配电网络电感性负荷的无功缺额主要依靠就地补偿来解决的主张却是一种新观念。这种比较科学和高效的方法，在西方工业发达国家已被普遍接受，但我国大部分人还不理解，主要原因是利益区分模糊所致。无功就地补偿既有巨大的经济效益又关系到电力系统的持续性发展前景，我们应该扎扎实实地推广和使用这一技术措施，为节能降耗作出贡献。四、镀锌卷板厂谐波治理应用某镀锌卷板有限公司 是 2005年投产的大型轧钢企业。该公司轧钢生产线装有9台变压器，最大单台容量为2500 k VA，最小单台容量为1000 k VA，均 由变电站 10kV 供电。其主要负荷为一套 900 轧机，三套 650 轧机。轧机设备由主机、左右卷取机和开卷机及其辅助设备组成，采用直流电动机拖动。直流电源采用三相交流电经整流后供给，整流器各桥臂采用晶闸管全控桥，通过控制晶闸管导通角调节供给直流电机的电压。 经交流整流得到的直流存在脉动，也就在交流侧产生了谐波，高次谐波电流导致系统电压和电流波形畸变，造成电力系统谐波污染，对电力设备和用电设备造成危害。 由于轧钢机的直流调速设备容量较大，运行时负荷变动范围大，变动速度很快，设备有时运行不正常，还会出现短时过载。因此，使设备负荷率、谐波频率和幅值、无功功率等电气参数均随负荷的变化而产生大幅度的快速变化。直接表现为设备运行不稳定、功率因数极低（有时 COS 0.3 ）、产品质量下降、用电成本提高。这也是困扰许多轧钢企业的普遍问题。 为此，必须对轧钢设备采取综合滤波措施来消除谐波，并考虑合理的无功补偿，保证供电电压稳定，减少无功损耗，才能使企业稳定生产、提高效率、降低成本、产生经济效益。 谐波治理装置的 设计思想 直流控制的可逆轧机负荷变化范围大，变化速度快，加之本工程中可控整流装置的设计，在满负载时晶闸管也未完全开通，谐波量比正常值明显偏大，使滤波装置设计存在较大难度。设计方案时充分考虑到以上因素，参照类似设备的运行实测数据，经过计算机仿真模拟运行及各项安全指标校核，表明方案各项参数选择是正确的，而且留有一定裕度。该装置投入运行后，可将考核点注入系统的谐波电压和电流，降低到国家标准规定的允许值以内，并且具有较高的性价比。 设计方案时遵循以下原则：1 、注入系统的谐波达到国家标准的要求，功率因数争取达到 0.9 以上。2 、设备运行情况复杂，设计应留有一定的裕度，提高可靠性。3 、在满足要求的前提下，控制和保护尽量简单，便于操作。4 、尽量降低设备成本，减少用户负担，缩短投资回收期。 由于轧钢负荷变动速度太快，在电容器组需要自动投切的地方，均须做到快速过零投切。 方案 1 ： 在每一台变压器二次侧分别加装滤波器组，设 5 、 7 、 11 三个通道，每个通道均分为 5 级，对各通道各级加以控制，使投入按 5 、 7 、 11 顺序进行，切除按 11 、 7 、 5 顺序进行。按此方案，全部滤波器均随工况快速自动投切，级数较多，通道较多，设备费用约需 300 多万元。 方案 2 ： 在每一台变压器二次侧分别加装适当数量的偏调 5 次滤波单元，组成模块化滤波单元使之分级投切。滤波单元数量按下述原则决定：滤除谐波，使变压器低压侧注入系统的谐波电流含量达到 GB/T14549-93 电能质量 公用电网谐波的规定；使变压器工作的功率因数达到或接近 0.9 。全部滤波器均随工况快速自动投切。按本方案，设备费用约需 200 多万元。 比较两个方案可以看出： 方案 1 滤波补偿全部在低压侧，可以达到预期效果，但快速自动投切的级数多，滤波装置的结构种类比较多，控制比较复杂，相对费用较高。 方案 2 低压侧滤波单元模块化，方式比较简单，制造维护控制都比较容易，是目前比较常用的方案，本设计采用方案 2 。 谐波治理装置投入后的效果 自2005年10月，本公司设计制造的滤波兼无功补偿装置投运以来，达到了以下效果： 装置正常运行； 功率因数稳定保持在 0.9 以上； 变压器低压侧注入系统的谐波电流含量达到 GB/T14549-93电能质量公用电网谐波的规定； 与同规模的轧钢企业相比较，滤波装置运行后，谐波和功率因数均达到了电力部门规定的指标，未出现罚款纪录，每月减少数万元电费罚款的支出，这给皆诚公司带来了明显的经济效益；有效减少了电网无功损耗和谐波污染，提高了电能质量，产生了显著的社会效益。 本文提出了浙江某市江丰钢业有限公司谐波测试报告，叙述了测试概况、测试依据、测试仪器、测试方法、测试内容及结果、测试结论等，并提出了谐波治理措施的建议。 1测试概况 为了查明某市非线性负荷的谐波污染情况，为今后谐波治理提供依据，2003年8月2日我们在某市供电局用电科有关同志配合下对江丰钢业有限公司1.5吨中频电炉进行了谐波调查测试。该厂由35kV大青变的10kV配电线路供电，其高压配电结线简图如附图1所示。与中频电炉配套的配电变压器的主要有关参数如下：型号为S9-1250/10，额定电压10kV5%/750V，10kV侧额定电流为72.2A，短路阻抗5.46%。中频炉由浙江省某市中频电炉有限公司制造。测试了炼一炉钢的全过程中产生的谐波电流。测试结果表明，目前省内普遍使用的中频电炉的5次、7次谐波电流超标严重，值得引起各有关管理部门重视。2测试依据(1)国标GB/T14549-93电能质量公用电网谐波；(2)原电力工业部的电网电能质量技术监督管理规定；(3)浙江省电力工业局电能质量监督实施细则（试行）。3测试仪器 DZ-4电能质量分析仪；以上仪器的技术规范符合谐波国标对谐波测试仪器的精度要 求。4测试方法 4.1测量信号的抽取：电压信号因无法抽取信号暂未测量；电流信号取自被测10kV线路测量CT的二次回路试验端子接入电能质量分析仪的电流输入端，CT变比为100/5。4.2测量仪器的设置：用DZ-4电能质量分析仪测量；将仪器设置为自动定时测量方式，每两次测量间隔为一分钟，设置谐波次数为第次-25次，进行一炉炼钢周期的连续谐波测量。4.3数据处理方法：测量完毕后利用仪器的后台分析功能，对定时测量的存盘数据文件作统计分析，得到各次谐波的概率值、最大值、最小值和平均值，并以最大相的概率值作为最终测量结果，与国标的限值或允许值比较来确定谐波电流是否超标。5测试内容及结果5.110kV侧谐波电流的测量统计分析结果测量统计分析结果如表1所示。5次超标6.36倍7次超标3.57倍11次超标1.45倍13次超标83%23次超标2.38倍25次超标2.55倍总谐波含量18.71注:上表中的国标谐波电流允许值系按国标在基准短路容量下的允许值按国标中提供的公式换算后求得。换算的计算参数为：公共连接点(35kV大青变10kV母线)最小短路容量49.44MVA；公共连接点的供电设备容量8MVA;用户的用电协议容量1.25MVA.5.2将10kV侧谐波电流统计结果折算到750V侧的谐波电流及5.3典型的波形（略）6测试结论6.1该公司1.5吨中频电炉在在正常开炉冶炼过程中，在配变10kV侧的主导谐波电流是5次、7次、11次等六脉动整流的特征谐波，其中5次谐波电流最大值达16.7A，95%概率值为15.5A，超标6.36倍；7次谐波电流最大值为9.093A，95%概率值为9.003A，超标3.57倍；11次谐波电流最大值达6.762A，95%概率值为3.964A，超标1.45倍；23次和25次谐波电流的95%概率值分别为2.969A和2.841A，分别超标2.38倍和2.55倍；总的谐波电流最大值为20.98A，95%概率值为18.71A。可见5次和7次谐波电流严重超标，11次,23次和25次超标也比较严重。6.2将10kV侧折算到750V侧5次谐波电流最大值达222.7A，95%概率值为206.7A；7次谐波电流最大值为121.2A，95%概率值为120.0A；11次谐波电流最大值达90.2A，95%概率值为53.5A；总的谐波电流最大值为279.7A，95%概率值为249.5A；总的谐波电流含有率达到基波电流的22.43%。中频电炉在运行时注入电网的5次和7次等谐波电流严重超标。由于目前中频电炉的使用比较普遍，故对电网造成严重的谐波污染和干扰影响，威胁到电网设备的安全运行，应当引起用电管理部门和用户的高度重视。因此，根据谁干扰，谁污染,谁治理的原则，必须在谐波源用户就地采取抑制谐波的措施，这是最经济有效的。如果该厂是长期使用该中频炉的话，建议某市供电局应督促该厂在配变的低压侧加装5次、7次及高通滤波器，就地滤除主要次谐波，将谐波水平限制到国标允许值范围之内。一般来讲，中频炉的中频源是电力系统中数量最大的谐波源，常见的中频炉和高频感应炉电源等。对于脉冲换流中频炉，主要谐波是、次谐波等；对于脉冲换流中频炉主要特征谐波是、次谐波等特征谐波。一般情况下，小型换流装置采用脉冲，较为大型采用脉冲，如变压器接成型，或者采用两只变压器供电。 中频炉运行时产生大量谐波，产生的谐波不仅影响到自身，而且影响连接于同条供电线路的其他负荷。 对于中频炉，我们一般设计两条或者三条回路，采用混合组合滤波方式进行电能质量治理以及无功补偿，对于某些厂家中频炉功率因数高的滤波采用我们拥有专利技术的滤波方式，满足用户的各种需求，根据不同用户的高压中频炉和不同的电压等级，我们开发成功3KV 6KV 10KV 35KV谐波治理兼无功补偿成套装置。主要应用于冶金企业：中频炉炼钢、精练炉炼钢、冶炼其他金属。也适用于特种化工类企业整流设备和造纸企业整流设备以及其他整流、换流、变频类负荷、电气化铁路，供电部门变电站。对于小于10KV可以采用柜式或者架式结构，对于35KV一般采用框架结构，我们安排工程师指导安装，对用户工程师进行培训。我们一般建议采用无源滤波器，其结构简单、成本低、运行维护方便，被广泛应用于负荷冲击不大的有污染的供电企业中。我公司专门针对现在越来越多的中频炉研发设计的中频炉专用综合滤波装置。该滤波装置有两部分组成，高压侧目前主要是针对6KV、10KV和35KV三种电压等级，二次侧没有限制，根据实际情况进行定做。 我们的低压滤波装置投运中频炉已经上百套,运行稳定可靠,效果好.得到余姚供电局,晋云供电局等单位的好评和推荐. 五、SVC在冶金企业中的应用一、 冶金企业中的轧机与电弧炉负荷特征描述轧机电动机多数采用可控硅变流器供电，负荷容量较大。并且一般是重复冲击性的，负荷的变化具有一定的周期性，负荷的变化速度快、变化幅值大。以武钢冷连轧和热连轧为例：热连轧电气设备的安装容量为160兆瓦，计算负荷的有功功率为88兆瓦，无功功率为34兆乏，冲击功率为79兆瓦；冷连轧电气设备的安装容量为112兆瓦；计算负荷的有功功率为78兆瓦，无功功率为25兆乏，冲击功率为42兆瓦。与轧机负荷一样电弧炉负荷具有负荷容量大的特点，也以天津钢管公司为例，其150吨电弧炉容量达到100兆伏安。而与轧机负荷不同的是电弧炉负荷变化没有规律，由于电弧炉在融化期间电极经常短路，电弧不稳定造成电流波动剧烈，而且电流严重失真。因此与轧机比起来，电弧炉给电力系统带来的影响更加严重。二、 轧机与电弧炉负荷引起的问题一般来讲，轧机和电弧炉引起的问题主要包括：电压闪变、电流与电压谐波、功率因数低下、不对称、频率波动等几个方面的问题。这些方面的问题主要会引起以下几个方面的问题：1、电压波动与闪变造成电压质量下降，严重影响其他用户的用电质量与安全。2、电压与电流谐波引起电力系统谐振，产生过电压、过电流导致设备绝缘击穿、损坏与烧毁。一般而言，轧机负载的谐波以奇次谐波为主，电弧炉负载的谐波则奇次谐波和偶次谐波都比较严重。3、电压和电流谐波的存在还容易导致计算机和保护装置失灵，测量装置误差增大，对弱电系统产生较大的干扰。4、功率因数低下造成线损增加，线路传输能力下降；不对称也是如此，使得系统的传输能力大幅下降。5、由于无功的剧烈变化，容易引起自身用电系统乃至电网的电压稳定问题，而有功的剧烈变化则容易导致频率波动剧烈，系统失去功角平衡。6、电压降低还降低了轧机或电弧炉的有效输出功率。至于频率波动的问题，只有通过增加系统容量来实现，而其他问题如电压闪变、电压低下、功率因数低下、不对称、电流与电压谐波等问题都可以在一套设备中加以解决，这一设备就是新型高压动态无功补偿设备。可见这一设备对轧机和电弧炉的运行以及相关电网的安全可靠运行具有十分重要的意义。三、电网对轧机与电弧炉负荷的限制条件正是因为轧机与电弧炉负荷对电网的严重影响，以及对电网安全经济运行的极端重要性，电网对此类负荷的入网提出了相应的要求。天津钢管公司为例，电网提出主要的要求包括：电压降最大值：电压闪烁值：功率因数：电压波形总畸变率：对谐波电流，国家也规定了相应的标准，对于各个电压等级对谐波的规定是不同的，仍以天津钢管公司为例，要求各次谐波的电流值小于表1中规定的值。表1、220kV谐波电流允许值谐波次数2 3 4 5 6 7 8 9 10 电流允许值4.9 3.9 3.0 4.0 2.0 2.8 1.2 1.1 1.0 谐波次数11 12 13 14 15 16 17 18 19 电流允许值2.7 1.0 3.0 1.4 1.3 1.2 1.2 1.1 1.0 四、 解决轧机、电弧炉等负荷带来的问题的几种方案为了实现对电压闪变、电压低下、功率因数低下、不对称、电流与电压谐波等问题的治理，目前一般采用ASVG/APF，SVC以及新型SVC等三种方案。一般来说，由于ASVG/APF采用了有源的方案，不再需要电容作为补偿使用，而且开关元件均为可关断的高频开关器件如GTO、IGCT等，所以ASVG/APF的方案具有设备体积小、响应速度快、无谐波污染、对电网呈现电流源特性（电网电压对设备容量，尤其是无功容量的影响呈线性关系）等优点，是当今最先进的无功补偿与谐波治理装置。但是由于设备复杂程度高、稳定性差，开关器件可靠性低下、价格昂贵等原因，这种方案性能价格比较低，基本不具备工业现场运行的条件。所以，在冶金行业，解决轧机和电弧炉带来的各种问题，主要的方案还是SVC和新型SVC这两种方案。众所周知，单纯无功的补偿是很容易通过并联电容器实现的，而在需要治理谐波时，真正实用的滤波方案还是无源滤波，因此在同时需要这两种功能的场合，它们被合二为一，组成FC网络。而电压闪变的治理、无功变化的动态补偿以及不对称的治理也都需要通过动态无功补偿装置来实现。自80年代以来，传统SVC经过长足的发展，成为了主要的动态无功补偿装置，解决了大量的动态无功补偿问题。它以响应速度快，技术相对成熟以及高压SCR器件可靠性高于GTO、IGCT等为人所熟知，但是，即使是经过了20来年的发展，还是无法克服几个装置本身 所固有的缺陷：1、 硅塔可靠性低。由于硅塔由单只SCR串联而成，任何一只SCR损坏都会造成硅塔整体损坏，因此，传统SVC的可靠性等级始终无法达到理想的水平。2、 谐波污染大。传统的SVC装置带给系统的另外一个问题就是引入了大量的谐波，因此即使系统自身不存在谐波，也需要安装滤波装置，增加了造价与占地面积。3、体积庞大。由于采用得是空心电抗器，而且滤波装置容量大，硅塔的安装需要专门的厂房，而且硅塔需要水冷装置，诸多原因导致传统SVC的占地面积非常庞大。随着控制技术的不断发展和对电抗器工艺与结构的突破性改进，在克服了传统饱和电抗器响应速度慢、损耗大、噪音大、谐波大等缺点之后，一种基于磁阀式饱和电抗器的新型SVC装置在具备了响应速度快的特点的同时，克服了传统SVC的上述诸多缺陷。正因如此，美国电科院于2002年向本国企业推荐这种新型SVC为传统SVC的替代产品。与传统SVC相比，这种新型SVC最主要的特征就是SCR安装在控制回路而不直接安装在主回路中，SCR所需要承受的电压仅为主回路的1%左右，正因如此，新型SVC具有极高的可靠性。归结起来，新型的SVC装置具有以下显著特点：1、 极高的可靠性。2、 较低的谐波含量，三相角接的系统的电流THD小于5%，符合国家规定的相关标准。3、体积小，可调电抗器部分体积仅为传统TCR的1/5左右。4、响应速度快，可以达到20ms左右。五、 新型SVC装置介绍 新型SVC的系统构成与传统SVC相同，由FC和可调电抗器两部分组成。区别在于，在传统SVC里，可调电抗器为TCR，而在新型的SVC里，可调电抗器为PTCR。PTCR的渊源来自磁放大器以及传统的饱和电抗器，但是由于他们的响应速度慢、损耗大、噪音大、谐波大等缺点，长期以来没有得到广泛的应用，“磁阀”概念的提出，大大改善了饱和电抗器在损耗、噪音以及谐波等方面的性能，使得饱和电抗器的性能得到了突破性的改进。而控制技术与电力电子在饱和电抗器中的创新应用，使得传统饱和电抗器响应速度慢的缺点得到了根本性的改进而响应速度的改进大大扩展了饱和电抗器在动态无功补偿领域应用。正是饱和电抗器在动态无功补偿领域的应用，改变了动态无功补偿技术的格局，使得一种可靠性更高、基本谐波污染、体积更小、对环境适应能力更强的动态无功补偿装置在技术上成为可能。传统饱和电抗器是通过改变直流激磁进而改变铁心的饱和程度，从而达到平滑调节无功输出的目的的。磁阀式饱和电抗器与传统饱和电抗器的主要差别在于：1、铁心中具有小截面段，即所谓的“磁阀”；2、励磁采用自耦方式，降低成本，并使得超高压应用成为可能。可以看出，电抗器由一个四柱铁心和绕组组成，中间两个铁心柱为工作铁心，Nk为控制绕组，N为工作绕组。由于可控硅接于控制绕组上，其电压很低，约为系统额定电压的1%左右，从而大大提高了运行可靠性。当工作绕组上接上交流电压时，控制绕组上就会感应出相应的电压，以Nk的匝数N的1%计，可控硅T1和T2上的电压仅为工作电压的1%，在电压的正半周T1导通，在电压的负半周T2导通，通过控制可控硅的导通角即可控制直流激磁。图5给出了T1导通和T2导通时的等效电路。通过控制可控硅的导通角，可以控制ik1和ik2的大小，从而控制工作铁心的饱和度，导通角越小，ik1和ik2越大，铁心饱和度越高，电抗器的感抗越小。因此，只要控制可控硅导通角的大小，就可以平滑的调节电抗器的容量。从图中，还可以看出，磁阀式饱和电抗器具有自耦励磁功能，省去了单独的直流控制电源。磁阀式饱和电抗器的另一特点是小截面铁心处于极限饱和状态。而其他铁心则处于不饱和状态，降低了有功损耗，降低了谐波含量。六、 新型动态无功补偿装置的使用效果在冶金企业中安装新型动态无功补偿装置，解决轧机或电弧炉等负载带来的问题，其使用结果可以分为两方面。一方面是对公共电网而言，主要解决了以下几个方面的问题。1、克服因为无功冲击造成的电压降低与电压闪变，系统电压降低1%，工业企业产量将会降低0.5%，因此，具有重要的社会与经济效益。2、提高功率因数，提高线路传输能力，降低线路损耗。3、消除谐波污染与负序电流，提高电能质量，降低系统损耗，提高系统安全运行水平。另一方面是针对用户自身而言，主要解决了以下几个问题。1、降低线路损耗电费；2、免除功率因数罚款，获得功率因数奖励；3、免除谐波和闪变超标罚款；4、增加生产产量，降低单产能耗。以天津钢管公司为例，通过安装SVC，使得整个系统的参数达到了相应的国家与国际标准要求。具体如表2所示。表2、安装SVC之后的相应数据测试表序号项目要求值实测值备注1 功率因数大于0.95 0.97 2 220KV母线电压降小于2% 0.51% 3 响应时间10ms 12ms 4 35kv母线电压波动5% 1.3% 5 负序电流小于1.5% 0.762% 6 谐波电压小于1% 0.42% 7 谐波电流见表1 合格按IEC标准上述对电网的改善主要是针对公共电网而言，而安装SVC对天津钢管公司自身而言，也获得了可观的经济效益。通过安装SVC，天津钢管公司，每年可以获得：节约线损电费6.3万元；节约无功罚款480万元；增加无功奖励收入120万元；由于降低了电网电压的波动，增加电弧炉功率11%，缩短冶炼时间12.4%，每年增加钢产10.0814.4万吨，而且每吨钢节约电费200元；免除谐波和闪变超标罚款。七、 结论由上述分析可见，在冶金企业的轧机、电弧炉等负荷的供电系统安装SVC不仅可以保证冶金企业的正常运行，而且可以改善功率因数、消除谐波与电压闪变，提高电压稳定水平，提高电力系统传输能力。由于降低了电压波动、提高了电压水平，提高了电弧炉使用效率，缩短了冶炼时间，增加了生产产量，降低了单产电耗。具有很好的经济效益和社会效益。基于磁阀式饱和电抗器的新型SVC装置由于具有响应速度快、可靠性高、体积小、谐波含量低、环境适应能力强、安装调试方便等诸多优越性。是传统SVC的理想升级替代产品。 六、 商务写字楼的典型电能质量问题案例分析摘要： 随着现代科学技术的发展，各种新型、高效、多功能的商务用电设备不断更新，使得诸如商务写字楼这类典型公共建筑中基于电力电子装置的非线性负荷的应用越来越广泛，引起电能质量问题的因素也逐渐增多，对同样快速普及的各种复杂的、精密的、对电能质量敏感的用电设备的安全可靠运行带来严重威胁。本文通过一个典型案例，分析了商务写字楼的常见电能质量问题、危害及探讨了相关问题的一般解决方案。关键字： 电能质量 谐波 中性线 滤波器1、引言 电能质量一般是指电压或电流的幅值，频率，波形等参数与标准值的偏差。过去，电力系统中许多机电设备都能在上述参量相对较大的变化范围内正常地工作。但是在近五到十年，随着高新技术尤其是信息技术的飞速发展，基于计算机，微处理器控制的用电设备和电力电子设备在系统中的大量使用，这些设备对来自系统的干扰比机电设备更为敏感，对电能质量的要求也更高。一旦出现电能质量问题，轻则引起设备故障，重则导致整个系统的崩溃，可能由此带来的巨大的经济损失和负面的社会影响。另一方面，这些设备自身也可能是引起电能质量问题的因素，对其他相邻用电设备的正常工作造成不良影响。商务写字楼是典型的公共建筑之一，其中大量使用的开关式电源、公共照明系统中荧光照明、计算机、打印机、复印机、调光灯等负荷正逐渐成为配电系统中主要的谐波和波动源之一。下面，由一个实际案例入手，来分析商务写字楼的常见电能质量问题。|2、典型案例A、用户情况北京某大酒店写字楼由3路10kV电源供电，每个办公室内基本配有UPS，主要对室内的计算机等办公自动化设备进行不间断供电，UPS采用AC-DC-AC在线式拓扑，容量为12kW。该系统全部采用电缆供电，有三台主变压器，容量均为1000kVA，额定电压为10kV/0.4kV，额定电流为57.7A/1443A，接地电阻大约1.21.3。变压器和线路所装设的保护有速断保护、过流保护和欠压保护。其中速断保护是主保护，动作时间为0.35s。系统主要采用电容器组作为无功容量的补偿装置，有15kVar和30kVar两种，其中15kVar的电容器的额定电压为400V，额定电流为21.7A。由于该用户是比较重要用户，采用三回路供电，所以供电可靠率极高，当供电电源发生故障时，另外的两回电源采用倒闸自投的方式迅速投入供电，动作时间为0.7s。长期以来，用户中性线电流偏大，带负荷运行时可达400A左右，其中三次谐波含量很大。低压系统主接线如下图1所示。 图1. 北京某大酒店写字楼的系统主接线图 B、测量数据采用Fluke43B电能质量分析仪对供电系统其中一回线路出线进行了测量，典型波形如图2所示。其中，上部波形为AB相间的线电压，下部为中性线电流的波形，它们的频谱分析分别为图3、图4所示。 图2. 一回出线的线电压和中性线电流测量波形 图3. 线电压的频谱分析 由图3可见，线电压有效值为391V，波形为完美的正弦波。电压总谐波畸变率仅为0.7%。 图4. 中性线电流的频谱分析 由上图的频谱分析可见，中性线电流中含有丰富的低次谐波。实测的各次谐波电流有效值分别为：基波41.8A，3次谐波121A，5次谐波11.8A，7次谐波5.9A，9次谐波5.2A，11次谐波2A，13次谐波0.8A等。若以基波为基准，电流总谐波畸变率为292.3%。以三次谐波为基准100%，则基波电流含有率34.5%， 5、7、9、11、13次谐波电流含有率分别为9.8%、4.9%、4.3%、1.7%、0.7%。C、结果分析被测写字楼的主要用电设备是各种节能灯具（荧光灯、高压气体放电灯、可控硅调光白炽灯等）、冰箱、电视机、录像机、计算机、激光打印机、充电器、UPS电源及各种仪器设备。这些设备大多数容量较小，在数十到数kW，但是数量很多，整体对谐波的影响很大，不容忽视。在上述设备中，具有全波整流性质的负荷（如UPS等）造成的谐波影响最为严重。在电源电压峰值附近，电源对整流器电容充电，负荷从电源吸收的电流具有脉冲性质。由于接于同一电源的这类负荷吸取的脉冲电流中心轴线基本上一致，因此主要谐波电流几乎是同相位的叠加；另一方面，各相线的谐波电流中三次及其倍数次谐波具有零序分量性质，因此它们在中性线上的汇集叠加，使得中性线上的谐波电流非常大。案例中，电源线电流约400A时，中性线上三次谐波电流高达121A，就是有力的证明。3、谐波问题的影响 谐波对商务写字楼用电设备寿命和线损的影响，是逐步积累其效应的慢过程。受谐波严重影响而产生的后果，一般也在一定时期后才暴露，因此容易使受害单位及其主管不能及早发现问题，直到严重后果发生。本案例中，谐波的作用使得配电变压器的绕组、外层硅钢片、外壳、金属紧固零件的局部发热严重，降低变压器输出功率，还引起振动和噪声；无功补偿电容器因谐波关系，不能正常投入；未配置UPS的计算机会出现死机，自动重启现象，引起工作数据丢失及元件损坏；电话出现杂音；最为严重的隐患是中性线长期过流，导致导线局部温升过高，绝缘老化，可能引起火灾事故。4、一般解决方案对于写字楼负荷的谐波问题，推荐的解决方案有以下几点：（1）加装无源滤波器在大的谐波源附近或主要出线处安装若干单调谐及高通滤波器支路，以吸收谐波电流。这种方案可以有效减小谐波量；也可以同时考虑无功补偿问题。（2）改变谐波源的配置方式具有谐波互补性的设备应集中安装，否则应适当分散或交错使用，适当限制谐波量大的工作方式。该方案可以减小谐波的影响，但对设备配置和工作方式有特殊要求。（3）改善三相不平衡度找出因电源电压、线路阻抗、负荷特性因素导致的三相不平衡原因，加以消除。该方案可以有效减小3次谐波的产生；有利于设备的正常用电，减小损耗。（4）增加系统容量和中性线截面提高供电系统的短路容量，可以减小谐波源对其他用电设备的影响；增大中性线截面，可以避免中性线长期过流导致的导线局部温升过高，绝缘老化现象，消除引起火灾事故的隐患。（5）采用有源滤波器滤波效果比无源滤波器好，同时不必担心导致谐波放大问题。造价较高。5、结语目前，商务写字楼中各种基于电力电子装置的非线性负荷的应用越来越广泛，引起电能质量问题的因素也逐渐增多，对各种复杂的、精密的、对电能质量敏感的用电设备的安全可靠运行带来严重威胁。通过对一个具体写字楼供电系统电源出线的测量，分析得出该写字楼供电系统的电能质量问题主要是谐波，并进一步讨论了它的危害及一般解决方案。七、 电解铝厂高压谐波某铝业股份有限公司电解铝厂(是以电解铝为主导产品的企业，年生产能力为5.5万吨，分60kV和80kV两个系列，全厂整流供电装置分为两个露天变电站(整流所)，电压等级均为110kV。110kV、60kV系列滤波系统由1060V、36kA直流可控硅整流机组及相应的具有5th、7th、12th三个通道单调谐滤波装置组成，于1989年底正式投入运行。系统单线图见图1。1滤波装置运行状况110kV、60kV系列整流所滤波装置投入运行后，分别对不带滤波装置的3台和2台整流机组运行时网侧谐波进行了测试，同时对带滤波装置的3台整流机组运行时网侧总谐波进行了测试。1.1不带滤波装置1.1.1、3台整流机组运行系统直流电压Ud：945V，单机直流电流Id：21.3kA，系统电压U：112kV，短路容量Sd约为1700MVA，总电压畸变率R：3.595%，S:3.481%，T:4.051%。1.1.2、2台整流机组运行Ud：945V，Id：32kA，U：112kV，Sd约为1700MVA，总电压畸变率R：4.942%，S:4.759%，T:6.361%。1.2带滤波装置（5th、7th、12th）时网侧总滤波3台机组同时运行，单机脉冲为6、总脉冲为18，系统电压Ud为950V，单机平均Id为21.6kA，约为360，电压113kV，电磁式PT：，Sd约为1700MVA、总电压畸变率DFU为1.88%。实际测试结果表明，有滤波装置时，整流系统本身产生的大量滤波电流为滤波网络吸收，网侧总滤波电流明显减少，滤波效果明显。滤波装置的基本参数见表1。2滤波装置的完善滤波系统经过一年多运行后，出现系统滤波谐振。经过检查发现为电厂110kV输出母线上的另一路负荷(编号为395开关)解环所致；又经测试发现，当系统短路容量改变为某一定值时，滤波装置将出现9次谐波谐振现象。当395开关为开环方式时，曾发现12th通道有严重过载跳闸现象。针对滤波装置出现的问题，决定进行改造。在12次通道滤波装置的每项电抗器上并接1台286无感阻尼电阻，以此限制此类过载事故的发生。滤波装置等值线路图见图2。3谐波对实际供电过程的影响2002年6月10日，在对1整流机组停电操作后，当2、3