无功补偿培训技术.doc

前言近几年，国家对电力行业的大规模投入和不断加强供电质量的建设，无功补偿容量大大增长，保守估计至2010年底为止，全国市场容量大于270亿元，可见市场需求旺盛，市场潜力极大，市场前景一片灿烂。中国的无功补偿和谐波治理市场是一个沉睡的市场，谁能唤醒这个市场，谁就将获得无法估量的回报第四节：第二章：第三章、无功补偿降损节能效益第二章：常见无功补偿的方式第一节：按照安装位置分：第二节：按照形式及速度分：按形式分：固定补偿和自动补偿；固定补偿一般应用在无功波动小的场合，缺点是存在过补偿和欠补偿的问题，型号一般称为TBB.自动补偿是近几年发展成熟起来的补偿形式，能够根据无功功率的变化自动投切电容器；常见的是TBB-Z.按速度分为静态补偿和动态补偿，静态补偿指跟随速度较慢的机械式开关的补偿装置，如接触器、断路器等机械投切的装置。动态补偿指跟随速度快的基于电力电子器件为开关的补偿装置，如TSC、SVC、SVG等。在随后的几节里重点介绍TBB-Z和TSC装置的详细情况。第三节：TBB-Z 型高压无功补偿自动调容成套装置简介一、 简介TBB-Z 型高压无功补偿自动调容成套装置，使用无功自动控制器检测电网电压及功率因数，通过对电网电压和功率因数的综合判定，可同时控制两台主变的自动有载调压及两段母线上的无功补偿电容的自动投切，实现平衡系统电压，提供功率因数。减少线损，保护供电质量，解决无功过补偿和欠补偿问题。二、 型号说明:例TBBZ-10/1200-A K10表示用在10KV系统中，1200KVAR表示总容量，A表示单星接线，K表示开口三角电压保护三、 一次接线方式四、 保护方式五、 结构形式六、 常见元件说明（1）真空交流接触器： JCZ5-12D/D250-2.5 特点:具有机械性能稳定可靠，体积小、重量轻、操作方便、运行可靠、无污染、免维护等诸多特点,尤其适用于6-10KV电压等级作为电容器频繁投切开关使用，投切容性负荷的性能远远高于断路器。机械寿命100万次，远远大于真空断路器及真空开关的50万次。 主要技术参数:序号项目JCZ5-12D/D250-2.51额定电压10kV2额定电流250A3额定接通电流2.5kA4额定频率50Hz5额定分断电流2kA6极限分段电流2.5kA7机械寿命（万次）1008电寿命（万次）20（2）干式铁心串联电抗器：CKSC-18/113-6% 执行标准：JB5346-98 串联电抗器l 电抗器的额定值a） 额定电压：11KVb） 最高运行电压：12KVc） 额定电抗率：6%d） 电抗偏差：0%5%e） 相数：三相f） 噪音：50dBg） 冷却方式：自然风冷h） 安装位置：并联电容器的首端i） 过电压：电抗器能在工频加谐波电压峰值为32U下运行。j） 过电流：电抗器能在1.35In下连续运行。能承受25In得短时冲击。（3）氧化锌避雷器：YH5WR-17/45 有效吸收雷击及过电压，保护设备免受过电压的损坏。 氧化锌避雷器用合成绝缘防爆型;方波电流：400A;安装方式：相地之间;（4）喷逐式熔断器： BRN-12/ 作为电容器过流及内部故障的保护。熔断器能承受每一个半波幅值不低于熔丝额定电流100倍的电流冲击。熔断器能开断熔丝的额定电流的20倍及50倍容性电流。（5）并联电容器: BFM11/3-150-1W 1) 额定频率：50Hz;2) 单台电容器额定电压：11/3kV;3) 采用BFM全膜式并联电容器;4) 单只容量：150kvar；5) 电容偏差：a.单台电容器容许的电容偏差为装置额定电容的-5%+5%;b.电容器组容许的电容偏差为装置额定电容的0%+5%;c.三相电容器组的任何两线路端子之间，其电容最大值与最小值之比不超过1.02;d.电容器组各串联段的最大与最小电容之比不超过1.02;6) 电容器的过载荷能力符合标准GB3983.2和DL/T604-1996中的有关规定;7) 介质损耗角正切值(tg)电容器在工频交流额定电压下，20时0.0005;8) 耐受短路放电能力动稳定电流 50kA;热稳定电流 31.5kA;热稳定电流持续时间 4s;9) 电介质的电气强度电容器单元端子间的电介质必须能承受下列两种试验电压之一，历时10s。a工频交流电压 2.15Un;b直流电压 4.3Un;10) 绝缘水平a电容器装置的一次电路的各相之间及相与地之间，二次电路与地之间能承受下列耐受电压值：雷电冲击耐受电压(峰值)(1.5/50s) 60kV;1min工频耐受电压(有效值) 25kV;二次电路工频耐受电压(有效值) 2kV;b电容器单元上和外壳绝缘的全部端子与外壳间的绝缘能承受下列耐受电压值：雷电冲击耐受电压(峰值)(1.5/50s) 60kV;1min工频耐受电压(有效值) 25kV;11) 局部放电性能在加上额定电压使单元达到平衡后，再加2.15Un的电压历时1s，降压至1.2倍额定电压保持10min，然后升压至1.5倍额定电压保持10min，此时无明显局部放电;12) 最热点温度电容器芯子或其他元件的最热点温度不高于75;13) 外壳 电容器外壳用优质钢板，面漆淡灰色，外壳设接地端子;电容器外壳能承受不小于15kWs的爆破能量;14) 引出端子及套管电容器引出端子采用双套管引出，套管能承受到500N的水平拉力，套管的爬电距离大于2.5cm/kV(最高运行电压下)，颜色为棕色。（6）放电线圈：FDD-1.7/113 1）额定电压：11/ kV。2）额定放电容量：1.7Mvar。3）电容器组脱开电源后，能在5s内将电容器组上的剩余电压降至50V以下。4）能承受1.582Um电压下电容器储能放电的作用。5）准确级：0.2/0.5/0.1，在额定频率0.8-1.3倍额定电压和1%-100%额定二次负荷（cos为0.8滞后）下，比差值不超过0.5，相位插不超过20。6）短路承受能力：额定电压下，能承受二次短路电流1s时间内所产生的热和机械力的作用而无损伤。7）准确级：0.5级数量：每组电容器配3只。六常见的设计问题补偿容量的选择：Q = P（tg1tg2） =P( ) tg1、tg2补偿前、后的计算功率因数角的正切值 P企业的有功负荷 Q需要补偿的无功容量并联电容器补偿装置容量确定后，需根据补偿无功的需要分成一组或几组，确定分组容量时需做以下核算核算公式为： Qcx = Sd（A） Qc电容器装置的谐振容量Sd电容器安装处的母线短路容量n 谐波次数A电容器装置的感抗与容抗之比核算需对各个分组情况进行，以保证分组电容器投切时，不得发生谐振。当母线上接有m组电容器时，从投入第1组，第2组直到m组的全部投入，都应避开谐振，这是电容器组安全运行的必要条件。分组投切的大容量电容器组，其容抗的变化范围较大，若其容抗与系统的感抗符合某种匹配条件，即会发生谐振。在工频情况下，系统的感抗一般比容抗小得多，所以不会发生谐振。当系统中产生了高次谐波时，系统的谐波感抗可能与系统的谐波容抗匹配，从而发生高次谐波谐振。谐振时产生的电压和过电流将使电气设备受到冲击，严重危及系统的安全运行，因而这是必须加以避免的。一般电网的高次谐波分量主要以3、5、7次为主，大容量电容器组各分组一般装有感抗值为5%6%Xc（Xc为电容器组每相容抗，下同）的串联电抗器，它能有效地抑制5次及5次以上的高次谐波，但对3次谐波有放大作用，3次谐波的谐振点也往往落在电容器的调节范围内，因而很有可能在一定的参数匹配条件下发生3次谐波谐振。如果分组容量与谐振容量离的较近，需进一步计算可能产生的放大倍数，具体计算公式如下： K B电容器安装容量与谐振容量之比，Qc/Qcx K放大倍数表2.1.2B与K值关系表B0.50.60.70.80.830.840.860.90.951K11.52.3344.885.256.14919B1.051.11.151.21.251.31.351.41.5K21117.67654.333.863.53从上表可以看出，若要实现较小的谐波放大倍数，则对电容器组投入时被限制的容量范围就要增大。为了躲开谐振点及避开过大的谐波放大，在电容器装置作安装设计之前，最好能测量系统原有的谐波含量。各分组电容器容量的确定应躲开参数谐振点及不利的放大区。并联电容器组的组成1组架式并联电容器组：并联电容器、隔离开关（接地开关或隔离带接地）、放电线圈、串联电抗器、氧化锌避雷器、并联电容器专用熔断器、组架等。2集合式并联电容器组（无容量抽头）：并联电容器、隔离开关（接地开关或隔离带接地）、放电线圈、串联电抗器、氧化锌避雷器、组架等。并联电容器支路内串接串联电抗器的原因：变电所中只装一组电容器时，一般合闸涌流不大，当母线短路容量不大于80倍电容器组容量时，涌流将不会超过10倍电容器组额定电流。可以不装限制涌流的串联电抗器。由于现在系统中母线的短路容量普遍较大，且变电所内同时装设两组以上的并联电容器组的情况较多，并联电容器组投入运行时，所受到的合闸涌流值较大，因而，并联电容器组需串接串联电抗器。串联电抗器的另一个主要作用是当系统中含有高次谐波时，装设并联电容器装置后，电容器回路的容性阻抗会将原有高次谐波含量放大，使其超过允许值，这时应在电容器回路中串接串联电抗器，以改变电容器回路的阻抗参数，限制谐波的过分放大。串联电抗器电抗率的选择 对于纯粹用于限制涌流的目的，串联电抗器的电抗率可选择为（0.11）%即可。 对于用于限制高次谐波放大的串联电抗器。其感抗值的选择应使在可能产生的任何谐波下，均使电容器回路的总电抗为感性而不是容性，从而消除了谐振的可能。电抗器的感抗值按下列计算： XL=K式中XL串联电抗器的感抗，;XC补偿电容器的工频容抗, ; K可靠系数，一般取1.21.5。对于5次谐波而言，则XL=（1.21.5）=（0.048 0.06）XC一般定为（0.045 0.06）XC=( 4.5 % 6 %) XC对于3次谐波而言，则XL=(12%13%) XC为了防止可能出现铁磁谐振, 一般宜采用无铁芯的电抗器。电抗器的额定电流应稍大于电容器实际电流。电抗器的端电压和容量的选择电抗器的端电压=电容器的相电压电抗率每相电抗器的容量=每相电容器容量电抗率 电抗器的额定电压为并联电容器组的额定电压电抗器的种类：油浸铁心式：CKS或CKD， 可用于户内、户外。干式空心电抗器CKGKL，可用于户内、户外。干式铁心电抗器CKGC，干式产品中体积最小，且三相同体，但目前无35kV级产品，只能用于户内。干式半心电抗器：直径比空心产品小，可用于户内、户外。并联电容器额定电压的选择由于串联电抗器的接入，引起电容器上的基波电压升高，其值为UC=U= 式中 UC电容器的额定电压（相电压），kV; U系统额定相电压, kV; A串联电抗率对于并联电容器组接线方式为星形接线或双星形接线，电容器额定电压如下10kV： 6%串联电抗率，电容器额定相电压11/3 kV 1213%串联电抗率，电容器额定相电压12/3 kV35kV： 6%串联电抗率，电容器额定相电压38.5/3 kV （1213）%串联电抗率，电容器额定相电压42/3 kV 上述选择是在系统额定电压分别为10kV和35kV的情况下，如系统额定电压有所上升，则并联电容器的额定电压也相应升高。氧化锌避雷器的选择和使用氧化锌避雷器的接线方式 型接线 型接线特点：1. 型接线方式：优点：比较简单，但对避雷器的特性要求高，当发生一相接地时，要求非接地的两只避雷器能通过三相电容器积蓄的能量。缺点：相间过电压保护水平较高，因为是由两只避雷器对地残压之和决定的。2. 型接线 避雷器直接并接在电容器极间，保护配合直接，不受其他因数的影响，但这种方式要求避雷器的通流容量比较大。选用原则：10kV：型接线型接线避雷器型号Y5WR-17/45或HY5WR-17/45Y5WR-9.1/22 或HY5WR-9.1/22每组避雷器数量3只4只通流容量并联电容器组容量（kvar）型接线型接线5000 kvar以下（不含5000）400A400A5000 6000 kvar（不含6000）400A600A6000 8000 kvar600A800A8000 12000 kvar800A1000A35kV：型接线型接线避雷器型号Y5WR-51/134Y0.1WR-51127/51140 每组避雷器数量3只（4只同体）通流容量并联电容器组容量（kvar）型接线型接线10000 kvar以下400A400A10000 kvar20000 kvar600A600A20000 kva30000 kvar800A800A30000 kva40000 kvar1200A1200A40000 kvar60000 kvar15002000A15002000A隔离开关、接地开关及隔离带接地开关的选择用途：隔离开关做隔离之用10kV：户内：GN19-10/400， 630，1250 户外：GW4-10/400， 630，1250 或GW4-10W/630（爬电比距2.5cm/kV） GW1-10/400（尽量少采用）35 kV：户内：GN2-35/400， 630，1250 户外：GW4-35/630，1250或GW4-35W/630（爬电比距2.5cm/kV）隔离开关做接地之用10kV：户内：GN19-10/400， 630，1250 户外：GW4-10/400， 630，1250或GW4-10W/630（爬电比距2.5cm/kV） GW1-10/400，63035 kV：户内：GN2-35/400， 630，1250 户外：GW4-35/630，1250或GW4-35W/630（爬电比距2.5cm/kV）隔离开关带接地10kV：户内：GN24-10D/400，630，1250 户外：GW4-10D/400，630，1250或GW4-10DW/630（爬电比距2.5cm/kV）35 kV：户外：GW4-35D/630，1250或GW4-35DW/630（爬电比距2.5cm/kV）隔离开关额定电流的选择 隔离开关的额定电流=电容器额定相电流1.5，再适当加一些余度如果用户对动、热稳定电流有要求，则应首先满足动热稳定的要求放电线圈的选择 放电线圈的放电容量每相电容器容量 放电线圈的额定相电压=电容器的额定相电压放电线圈的种类：油浸式：价格较低，但由于用于绝缘的油同空气通过呼吸器相连，使绝缘油会由于呼吸的原因而受潮，同时产品内的绝缘油会对环境造成污染及存在火灾隐患。全封闭式：绝缘油与空气不直接接触，杜绝了绝缘油受潮的可能，但价格较高，同时产品内的绝缘油仍会对环境造成污染及存在火灾隐患。干式：彻底改变了绝缘种类，不会对环境造成污染，也不存在大的火灾隐患，但价格较高。且目前国内35kV级还没有此类产品。并联电容器单台用熔断器熔断器的额定电流=1.5并联电容器额定电流并联电容器组接线种类单星形接线另序电压（开口三角电压）保护 桥式差电流（不平衡电流）保护 差动电压保护 双星形接线中性点不平衡电流保护带容量抽头的并联电容器补偿装置近几年来，由于以下的原因，对集合式并联电容器提出了新的要求： 用户新建变电所, 主变压器负荷小, 而无功补偿容量按满负荷配置, 全部投入时会发生过补偿的现象。 周期性负荷变动，如农村电网当高峰及高峰过后需投入的电容器容量便不相同。带容量抽头的集合式并联电容器装置接线图 1/2或1/3，2/3容量抽头接线图（电抗器前置） 1/2容量抽头接线图（电抗器前置） 1/2或1/3，2/3容量抽头接线图（电抗器后置） 1/2容量抽头接线图（电抗器后置） 电抗器需要抽头的原因：电抗率A=当电容器运行在1/2抽头时，此时如电抗器没有抽头，则原电抗率变为A=对于6%的电抗率，则此时的电抗率变为3%，而12%的成为6%。为了保证抽头运行时，整套的电抗率不变，唯一可行的方法是给原有电抗器增加电感，这样便可使整套装置在抽头时电抗率不变。并联电容器补偿装置的种类：1组架式高压并联电容器及无功补偿装置特点：构架组成灵活，但占地面积大。2集合式并联电容器及成套补偿装置21 集合式并联电容器的优点：占地面积小，安装维护方便，可靠性高，运行费用省占地面积小：密集型并联电容器的安装占地面积约为组架式成套占地面积1/31/4，并且电容器单台容量越大，则占地面积与容量的比值就越小。安装维护方便：由于密封型电容器的台数少，电容器运到现场后，立即就可就位，比组架式成套安装工作量少，成套安装也较为简单，电容器台数少，电容器单元置于油箱内，巡视工作量小，减轻了运行人员的负担。可靠性高：由于对密集型采取了一些行之有效的措施：采用元件串内熔丝后再并联的方式, 少数元件击穿后由于内熔丝熔断, 电容量变化不大, 电容器仍可继续运行。适当降低元件工作场强，在绝缘上留有余度。采用全膜介质，增强箱内外绝缘。从而提高了并联电容器的运行可靠性。第四节：TSC型低压动态无功补偿成套装置简介介绍方法：北京思能达电力技术有限公司所生产的TSC型智能动态无功补偿投切装置，采用了基于晶闸管的FACTS柔性投切技术（此技术已申请专利），整个投切过程真正实现了无涌流、无畸变、无暂态过程的平滑投切，克服了传统过零触发晶闸管所带来的电流畸变问题，避免了谐波电流的产生。设备的主要元件均采用优质名牌产品，晶闸管采用德国进口的西门康（SEMIKRON）所生产的晶闸管，性能稳定可靠；晶闸管驱动板采用美国美信公司的高速芯片结合北京思能达的柔性投切技术真正实现了无涌流、无畸变、无暂态过程的投切，可控硅触发单元具有光电隔离，充分实现一二次系统的隔离，采柔性投切技术，以脉冲变压器触发，触发功率大，具有很强的抗谐波干扰能力，充分弥补了传统光电触发的缺点，具有比传统光电触发更加优异功能；电抗器采用思能达的获得专利技术的漆包线式铁心电抗器，具有误差小、温升小、噪声底的特点；电容器采用西电集团西安自愈式电容器厂生产的电容器，具有性能稳定可靠、误差小、损耗小的特点。控制器采用ABB公司生产的RVC控制器，控制准确，可靠性高。北京思能达电力技术有限公司所生产的TSC型智能动态无功补偿投切装置具有优异的性能，整套装置具有高可靠性和免维护性，操作简单。自动化程度高，能快速的根据负荷波动情况，一次到位的补偿无功。保护齐全，具有过电流保护，过电压保护，欠电压，速断及短路保护，两级温度保护等。我们将竭诚为贵公司提供优异的产品和服务。系统图： 3路45kvar和3路90kvar，共405kvar,电抗器非标配应用场合：钢铁、水泥、煤炭、码头、汽车制造等行业设计所需的第一手资料：变压器的容量、电压等级、阻抗电压百分比、有功功率、功率因数等分组形式：循环投切：1：1：1：1；编码投切：1：2：4：8；或1：2：4：4或1：2：2：2等2低压补偿的改进低压无功补偿的传统模式主要有以下三种型式，装于低压电动机的单台就地补偿；装于配电变压器低压侧的补偿箱；装于企业配电房或车间以及高层建筑楼层配电间的自动补偿柜（如PGJ柜等）。限于篇幅，对单台补偿问题本文不作讨论。低压补偿箱和补偿柜的技术改进和新技术应用归纳起来主要有以下几方面：（1）由三相共补到分相补偿，以求达到更理想的补偿效果；（2）由单一的无功补偿到同时具有滤波及抑制谐波功能的补偿装置；（3）从采用交流接触器进行投切，到选用晶闸管开关电路投切，以及发展为等电压投、零电流切的最佳投切模式；（4）智能型自动补偿控制器和配电变压器的运行记录仪相结合；（5）将低压补偿的功能纳入箱式变电站或美式箱变的低压部分；（6）采用不锈钢或航空铝板的箱体，具有防寒、防晒、密封、防潮、防锈的特点；（7）选用干式或充SF6的自愈式并联电容器，提高运行可靠性，延长使用年限。3Y共补与分补相结合的接线31三相共补的接线传统的低压补偿都是采用三相共补的方式，根据控制器统一取样，各相投入相同的补偿容量，这种补偿方式的接线如图1所示。适用于三相负载基本平衡、各相负载的cos相近的网络。为什么国内外制造厂对三相共补的电容器均选用接线呢？主要是额定电压400V的自愈式电容器的价格较同容量额定电压230V的电容器要便宜得多。这是由于原材料价格的原因和400V电容器极间工作电场强度较高的缘故。以400V的电容器为例，用厚8m金属化膜时，工作场强为50MVm，如用厚7m的金属化膜，工作场强为5714M Vm，而230V的电容器，如维持与上述的工作场强相近时，则必须选用更薄的金属化膜，但45m薄膜的价格要比78m薄膜贵得多，故对230V电容器一般是采取降低工作场强的设计，按照国内的通常价格，同容量的230V电容器的价格为400V电容器价格的2倍以上。32三相分补的接线三相分补方式就是各相分别取样，各相分别投入不同的补偿容量。适用于各相负载相差较大，其cos值也有较大差别的场合。接线如图2所示。与三相共补的不同特点是：单台并联电容器的额定电压为230V，Y接；控制器分相进行工作，互不影响。当然，其价格高于三相共补的装置，一般要贵2030。33Y共补与分补相结合的接线从经济的角度出发，也可以采用电容器Y接线，即三相共补与三相分补相结合的接线方案如图3所示。三相共补部分的电容器为接线，三相分补部分的电容器为Y接线，例如某厂家接电容器组的单台电容器分别为400V，10、15、20、30kvar。Y接电容器组的单台电容器分别为：230V，3、4、5、6、8、10kvar。这种接线方式的补偿装置，运行方式机动灵活，其成套价格低于图2的接线方案。也有的厂家对Y接的电容器组仍采用400V的电容器，其单台铭牌容量与接电容器组选用相同的电容器，而Y接部分的电容器实际输出的容量只有铭牌的13。这样做的目的是由于400V的产品比较便宜，即使实际容量较名牌值小，但由于工作场强低，寿命较长，且整个装置只用一个规格的电容器，互换性强。4并联电容器的投切开关41交流接触器70年代广泛应用的PGJ补偿柜，都是采用交流接触器作为并联电容器的投切开关，迄今仍有沿用。其缺点是：投入电容时产生倍数较高的涌流，容易在接触器的触点处产生火花，烧损触头；切断电容时，容易粘住触头，造成拉不开；涌流过大对电容器本身有害，会影响使用寿命。当时采用的措施是：（1）适当选择额定容量较大的接触器，如用额定电流40A的接触器投切15kvar的三相电容器（IC217A）；采用专用的接触器，其型号有CJ16、CJ19、CJ20C、B25CB75C、CJ41等系列；每台电容器加装串联小电抗器，用以抑制涌流。 42双向晶闸管开关电路采用双向晶闸管的无触点开关电路（又称固态继电器）取代交流接触器用于投切电容器的接线如图4（a）所示。其优点是过零触发，无拉弧，动作时间短，可大幅度地限制电容器合闸涌流，特别适合于繁投切的场合。但也存在以下缺点：采用双向晶闸管制造成本高，晶闸管开关电路的补偿柜价格要比采用接触器的补偿柜贵7080左右；晶闸管开关电路运行时有较大的压降，运行中的电能损耗和发热问题不可忽视。以BZMJ04153并联电容器为例，其额定电流为217A，如晶闸管开关的电压降为1V时，3个晶闸管开关电路运行时，损耗的功率为：P31217651W，如补偿柜的无功功率为90kvar，则全部投入时，晶闸管的功率损耗为65163906W，以每天平均10h计，日耗电量达3906kWh。年耗量约为1426kWh，有功消耗的发热量还会增加整个补偿装置的温升，而需采用相应的散热降温的措施，如采用接触器则基本上不消耗有功；（3）晶闸管电路的本身也是谐波源，大量的应用对低压电网的波形不利。因此，除了对晶闸管开关电路加以改进外，还应使之在完成开合闸操作后退出，仍由与之并联的接触器维持电容器的正常运行。 43晶闸管和二极管反并联的开关电路一个晶闸管和一个二极管反并联的接线方案如图4（b）所示。与图4（a）的接线方案对比，由于相同容量的二极管的价格低于晶闸管，故用一只晶闸管和一只二极管反并联的无触点开关电路制造成本较低，而技术性能相近，但反应时间则较漫些，切除电容器时，从切除指令的输出到工作任务的完成，可以在半周波内完成，（即时间t10ms）。如采用图4（b）的方案，由于二级管的不可控性，通常其切除时间要在051Hz之间，即切除时间t20ms。44等电压投零电流切的新型无触点开关电路等电压投零电流切的新型无触点开关电路的接线如图5所示，图中J为交流接触器的触点。其运行操作顺序说明如下：当投入电容器时，先由微电脑控制器发出信号给开关电路，使之在等电压时投入电容器，微电脑的控制器紧接着又发信号给接触器，使其触点也闭合，将晶闸管开关电路短路，由于接触器J闭合后的接触电阻远小于开关电路导通时的电阻，达到了节能和延长开关电路使用寿命的目的。当需要切除电容器时控制器先发信号给接触器，使接触器触点J断开，此时开关电路处于导通状态，并由开关电路在电流过零时，将电容器切除。本方案的优点是：运行功耗低、涌流小、谐波影响小，制造成本低，开关电路和接触器的使用寿命长。 45两相两管开关电路投切的三相形接线电容器组两相两管开关电路投切三相形接线电容器组的接线如图6所示。供电系统谐波治理技术讲座一、无源LC滤波器基本原理和结构LC滤波器仍是应用最多、最广的滤波器。1、常用的两种滤波器：调谐滤波器和高通滤波器。2、滤波器设计要求 1）使注入系统的谐波减小到国标允许的水平； 2）进行基波无功补偿，供给负荷所需的无功功率。 3、单调谐滤波器 由图主电路可求：调谐频率：调谐次数：在谐振点：zR 特征阻抗： 品质因数： q为设计滤波器的重要参数，典型值q=3060。4、高通滤波器用于吸收某一次数及其以上的各次谐波。如图所示。 复数阻抗：截止频率：结构参数： ，一般取m=0.52； q=0.7 1.4依据以上三式可设计高通滤波器的参数。二、滤波器设计内容和计算公式1、滤波器参数选择原则原则：最小投资；母线 THDU 和进入系统的谐波电流最小；满足无功补偿的要求；保证安全、可靠运行。 参数设计、选择前必须掌握的资料： 1）系统主接线和系统设备（变压器、电缆等）资料； 2）系统和负荷的性质、大小、阻抗特性等； 3）谐波源特性（谐波次数、含量、波动性能等）； 4）无功补偿要求；要达到的滤波指标； 5）滤波器主设备参数误差、过载能力、温度等要求。以上资料是滤波器参数选择、设计必要条件。案例设计问题：没有系统最终规模的谐波资料2、滤波器结构及接线方式选择由一组或数组单调谐滤波器组成，有时再加一组高通滤波器。工程接线可灵活多样，但推荐采用电抗器接电容低压侧的星形接线，主要优点是： 1）任一电容击穿短路电流小； 2）设备承受的仅为相电压； 3）便于分相调谐。高通滤波器多采用二阶减幅型结构（基波损耗小，频率特性好，结构简单）。经济原因高通滤波器多用于高压。1、滤波器参数选择原则原则：最小投资；母线 THDU 和进入系统的谐波电流最小；满足无功补偿的要求；保证安全、可靠运行。 参数设计、选择前必须掌握的资料： 1）系统主接线和系统设备（变压器、电缆等）资料； 2）系统和负荷的性质、大小、阻抗特性等； 3）谐波源特性（谐波次数、含量、波动性能等）； 4）无功补偿要求；要达到的滤波指标； 5）滤波器主设备参数误差、过载能力、温度等要求以上资料是滤波器参数选择、设计必要条件。本案例1段母线滤波器接线（图纸拷贝）。3、滤波器设计参数的分析处理参数设计必须应依据实测值或绝对可靠的谐波计算值，但根据具体情况可作一些近似处理： 1）母线短路容量较小或换算得到的系统电抗（包括变压器）XS较大时，可忽略系统等值电阻RS； 2）系统原有谐波水平应通过实测得到，在滤波器参数设计时，新老谐波电流源应一起考虑； 3）L、C制造、测量存在误差，以及f、T变化可能造成滤波器失谐，误差分析是参数设计必须考虑的问题； 4）参数设计涉及技术指标、安全指标和经济指标，往往需经多个方案比较后才能确定。4、滤波器方案与参数的分析计算1）确定滤波器方案 确定用几组单调谐滤波器，选高通滤波器截止频率，以及用什么方式满足无功补偿的要求。 例如：三相全波整流型谐波源，可设5、7、11次单调谐滤波器，高通滤波器截止频率选12次。无功补偿要求从容量需求平衡角度，通过计算综合确定。 2）滤波器基本参数的分析 电容器基本参数：额定电压UCN、额定容量QCN、基波容抗XC，而XC=3 U2CN/ QCN（这里QCN 是三相值）。 为保证电容器安全运行，电压应限制在一定范围内。3）滤波器参数的初步计算（按正常条件）设h次谐波电压含有率为HRUh，通过推导可得到： 其中，q 为滤波器的最佳品质因数。以上是从保证电容器电压要求初步选择的参数。但为保证电容器的安全运行还应满足过电流和容量平衡的要求，公式如下： 4）滤波器参数的初步计算串联电抗器参数以上为单调谐滤波器参数的初步选择。5）滤波器参数的最后确定滤波器最终参数需通过大量、多次频率特性仿真计算结果确定；并根据要求指标进行校验。 为保证安全运行，还要选断路器、避雷器、保护等。 自动调谐滤波器（改变电感 L）能提高滤波效果。但由于技术经济的原因，目前应用不普遍。5、滤波器参数指标的校验1）电压平衡 ：校验支路滤波电容器的额定电压2）电流平衡：校验滤波电容器的过电流水平 ，IEC为1.45倍。3）容量平衡：QCN= QC1（基波容量）+Q h (谐波容量)；对滤波支路仅考虑I1 和Ih 通过时，近似有：6、其它分析、计算工作1）滤波支路等值频偏（总失谐度）的计算2）滤波支路品质因数q值的计算其中，s为滤波器接点看进去的系统等值阻抗角。3）滤波器性能和二次保护等分析计算滤波器设计的技术性很强，需有专门的程序。除参数计算外，要能对滤波器的谐波阻抗、综合阻抗、谐波放大、局部谐振（串、并联）等滤波性能进行分析。三、案例滤波器设计方法介绍1、案例简介2、谐波数据合成 中频炉属交直交供电，换流脉动数为6，特征谐波值为6K1次谐波。非对称触发等原因，存在非特征谐波。 福建中试测试：线2、线4和中频炉馈线；各谐波电压畸变率全部超标，5、11、13及以上谐波电流超标。 非在电网最小方式、钢厂非满负荷下的测试，测试结果偏小；及今后8台炉投运超标肯定更大。 设计问题：没有单台电炉谐波测试数据，没有新供电方案下负荷同时运行测试数据，需根据经验及现有供电方案谐波测试数据进行分析获取设计数据。 按电炉变80负荷率合成各母线谐波电流。 3、基波无功容量计算 按母线电炉全部运行功率因数大于0.9，单炉运行功率因数应小于1，治理前平均功率因数取0.85条件，通过程序计算各段母线的三相基波补偿容量： 10KV I段：Q=3.8MVAR 10KV II段：Q=2.65MVAR 605频炉线： Q=1.9MVAR 4、考核标准计算和滤波器配置选择 根据各母线的短路容量，计算各段母线电炉运行过程中的谐波考核标准；以及对比合成的谐波电流水平，选择、配置各段母线的滤波器。 总电压畸变率国标规定的限值各级电网谐波电压限值（%）电压（KV）THD奇次偶次0.385.4.02.06.10.43.21.635.6632.41.211021.60.0允许注入电网的各次谐波电流国标规定限值（部分）短路容量不同时的换算公式：根据短路容量换算案例的各母线谐波电流允许值。标称电压（KV）基准短路容量（MVA）234567891011010.0100.00.260020.0013.0020.0008.5015.0006.4006.8005.1009.3（I）010.0116.0025.0016.5012.5016.9008.2013.3006.1006.5004.9008.7(II)010.0116.0019.1010.1009.5010.8006.2009.0004.7005.0003.7006.5(605)010.0080.0011.1005.1005.6005.6003.6004.9002.7002.9002.2003.7标称电压（KV）基准短路容量（MVA）12131415161718192021010.0100.0004.3007.9003.7004.1003.2006.0002.8005.4002.6002.9（I）010.0116.0004.1007.5003.6003.9003.1005.8002.7005.2002.5002.8(II)010.0116.0003.2005.7002.7003.0002.3004.4002.1004.0001.9002.1(605)010.0080.0001.8003.3001.6001.8001.4002.6001.2002.3001.1001.2标称电压（KV）基准短路容量（MVA）2223232425010.0100.0002.3.004.5.004.5002.1004.1（I）010.0116.0002.2004.3004.3002.0003.9(II)010.0116.0001.7003.3003.3001.5003.0(605)010.0080.0001.0001.9001.9000.9001.8与合成的案例谐波比较：各母线谐波电流均超标，由于装置的非同时触发，存在非特征谐波超标的现象。因此只能对主要的频谱进行设置滤波器；由于电炉运行方式大幅度变化，特别是10KV I段负荷变化较大，受基波无功补偿容量限制，参数设计存在难度及影响其滤波效果。 综合考虑：各母线配置5、7、11、13次滤波器。 5、滤波器参数设计（以10KV I段为例） 由于中频炉谐波为连续频谱谐波，以及基波补偿电容器的限制，滤波器参数设计很难满足要求，经几十次分析、比较，确定的案例最终单相参数如下：H5H7H11H13合计电容器（F）27.5159220.777333522.98421三相电容器安装容量（kvar）