电能质量问题解决方案用户使用手册(doc 41页).doc

目录 前前 言言 1 第一章第一章 电能质量问题专家解决方案电能质量问题专家解决方案 4 1 1 钢铁冶金行业 4 1 2 电气化铁道及城市轨道交通行业 7 1 3 供热行业 8 1 4 制药行业 8 1 5 矿业行业 9 1 6 电力系统行业 10 1 7 有色金属行业 11 1 8 硅材料加工行业 12 1 9 石化行业 14 1 10 烟草行业 15 1 11 水泥行业 15 1 12 水处理行业 16 1 13 纺织行业 16 1 14 汽车及船舶制造行业 17 1 15 通信行业 18 1 16 医院 剧场 体育馆配电系统 19 第二章第二章 TSVCTSVC 高压静止型动态无功补偿器高压静止型动态无功补偿器 20 2 1 产品介绍 20 2 2 基本原理 20 2 3 系统组成 21 2 4 技术参数 21 2 5 技术优势 22 2 6 选型说明 23 2 7 应用领域 23 2 8 应用案例 23 第三章第三章 TAPFTAPF 低压有源电力滤波器低压有源电力滤波器 26 3 1 产品介绍 26 3 2 基本原理 26 3 3 系统组成 26 3 4 技术参数 28 3 5 技术优势 28 3 6 选型说明 29 3 7 应用领域 30 3 8 应用案例 30 第四章第四章 TPPFTPPF 无源电力滤波器无源电力滤波器 31 4 1 产品介绍 31 4 2 基本原理 31 4 3 技术参数 32 4 4 系统组成 32 4 5 技术优势 33 4 6 选型说明 33 4 7 应用领域 33 第五章第五章 TPVCTPVC 高压并联无功补偿器高压并联无功补偿器 34 5 1 产品介绍 34 5 2 基本原理 34 5 3 系统组成 34 5 4 技术参数 35 5 5 技术优势 35 5 6 选型说明 35 5 7 应用领域 35 第六章第六章 订货须知订货须知 36 附录一附录一 针对电能质量问题的政策法规针对电能质量问题的政策法规 37 附录二附录二 南京钛能电气有限公司供电自动化解决方案产品目录南京钛能电气有限公司供电自动化解决方案产品目录 38 前 言 公司简介 南京钛能电气有限公司是集电能质量问题综合治理及电气自动化领域的科研开发 生产和服务 于一体的江苏省高新技术企业 软件企业 公司凝聚了一批多年从事电力自动化专业的技术和管理人才 所研制的设备有数万套已投入运 行 最长连续安全可靠运行时间已超过十年 产品广泛应用于电力 水利 铁路交通 石油化工 煤炭矿山 冶金钢铁等行业 公司于 2005 年通过 ISO9001 2000 质量管理体系认证 2008 年通过复评换证审核 公司锐意进取 开拓创新 与清华大学 华中科技大学等科研机构保持长期密切合作 以先进 的技术和优质的产品 致力于中国的电网纯净和电气自动化工程 为各工矿企业和电力部门的节能 降耗和安全生产做出贡献 电能质量问题解决方案研究背景 随着现代工业的发展 电力负荷出现了很多新的种类和特点 一方面 电力系统中出现了很多 诸如电力机车 电弧炉 轧钢机等大容量的非线性和冲击性负荷 这些负荷的存在严重恶化了电力 系统的运行条件 导致了诸如功率因数低下 电压波动和闪变 三相不平衡 电力谐波问题 面临 来自电力公司日益严厉的惩罚制度 另一方面 以精密机械加工 工业过程自动化 数据信息处理 设备等为代表的新型工业负荷在电力负荷中的比重越来越大 因恶劣的电能质量导致的生产经营损 失越来越严重 表 1 列举了各种类型的电能质量问题以及产生的原因和具体的危害 解决日益严重的电能质量问题已成为电力电子技术 电气自动化技术和电力系统领域所面临的 重大课题之一 受到越来越多的关注 南京钛能电气有限公司一直致力于电能质量整体解决方案的 研究 公司依托清华大学在柔性交流输电系统 FACTS 方面的雄厚技术优势 形成了具有自主知 识产权的先进核心技术 并建立了科学的 完善的现代管理体制 我公司根据用户实际需要 制定 最具性价比的解决方案 帮助用户解决现存的电能质量问题 在节能降耗提高生产效率的同时 为 用户创造显著的经济和社会效益 目前 我公司所提供的解决方案涵盖了从 0 4kV 35kV 之间的所 有电压等级 表 2 列举了电能质量谐波治理和无功补偿方面的主要产品概况 各产品的详细介绍可 参考本书第 2 5 章内容 表 1 电能质量问题及其主要影响 影响类型影响类型特征指标特征指标产生原因产生原因导致后果导致后果 无功功率功率因数 电机类感性负 载 非线性负载 1 增加了无功和有功损耗 2 来自供电部门的高额罚款 功率因数调 整电费 加大了企业的生产成本 谐波 间谐波 谐波频谱 电压电流畸 变率 非线性负载 固态开关负载 1 引发局部串并联谐振 使供电中断 电 网解裂等 2 电容器经常损坏 加速设备绝缘老化 3 断路器灭弧时间延长 影响开断容量 4 变压器 电动机 电力电缆严重发热 5 造成继电保护和自动控制装置误动作 干扰电子仪表计量和通信质量 三相不对称不平衡因子 三相负荷分布 不均匀 1 三相电压不对称 2 影响变换器及其控制系统正常工作产生 某些附加的非特征谐波 3 造成旋转电机受到负序磁场作用产生附 加振动发热 4 负序电流和负序电压会造成继电保护装 置误动或拒动 电压波动和 闪变 波动幅值 出现频率 电弧炉 电机 类负载启动 1 功率因数很低 2 造成电机负荷转矩变化 影响自动化生 产线正常工作 3 产生高次谐波 导致电压畸变 陷波 持续时间 幅值 调速驱动器 1 计时器计时错误 2 通信干扰 谐振暂态 波形 峰值 持续时间 线路 负载 电容器组的投 切 破坏设备绝缘 损坏电力电子设备 脉冲暂态 上升时间 峰值 持续时间 闪电点击线路 感性电路开合 破坏设备绝缘 瞬态电压上 升或下降 幅值 持续 时间 波形 远端发生故障 电机启动 敏感负载不能正常运行 表 2 南京钛能电气有限公司电能质量治理产品 产品名称产品名称电压等级电压等级主要功能主要功能适用场合适用场合典型负载典型负载 TSVC 静止型 动态无功补 偿器 6 35kV 1 动态补偿无功 2 抑制主要次数谐 波 3 抑制电压闪变和 波动 4 动态抑制三相不 平衡 5 实时监测系统电 能质量 6 完善的后台系统 适用于冲击性负 荷 无功波动大 功率因数低 电 压波动和闪变频 繁 谐波污染严 重的场合 电弧炉 轧机 电 力机车 提升机等 TAPF 有源滤 波器 0 4 0 69 kV 1 动态补偿无功 2 动态抑制系统所 有谐波 3 抑制电压闪变和 波动 4 动态抑制三相不 平衡 5 抑制中性线电流 6 抑制系统谐振 7 实时监测系统电 能质量 适用于负荷变化 快 谐波含量高 且频谱范围宽 电容器无法正常 投切 功率因数 低的场合 变频器 大容量 UPS 中频炉 铸锭 炉 焊机 可控硅 调光系统 大型直 流电机 电梯 变 频空调 精密仪器 和敏感设备等 TPPF 无源滤 波器 0 4 35kV 1 手动 自动补偿 无功 2 抑制主要次数谐 波 3 抑制电压闪变和 波动 4 抑制三相不平衡 适用于负荷变化 较慢 某一次或 几次谐波超标 功率因数低的场 合 整流器 单晶炉 真空炉等 TPVC 并联无 功补偿器 6 35kV 1 手动 自动补偿 无功 2 抑制电压闪变和 波动 适用于负荷变化 较慢 功率因数 低 谐波含量小 的场合 不需要经常调速的 电动机负载如循环 水泵 风机 空压 机等 第一章第一章 电能质量问题专家解决方案电能质量问题专家解决方案 1 11 1 钢铁冶金行业钢铁冶金行业 钢铁行业中广泛运用了各类交直交型 交交变频的轧机 各类辊类负载 电弧炉 转炉 中频 炉 矿热炉 压焊机 钢水运送车等设备 它们对电能质量影响很大 下文列举其中具有代表性的 几种负载作详细电气特性说明 提供的电能质量解决方案供用户参考 电弧炉电弧炉 负荷特性负荷特性 电压波动和闪变 冶炼初期 电极与炉料之间的电弧极不稳定 时起时灭 导致供电系统交替 工作在开路和带载状态 电流时断时续 冶炼后期 由于下方炉料的熔化 造成上层炉料的坍塌 极易导致电极间的突发短路 电流时大时小 据统计 电炉电流的变化范围可达电炉变压器额定电 流的 0 300 而频率范围则在 0 1Hz 30Hz 之间 功率因数低下 为了抑制电压波动和闪变 电炉变压器的短路阻抗甚至高达 30 40 或者与串联电抗器配合使用 因此 电弧炉负荷属于典型的高感负荷 供电系统的功率因 数非常低下 典型值为 0 7 0 8 极限情况甚至达到 0 1 为此 企业不仅需要面对来自 电炉部门高额的罚款 而且导致冶炼期延长 生产效率降低 有功损耗增加 三相不平衡 在熔化期 电弧炉的三相电弧各自无规则变化 导致三相电流极不对称 据 统计 电炉负荷产生的负序电流正常情况下可达电炉变压器额定电流的 25 一相断弧时 可达 56 两相短路并出现第三相断弧时可达 86 高次谐波 电弧炉负荷的伏安特性呈现明显的非线性关系 会向电网注入大量的谐波电流 造成谐波污染 据统计 电弧炉的谐波电流成分要为 2 7 次 其中 2 3 次最大 其平均 值可达基波分量的 5 10 推荐方案 推荐方案 TSVCTSVC 静止型动态无功补偿器静止型动态无功补偿器 根据实测或者估算的补偿容量选择 TSVC 静止型动态无功补偿器 技术介绍详见本说明书第二 章 滤波通道一般配置 2 次 3 次 4 次和 5 次 如下图所示 用户收益用户收益 降低网络损耗 减少来自电力部门的罚款 抑制电压波动和闪变 降低谐波注入水平 降低负序电流注入水平 稳定电压 缩短冶炼时间 提高生产效率 平衡电弧电流 消除三相不平衡 延长冶炼电极的使用寿命 降低能源损耗和成本 减少原材料的消耗 轧机轧机 负荷特性负荷特性 典型的时变负载 有功和无功功率波动大 容易导致电压波动和闪变 传动装置的变频器产生大量谐波 如不进行治理 将流入系统中去 造成变压器 电机 电缆发热 振动 降低使用寿命 功率因数低下 推荐方案 推荐方案 TSVCTSVC 静止型动态无功补偿器静止型动态无功补偿器 根据实测或者估算的补偿容量选择 TSVC 静止型动态无功补偿器 滤波通道一般配置 3 次 5 次 7 次和 11 次 如下图所示 用户收益用户收益 稳定电压水平 改善设备的运行条件 提高功率因数 降低网络损耗 免受电力部门的罚款 降低能耗 提高设备利用率 消除谐波注入现象 减少设备损耗 防止系统谐振 矿热炉矿热炉 负荷特性负荷特性 矿热炉主要指硅铁炉 黄磷炉 电石炉 铁合金炉等主要以电阻方式加热的冶炼炉 是一种耗 电量巨大的工业电炉 功率因数低下 大多数矿热炉的自然功率因数都在 0 7 0 8 之间 较低的功率因数不仅 使变压器的效率下降 消耗大量的无用功 且被电力部门加收高额电力罚款 三相不平衡 由于电极的人工控制以及堆料的工艺 导致三相间的电力不平衡加大 最高 不平衡度可以达到 20 以上 冶炼效率的低下 谐波含量较小 一般不超过 10 负荷波动较小 推荐方案推荐方案 TPVCTPVC 高压并联无功补偿高压并联无功补偿 为了解决矿热炉功率因数低下的问题 推荐采用 TPVC 高压并联无功补偿的方式来解决 通常 是在高压端进行无功补偿 该装置接于炉变压器的高压端或高压母线侧 在补偿无功的同时还具有滤除部分谐波的功能 不但能够满足无功补偿的需要 经过滤波 注入电网的谐波也能达到标准 该装置安装无需长时间 停产 适用已安装生产中的矿热炉的无功补偿 可杜绝因为功率因数低而被加收的电费力率调整费 用户收益用户收益 提高功率因数 降低电网不平衡 降低电耗 5 20 提高产量 5 10 1 21 2 电气化铁道及城市轨道交通行业电气化铁道及城市轨道交通行业 电力牵引负荷电力牵引负荷 电力牵引负荷的电气特性电力牵引负荷的电气特性 电压波动和闪变 对特定的牵引变电站来说 仅当机车通过时属于带载运行 其余时段则 相当于空载 因此 机车牵引负荷属于大容量冲击性负荷 对于特定的机车来说 其负荷 呈现明显的时变特性 负荷大小与机车的载重量 线路坡度 牵引或再生制动的运行方式 密切相关 负荷的大幅度变化导致牵引变电站母线出现剧烈的电压波动和闪变 谐波问题严重 电力机车通常采用单相整流供电方式 负荷电流中的谐波含量非常丰富 包括全部的奇次谐波 因此牵引变电站大都需要装设滤波器 功率因数低下 电力机车属于典型的感性无功负载 起动和制动时消耗的无功功率较大 同时 变电站空载时会出现 无功反送 现象 由于电力部门对无功计量普遍采用 反送 正计 的政策 据统计 牵引变电站的月平均功率因数一般在 0 6 0 8 左右 每年需要面 临来自电力部门的巨额罚款 三相不平衡 电气化铁路属于典型的单相负荷 负序问题严重是牵引负荷的一个典型电气 特征 推荐方案 推荐方案 TSVCTSVC 静止型动态无功补偿器静止型动态无功补偿器 根据实际测算或者估算的补偿容量 选择相应的 TSVC 静止型动态无功补偿器 滤波通道一般 配置 3 次 5 次 7 次和 11 次 如下图所示 用户收益用户收益 抑制电压波动和闪变 提高功率因数 降低网络损耗 实时跟踪无功变化 避免无功倒送 实现平衡化补偿 消除三相不平衡 响应速度快 能够消除谐波注入及变化 1 31 3 供热行业供热行业 负荷分析负荷分析 主要是采用变频传动的锅炉 运行时产生大量的谐波 推荐方案 推荐方案 TPPF 无源滤波器无源滤波器 TAPF 有源滤波器集中滤波方案有源滤波器集中滤波方案 在低压系统 配置无源滤波器补偿低次谐波和无功功率 配置动态有源滤波器集中补偿高次谐 波 以达到最佳的治理效果 用户收益用户收益 有效提升功率因数 避免罚款 降耗节能 降低生产成本 彻底滤除谐波 提高电机的运行效率 消除系统谐振隐患 保证供电系统的安全性和可靠性 1 41 4 制药行业制药行业 负荷分析负荷分析 主要是空压机 泵类负载 负荷波动不大 但功率因数较低 一般只有 0 8 左右 谐波含量较 小 推荐方案 推荐方案 TPVC 高压并联无功补偿器高压并联无功补偿器 在高压侧作无功集中补偿 用户收益用户收益 提高功率因数 避免电力罚款 降耗节能 降低生产成本 1 51 5 矿业行业矿业行业 本行业中 广泛使用矿井提升机 各类粉碎机 破碎机 球磨机 电铲类负载等 提升机提升机 负荷特性负荷特性 典型的时变负载 有功和无功功率波动大 容易导致电压波动和闪变 传动装置的变频器产生大量谐波 功率因数低下 推荐方案 推荐方案 TSVCTSVC 静止型动态无功补偿器静止型动态无功补偿器 根据实测或者估算的补偿容量选择相应的 TSVC 静止型动态无功补偿器 滤波通道一般配置 3 次 5 次 7 次和 11 次 如下图所示 用户收益用户收益 提高电压质量 电压质量的好坏直接关系电气设备的安全运行 提升机直流系统向电网注 入谐波电流 使电压正弦波形发生畸变 并引起晶闸管电路触发不同步 电动机力矩不稳 电网 谐振等事故 提升机等大功率负载频繁起动 无功冲击导致电网电压产生波动 对井上下电 器设备产生干扰 减少损耗 提高主变压器利用率 在未投动补滤波装置时 电网自然功率因数很低 负载 所需的有功功率和无功功率均由电网提供 使变压器和电网线路的损耗增加 同时带负荷 能力降低 投入动补滤波装置后 电网和主变压器仅传输有功功率 可提高效率 减少损 耗 调控运行 防止过补 以往在煤矿地面变电所设计中 通常在 6 10kV 母线并接电容器组 对电网进行固定式补偿 由于提升机为短时循环工作制的负载 一个提升机循环分为加速 等速 减速和休止几个工作状态 各阶段所需功率均不同 而电容器组只能输出恒定无功 功率 造成有时无功不够 有时过补现象 采用 TCR 动态补偿 可根据负载无功的变化 进行动态补偿 使电网始终处于最佳状态 1 61 6 电力系统行业电力系统行业 远距离电力传输远距离电力传输 全球电力目前正在趋向长距离输电 同时带来的问题是高能量损耗 推荐方案 推荐方案 TSVCTSVC 静止型动态无功补偿器静止型动态无功补偿器 TSVC 应用于远距离输电 可以明显提高电力系统输配电性能 这已在世界范围内得到了广泛 的证明 即当在不同的电网条件下 为保持一个平衡的电压时 可在电网的一处或多处适合的位置 上安装 TSVC 静止型动态无功补偿器 用户收益用户收益 稳定弱系统电压 减少传输损耗 增加传输能力 使现有电网发挥最大效率 提高瞬变稳态极限 增加小干扰下的阻尼 增强电压控制及稳定性 缓冲功率振荡 变电站变电站 在区域电网中 一般采用分级投切电容器组的方式来补偿系统无功 改善功率因数 这种方式 只能向系统提供容性无功 并且不能随负载的变化而实现快速精确调节 在保障母线功率因数的同 时 容易造成向系统倒送无功 抬高母线电压 危害用电设备及系统稳定性 推荐方案 推荐方案 TSVCTSVC 静止型动态无功补偿器静止型动态无功补偿器 TSVC 静止型动态无功补偿器可以快速精确地进行容性及感性无功补偿 在稳定母线电压 提 高功率因数的同时 彻底地解决了无功倒送问题 并且 安装新的 TSVC 时 可以充分利用原有的 固定电容器组 只需增加晶闸管相控电抗器 TCR 部分即可 用最少的投资取得最佳的效果 成为 改善区域电网供电质量的最有效方法 1 71 7 有色金属行业有色金属行业 有色金属提炼和化工行业都要使用电解这一工艺 因而离不开大功率的整流装置 大功率整流器大功率整流器 负荷特性负荷特性 负荷波动较小 对大功率三相全控桥 6 脉整流装置来说 由整流装 置产生的谐波占基波的 25 33 产生的特征谐波 为 6N 1 次 即在网侧的特征次数为 5 7 11 13 17 19 23 25 次等 以 5 7 次谐波分量最大 依次递减 整流变压器组带移相 绕组并联运行可组成 12 脉波 网侧特征次数为 11 次 13 次 23 次 25 次等 以 11 次 13 次最 大 谐波对整流器的影响 整流变压器绕组在谐波作用下损耗和发热增加 整流器在运行中自 身是谐波源 但同时其触发控制系统又受到电压谐波的影响 整流器的换相过程会使电压 出现 缺口 影响电压过零点的检测 影响控制触发的同步 谐波使绝缘加速老化 增加电缆发生故障的概率 对重合闸影响 高次谐波使电弧熄灭时间明显延迟 导致单相重合闸失败或者对单相重合 闸采用较长的无电时间 对系统运行的稳定性不利 功率因数低下 推荐方案 推荐方案 TPPF 无源滤波器无源滤波器 一般来说 在系统较大的电网 采用 TPPF 无源滤波装置即可滤除其特征谐波 满足治理的目 标 如果电网系统小 谐波治理的目标要求高 除安装大容量无源滤波装置外 可以混合使用小容 量的有源滤波器 TAPF 以达到电能质量治理的较高要求 对于不同接线方式的整流装置系统 我 们的专业滤波补偿装置有不同的针对性设计 经过现场的测试 可为用户 量身定做 采取最符 合现场实际的治理方案 用户收益用户收益 提高功率因数 避免电力罚款 减小生产成本 降耗节能 降低生产成本 减小谐波对整流变的影响 保障供电的可靠性和安全性 减小谐波对工艺过程控制系统的影响 保障用户产品的质量 1 81 8 硅材料加工行业硅材料加工行业 近年来 各种晶体材料特别是以单晶硅 铸锭硅 高纯硅为代表的高科技附加值材料及其相关高技术产业 的发展 成为当代信息技术产业的支柱 并使信息产业 成为全球经济发展中增长最快的先导产业 常用的负载 炉型有 单晶炉 真空炉 多晶炉 中频炉等 其生产 工艺通常分为熔融加热和直流加热 熔融加热多采用中 频加热炉 直拉式单晶多采用直流加热炉 但不论是中 频炉还是单晶炉均采用半导体可控整流方式 会产生非 常大的电流谐波 对电网造成谐波污染 使得精密仪器 精度失准甚至误动作 破坏了系统的无功补偿 造成系 统供电损耗的增加及损坏补偿电容器等 对于单晶硅复杂的生产过程以及后期的精密加工流程都造 成非常大的影响 因此电网的品质间接决定着成品材料的品质 几乎所有的单晶硅制造生产线都面 临谐波问题 铸锭炉铸锭炉 负荷特性负荷特性 负载谐波含量大 总失真度高达 30 但主要集中在 5 7 11 13 17 19 次 其中又 以 5 7 11 次最为严重 属于波动性负载 波动迅速频繁 运用传统的无源滤波器根本满足不了快速跟踪的要求 功率因数较低 一般 0 8 左右 推荐方案 推荐方案 TPPF 无源滤波器无源滤波器 TAPF 有源滤波器集中滤波方案有源滤波器集中滤波方案 采用混合并联型动态滤波补偿方案 TPPF 无源滤波器补偿低次次谐波和无功 剩下的高次谐 波由 TAPF 有源电力滤波器来承担 将会收到良好的效果 用户收益用户收益 提高功率因数 避免电力罚款 减小生产成本 降耗节能 降低生产成本 消除系统谐振隐患 保障供电系统的安全性和可靠性 稳定系统电压 提高供电质量 提高生产效率 减小谐波对变压器的影响 保障供电的可靠性和安全性 减小谐波对工艺过程控制系统的影响 保障用户产品的高质量 中频炉中频炉 负荷特性负荷特性 负载谐波含量大 总失真度最高达到了 30 以上 基本上属于稳定负载 仅在出炉 升温时会有波动 谐波主要集中在 5 7 11 13 17 19 23 次 其中又以 5 7 11 次最为严重 中频炉一般运行在 1KHz 2KHz 因此谐波的频谱范围很宽 不仅存在大量低次谐波 如 5 7 11 次等 大于 25 次的高次谐波也大量存在 具体表现在系统电压上含有大量毛刺 功率因数非常低 一般在 0 7 左右 面临高额无功罚款 中频电源的前级整流电路在换流时刻会产生很大的电压缺口 失真度严重超标 供电电源 质量很差 推荐方案 推荐方案 TPPF 无源滤波器无源滤波器 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 在有特殊要求的场合下 采 用混合并联型动态滤波补偿方案 TPPF 无源滤波器补偿低次次谐波和无功 剩下的高次谐波由 TAPF 有源滤波器来承担 将会收到良好的效果 用户收益用户收益 提高功率因数 避免电力罚款 降耗节能 降低生产成本 消除系统谐振隐患 保障供电系统的安全性和可靠性 稳定系统电压 缩短冶炼时间 提高生产效率 减小谐波对中频电源和变压器的影响 保障供电的可靠性和安全性 减小谐波对工艺过程控制系统 计量仪表的影响 保障用户产品的质量 1 91 9 石化行业石化行业 负荷分析负荷分析 石化行业常采用中低压变频与调速的钻机 潜油泵 风机等炼制环节的蒸馏 裂解 催化 加氢 糠醛等生产线 变频器与 UPS 聚酯 切片类负载 焦化翻斗车等设备 石化企业低压配电系统主要谐波源有 机 泵的变频调速装置 不间断电源装置 变电所 用直流电源成套设备 电动机的软起动设备 新型照明灯具 节能灯 采用电子镇流器的日 光灯 用于对一级负荷中特别重要的负荷供电 这些负荷包括 工艺过程控制 DCS 系统 配电系统的微机监控系统 火灾报警系统以及工厂智能 化信息管理系统等 目前存在的主要问题是 1 低压运行功率因数偏低 无功功率消耗较大 需要投入电容补偿 但谐波污染导致电容器投入运行时引起谐振从而造成电容器数倍于自身额定容量的过载损坏 影响 到系统的正常运行 因而现行的补偿方法为高压集中补偿 以满足供电部门所要求的功率因数指标 2 大量谐波串入高压侧将导致其他重要的负荷如 DCS 系统 监控系统等出现异常 影响正常生产 生活 推荐方案 推荐方案 TPPF 无源滤波器无源滤波器 TAPF 有源滤波器集中滤波方案有源滤波器集中滤波方案 针对所有低压系统 配置带有滤波功能的电容补偿装置 以吸收系统中主要的谐波分量 在污 染严重的低压系统 配置不同滤波系数的组合无源滤波器 在重点负荷 配置动态有源滤波器 以 达到最佳的治理效果 用户收益用户收益 消除系统谐波影响 降耗节能 降低生产成本 提高功率因数 避免无功罚款 增加电容器使用寿命 可以减少变压器 电缆 电机的发热 增加其使用寿命 延长设备运行的平均无故障时间 降低维护 维修及更换设备的费用 消除系统谐振隐患 保障供电系统的安全性和可靠性 稳定电压 减小谐波对工艺过程控制系统的干扰 保障重要敏感设备安全稳定运行 1 101 10 烟草行业烟草行业 负荷分析负荷分析 卷烟厂的负荷种类多 包括 生产设备 制丝生产线 卷机包生产线 装封箱等生产线上的生产设备 这些生产设备均为变 频驱动设备 谐波污染严重 动力中心负载 包括风机 水泵等 有大量的变频设备 谐波污染严重 谐波对自动化生产设备的影响不容忽视 由于负序谐波的存在使电机的效率降低 并会造成严 重的电能浪费 推荐方案 推荐方案 TPPF 无源滤波器无源滤波器 TAPF 有源滤波器集中滤波方案有源滤波器集中滤波方案 针对所有低压系统 配置带有滤波功能的电容补偿装置 以吸收系统中主要的谐波分量 在污 染严重的低压系统 配置不同滤波系数的组合无源滤波器 在重点负荷 配置动态有源滤波器 以 达到最佳的治理效果 用户收益用户收益 有效提升功率因数 避免罚款 降耗节能 降低生产成本 滤除谐波 保障自动化生产设备的安全可靠运行 提高电机的运行效率 消除系统谐振隐患 保证供电系统的安全性和可靠性 可以减少变压器 电缆 电机的发热 增加其使用寿命 延长设备运行的平均无故障时间 降低维护 维修及更换设备的费用 1 111 11 水泥行业水泥行业 负荷分析负荷分析 水泥企业是一种高耗电企业 其用电成本约占水泥总成本的三分之一 其中电动机的耗能占总 负荷 90 以上 电动机节能至关重要 目前小功率通用型变频器在国内水泥厂已普遍应用 大功率 高压的泵类和风机负载也开始采用了大功率高压变频器 与此同时 变频器的大量使用也带来了严 重的谐波问题 治理好谐波问题 有利于提高供电系统的安全性和可靠性 有利于降低整个配电系 统的电力损耗 推荐方案 推荐方案 TPPF 无源滤波器集中滤波方案无源滤波器集中滤波方案 在高压或低压系统 配置不同滤波系数的组合无源滤波器 根据投资情况在谐波污染严重的场 合下配置动态有源滤波器集中补偿 以达到最佳的治理效果 用户收益用户收益 有效提升功率因数 避免罚款 降耗节能 降低生产成本 彻底滤除谐波 保障自动化生产设备的安全可靠运行 提高电机的运行效率 1 121 12 水处理行业水处理行业 负荷分析负荷分析 我国污水处理厂的能耗问题十分突出 节能潜力巨大 消耗的能源主要包括电 燃料等 其中 电耗占总能耗的 60 90 以泵 风机为主要负载 电机节能技术是在污水处理系统中占据重要 地位 变频调速技术以改变交流电动机的电源频率来改变交流电动机的速度 是一种较为理想的高 效调速装置和节能装置 但大量使用变频器同时也产生了谐波问题 增加了谐波附加损耗 引起变压器 电动机振动 发热等问题 导致使用寿命大大缩短 无功补偿电容器不能正常投切 功率因数低 面临电力部门罚款 推荐方案 推荐方案 TPPF 无源滤波器无源滤波器 TAPF 有源滤波器集中滤波方案有源滤波器集中滤波方案 在低压系统 配置无源滤波器补偿低次谐波和无功功率 配置动态有源滤波器集中补偿高次谐 波 以达到最佳的治理效果 用户收益用户收益 有效提升功率因数 避免罚款 降耗节能 降低生产成本 彻底滤除谐波 保障自动化生产设备的安全可靠运行 提高电机的运行效率 消除系统谐振隐患 保证供电系统的安全性和可靠性 1 131 13 纺织行业纺织行业 负荷分析负荷分析 包括纺织 粘胶纤维等行业的纺绽电机 变频传动控制的电机 各类纺丝机 拉丝机负载 推荐方案 推荐方案 TPPF 无源滤波器无源滤波器 TAPF 有源滤波器集中滤波方案有源滤波器集中滤波方案 在低压系统 配置无源滤波器补偿低次谐波和无功功率 配置动态有源滤波器集中补偿高次谐 波 以达到最佳的治理效果 用户收益用户收益 有效提升功率因数 避免罚款 降耗节能 降低生产成本 降低电力运行成本 从而降低生产成本 彻底滤除谐波 保障自动化生产设备的安全可靠运行 提高电机的运行效率 消除系统谐振隐患 保证供电系统的安全性和可靠性 1 141 14 汽车及船舶制造行业汽车及船舶制造行业 焊机是汽车及船舶制造行业中必不可少的设备 由于 焊机工作具有随机性 快速性以及冲击性的特点 使得大 量应用焊机的汽车制造行业的电能质量问题及其严重 实 践和分析都表明 焊机带来的不仅是谐波问题 还会引起 无功冲击引起闪变 电压跌落 在许多汽车制造企业 都 面临着焊接质量不稳定 自动化程度更高的焊接机器人由 于电压不稳而不能工作 无功补偿系统不能正常投切 功 率因数不达标面临罚款等等问题 汽车涂装车间 自动化 程度比较高的生产车间 谐波对自动化生产线也会产生影 响 负荷及系统分析负荷及系统分析 车身车间大量使用电焊机 激光焊机和大容量感性负荷 以电动机为主 等非线性负荷 导致 了该车间所有变压器负荷电流都存在严重的谐波电流 谐波电流以 3 5 7 9 11 次为主 400V 低压母线的电压总畸变率达到 5 以上 电流总畸变率 THD 达到了 40 左右 造成 400V 低压供 配电系统电压总谐波畸变率严重超标 并导致了用电设备和变压器存在严重的谐波功率损耗 同时 该车间所有变压器负荷电流都存在严重的无功功率需求 部分变压器平均功率因数仅为 0 6 左右 存在严重的功率损耗问题 并导致变压器输出有功容量严重不足 由于存在大量的谐波电流和大量的无功功率需求 导致主变压器发热严重 配电系统存在如下 方面电能质量问题 无功功率缺额较大 谐波电流严重 电能损耗大 推荐方案 推荐方案 TPVC 并联无功补偿并联无功补偿 TAPF 有源滤波器集中滤波补偿方案有源滤波器集中滤波补偿方案 选用并联无功补偿 提升功率因数 有源滤波器部分容量分相动态补偿无功功率 有源滤波器部分容量用来滤除谐波 说明 无功补偿的方案设计 可以根据有源部分与无源部分的容量分配 灵活配置 如果有源 部分双向补偿的无功容量足够调节动态变化的无功功率 可以考虑采用 TPVC 并联无功补偿 用户收益用户收益 功率因数有效提升 避免罚款 降耗节能 降低生产成本 滤除系统谐波 降低谐波对系统造成的危害 延长设备使用寿命 电能质量提高 汽车生产设备的安全稳定可靠 消除系统谐振隐患 保证供电系统的安全性和可靠性 避免谐波和无功冲击对电网的影响 1 151 15 通信行业通信行业 负荷分析负荷分析 电信建筑中通信设备 数据机房设备 专用机房空调设备对供电连续性要求非常高 对电压波 动非常敏感 各种电磁干扰会数据交换设备造成影响 电信建筑中存在大容量的谐波源负载 大部分为单相非线性负荷 包括 UPS 电源 单机容量大 大部分为 6 脉波的 UPS 不间断电源设备 3 5 7 次等 开关电源 主要用于计算机等办公设备供电电源 数量多 3 5 7 次等 变频空调 电梯 水泵等 大量使用 变频驱动设备为主要谐波源 5 7 次等 推荐方案 推荐方案 TPVC 并联无功补偿并联无功补偿 TAPF 有源滤波器集中滤波补偿方案有源滤波器集中滤波补偿方案 选用并联无功补偿 提升功率因数 由于系统中有大量的 3 次谐波 所以并联无功补偿 TPVC 的电抗系数建议选择 14 是安 全补偿回路在基波频率下呈容性 补偿基波无功功率 3 次以上谐波频率下呈感性 有效 抑制 3 次谐波谐振 保护电容器 有源滤波器就地滤波 就地滤波是有源滤波器最有效的滤波方式 可以有效治理谐波 每 台有源滤波器就地补偿多台 UPS 和开关电源产生的谐波 避免谐波对重要设备产生的干 扰 提高系统容量和使用效率 提高系统的可靠性 用户收益用户收益 功率因数提升 避免罚款 避免系统谐振 保护无功补偿电容器 保障无功补偿设备的稳定性 有效治理谐波 避免对通信设备造成的干扰 降耗节能 降低电力运行成本 保障数据中心机房的数据安全 电能质量的高品质 保障了通信设备稳定工作 1 161 16 医院 剧场 体育馆配电系统医院 剧场 体育馆配电系统 医院 剧场和体育场对供电的连续性和可靠性有着非常严格的要求 负荷分析负荷分析 医院有大量的一级负荷 例如 手术室系统 急 救设备等 在医院建筑中安装有大量的单相非线性谐 波源负载 如 大型医疗设备 CT 机 B 超 X 光机 核磁共振 的调压设备 现代照明设备 变频空调电 梯等 大部分医疗设备对供电质量要求非常高 对电 压波动和谐波非常敏感 谐波源负荷分布分散 设备 运行时谐波变化大 对于举行大型活动的剧场 体育馆来说 除了电 梯 空调 节能灯这些常见的谐波源之外 还有一些 特殊的谐波源 即可控硅调光系统 大型 LED 设备等 可控硅调光系统格式目前剧场舞台上的主流调光器 其实际上是一个单相的相位控制交流调压系统 同通过控制可控硅的导通角来达到控制电压调光的 目的 可控硅调光系统在运行中会产生大量的三次谐波 谐波会造成灯光频闪 对通信 有线电视 等弱点回路产生杂音 甚至产生故障 推荐方案 推荐方案 TPVC 并联无功补偿并联无功补偿 TAPF 有源滤波器集中滤波补偿方案有源滤波器集中滤波补偿方案 选用并联补偿装置 提升功率因数 电抗系数建议选择 14 有效抑制 3 次谐波谐振 保 护电容器 有源滤波器集中滤波 动态消除非线性负载产生的谐波电流 有效消除谐波对敏感设备的 影响 用户收益用户收益 功率因数提升 避免罚款 降耗节能 降低电力运行成本 电能质量提高 精密敏感设备运行安全可靠 避免由于谐波污染造成的安全隐患 保障各种大型医疗设备高质量供电电源 保障一级负荷供电的持续稳定 第二章第二章 TSVCTSVC 高压静止型动态无功补偿器高压静止型动态无功补偿器 2 12 1 产品介绍产品介绍 TSVC 静止无功补偿器 是一种典型的柔性交流输电装置 FACTS 区别于传统无功补偿方式 通过开关投切电容器或通过分接开关调节电容器端电压 TSVC 静止无功补偿器属于动态无功 补偿产品 它具有最快 10ms 的响应速度 是目前高压无功补偿解决方案中技术较为成熟的且响应 最快的方式 由于 TSVC 以可控硅作为调节执行单元 它还具有可连续无级调节 通过改变可控硅 导通角 调节时无涌流 拉弧 无机械开关使用寿命的限制等优点 特别适合一些需要快速补偿 的工业场合 如电弧炉 轧机 电力机车 电气化铁路 冶金 炼钢等工业用户 可大幅度降低非 线性和冲击性负荷所引起的电压波动 闪变 负序和谐波干扰 显著提高负荷功率因数 最高可接 近 1 减少无功潮流 降低网损 改善电能质量 提高生产效率 最大程度的为用户节能降损增 效 此外 TSVC 应用于输电系统或枢纽变电站 对维持系统母线电压稳定 提高电网输电能力 以及阻尼系统低频振荡和抑制次同步振荡均有显著的作用 2 22 2 基本原理基本原理 TSVC如下图接入系统中 电容器提供固定的容性无功Qc 补偿电抗器通过的电流决定了补偿电 抗器输出感性无功QTCR 的大小 感性无功和容性无功相抵消 只要能做到系统无功QN Qv 系统所 需 Qc QTCR 常数 理想情况下等于0 则能实现电网功率因数 常数 电压几乎不波动 关键是准 确控制晶闸管的触发角 得到所需的流过补偿电抗器的电流 晶闸管变流装置和控制系统能够实现 这个功能 采集母线的无功电流值和电压值 合成无功值 和所设定的恒无功值 可能是0 进行比 较 计算得触发角大小 通过晶闸管触发装置使晶闸管流过所需电流 对于不对称负荷 利用steinmetz理论实现分相调节 消除负序电流 平衡三相电网 2 32 3 系统组成系统组成 1 高压晶体管阀装置 接受来自控制系统的信号 改变晶闸管触发角的大小 产生相应的无 功补偿电流 先进的阀体压制技术 卧式安装 结构紧凑 运行可靠 维护工作量少 2 DSP全数字控制系统 以数字信号处理器为核心器件 应用瞬时无功理论算法 快速准确 地计算无功功率和补偿电纳 再计算出TCR的触发角 由触发脉冲形成电路形成脉冲 经过电光转 换 送往高电位触发板 控制晶闸管的导通 3 电容器及滤波装置 由若干支路组成 每个支路的滤波电容器调谐于某一谐波频率 滤除 该次谐波 同时为系统提供容性无功功率 提高功率因数 电力电容器为组架式安装 自然冷却 滤波电抗器为空芯干式 自然冷却 4 相控电抗器 提供系统所需要的感性无功功率 通过调节无功达到平衡来稳定负载冲击所 产生的电压波动 空芯干式 上下双线圈 自然冷却 2 42 4 技术参数技术参数 项目规格 电网电压 kV 6 35 TCR额定功率 Mvar 6 200 冷却方式热管自冷却或水冷 晶闸管触发方式电触发或光触发 控制系统全数字控制系统 无功调节范围 100 100 调节方式分相调节 调节响应时间 50 噪声水平自冷无噪声 辅助供电电压 380V 220V 110V 使用寿命 20年 2 52 5 技术优势技术优势 1 高性能DSP数字控制系统 DSP 数字控制系统采用标准模块组成的控制单元结构 具备如下特点 采用美国TI公司应用于专业电机控制的高性能数字信号处理器和高分辨率的模数转换器 完善的保护系统设计 监视晶闸管的工作状态 当出现晶闸管击穿或失效 触发脉冲丢失 BOD动作频繁时 报警 跳闸 同时上传上位机显示 保存故障记录 采用瞬时无功功率算法或快速傅里叶算法 保障了系统响应时间 可以分相调节 也可以三相调节 系统通讯 完善的自诊断 实时监控 根据要求 可选择并追加多种控制功能 2 由于TSVC使用可控硅作为主调节器件 调节时无拉弧 涌流 设备使用寿命长 基于高可靠的大功率可控硅变流技术 高效热管自然冷却可控硅 结构简单 且免维护 也可以选择密封式循环水冷系统 标准组架式结构 安装维护方便 可控硅冗余合理 保障TSVC稳定运行 光触发或者光电触发方式 抗干扰性强 3 冷却系统采用热管冷却方式 运行噪音低 运行可靠 与水冷相比结构简单 实现了免维 护 4 无功补偿精细 可连续平滑调节 实现系统需要多少无功就补多少无功 5 配合FC高压无源滤波 将系统谐波水平滤除到符合国标要求 6 TSVC响应速度快 小于10ms 7 设备容量大 可达上百兆 但不能直接用于特高压 35kV以上 8 监控系统提供友好人机界面 实时显示系统工作状态 9 控制方式灵活 可实现三相同时控制 分相控制和三相平衡化等多种控制方式 2 62 6 选型说明选型说明 TSVC 参数为容量 电压 2 72 7 应用领域应用领域 广泛应用于电力系统 石油化工 冶金钢铁 电气化铁路 风力发电 煤炭等行业中 为电弧 炉 轧机 感应炉 电力机车 提升机 风力发电机等设备提供高质量 高可靠性的无功补偿及滤 波的解决方案 降低系统的谐波畸变度 提高系统的功率因数 减小电压波动及闪变 平衡三相电 流电压 2 82 8 应用案例应用案例 兖州某煤矿企业设有 35KV 变电所一座 二次输出电压为 6KV 为生产提供电源 煤矿负荷为 交流传动设备 如主 副井的绞车采用直流调速设备 通风及动力设施采用交流传动设备 绞车属 重载起动 无功冲击较大 并伴随大量整数倍和非整数倍的谐波电流产生 功率因数低 电压波动 大 给电网供电产生如下问题 无功冲击引起的电压波动 谐波电流流入系统使用电设备发热 设备运行可靠性降低 功率因数低 加大生产成本 为解决上述问题 我公司参照类似工程经验和计算机仿真 在母线上装设 TCR 型 TSVC 无功功 率补偿设备 容量为 6MVA 年功率因数节省电费年功率因数节省电费 根据资料估算 变电所月平均电量 1231 1 万 KWh 变电所的变压器安装容量为 25000 KVA 有 功电度单价为 0 4636 元 KW h 因此变电所月电量电费为 月电量电费 有功电度电价 月平均电量 0 4636 元 KW h 1231 1 万 KWh 5707379 60 元 煤矿变电所功率因数按 0 78 计 按规定无功功率调整费率 即无功罚款率 为 5 故每月 功率因数调整费用为 月功率因数调整费用 月电量电费 无功调整费率 5707379 60 5 285369 00 元 相控电抗器型动态无功补偿装置投运后 功率因数达 0 95 以上 奖励率为 0 75 故每月奖 励为 月功率因数奖励费用 月电量电费 功率因数奖励率 5707379 60 0 75 42805 3 元 故每月可节省该项电费为 月功率因数节省电费 月功率因数调整费用 月功率因数奖励费用 328174 0 元 每年可节省该项电费为 年功率因数节省电费 月功率因数节省电费 12 月 3938088 0 元 减少变压器的铜损减少变压器的铜损 变压器的损耗主要有铜损和铁损 提高变压器二次侧的功率因数 可使总的负荷电流减少 从 而减少铜损 提高变压器二次侧的功率因数后 变压器节约的有功功率 P 如下 P P2 SN 2 1 COS2 1 1 COS2 2 PK 式中 P2 变压器负载侧输出功率 SN 变压器额定容量 COS 1 变压器原负载功率因数 COS 2 提高后的变压器负载功率因数 PK 变压器的短路损失 煤矿变电所补偿前功率因数 0 7 补偿后功率因数 0 95 变压器的短路损失 PK 为 500KW 则 P 计算如下 P 11500 25000 2 1 0 782 1 0 952 PK 0 11PK 55KW 每年节约的有功功率 变压器年节约的有功功率 变压器节约的有功功率 30 天 12 月 19800 KW 每年节约的该项电度电费 年节约电度电费 有功电度电价 变压器年节约的有功功率 0 4636 元 KW h 19800 KW 9179 28 元 本装置损耗及其它费用本装置损耗及其它费用 本装置总损耗 阀组损耗有功功率 相控电抗器损耗 滤波器损耗 每年约为装置总容量的 3 0 折算至电度电价每年约为 7 3 万元 动补装置每年总节能效益动补装置每年总节能效益 相控电抗器型动态无功补偿装置投运后每年可节约资金为 年功率因数节省电费 年变压器节省电费 动补装置年总损耗费 265 35 万元 结论结论 该煤矿变电所装设 TCR 型高压静止型动态无功补偿装置 TSVC 后 将变电所功率因数提高到 了 0 95 以上 系统的电压稳定 谐波引起的电缆和电机发热等问题得到有效解决 从而增加了变 压器和输 配电线路的有效容量 提高了设备的运行可靠性 减少了设备维护周期和运行成本 减 少了功率因数调整电费的支出 具有良好的技术经济效益 值得大力推广应用 第三章第三章 TAPFTAPF 低压有源电力滤波器低压有源电力滤波器 3 13 1 产品介绍产品介绍 TAPF 低压有源电力滤波装置采用并联方式 通过现代电力电子技术和基于高速 DSP 器件的数 字信号处理技术研制的新型电力谐波治理专用设备 是目前电力谐波治理和无功补偿的最完美解决 方案 它以一种可控的动态方式滤除出现在供电系统中的谐波和无功 3 23 2 基本原理基本原理 TAPF 低压有源滤波装置通过实时监测负载电流 将模拟电流信号通过高精度 高性能专用硬 件运算电路 将负载电流中的谐波分离出来 形成指令信号 送入高速数字信号处理器 DSP 对 指令信号进行处理 并以脉宽调制 PWM 信号形式向变流器 补偿电流发生电路 送出驱动指令 变流器生成与电网谐波电流幅值相等 极性相反的补偿电流注入电网 主动对谐波电流进行抵消 3 33 3 系统组成系统组成 TAPF 有源电