探尋河南選煤廠為用電安全電能質量的改善方案
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易允恒
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要:有源濾波器由電力電子元件組成，能迅速產生與系統諧波大小相等方向相反的諧波抵消設備產生的諧波，使濾波器注入點前的諧波電流降到相當低的水平，從而降低了諧波電壓減少了諧波對設備的影響，對改善供電質量和確保電力系統安全經濟運行，有著非常積極的意義
關鍵詞:有源濾波器:諧波;諧波治理
0引言
近年來，隨著科技的不斷進步和選煤廠工藝的發展，為滿足工藝要求，變頻器作為調速和節能設備，越來越被選煤行業廣泛應用。另外一些電子設備和電子調壓設備如軟啟動器、UPS電源等非線性負載也日益廣泛的被采用由于其電力電子元件的開關特性，對其供電電源形成了一個典型的非線性負載，其應用使得電能質量下降，嚴重影響了供電設備的正常使用。然而，選煤廠供電網絡的供電質量是選煤廠穩定安全經濟運行的基本保證，但在供電系統運行過程中產生的諧波(電能質量的重要指標)危害，會嚴重影響選煤廠供電網絡的電能質量，采取必要的治理措施，消除諧波對各種電氣設備、儀表、裝置造成的影響及危害是十分必要的。
1諧波治理與濾波器現狀
電力系統的諧波問題近幾十年來在世界范圍內得到了十分廣泛的關注，電工委員會(IEC)大電網會議(GIGRE)議GIRED)電子工程師學會(IEEE)等性學術組織，都相繼成立了專門的電力系統諧波工作組，并已制定出了限制電力系統波的相關標準。我國隨著改革開放政策的實施，國民經濟高速發展，直流輸電和柔性交流輸電技術的采用，電氣化鐵路的快速發展，化工、冶金、煤等工業部門中大量應用電力電子設備，以及節能工作中電力電子技術的應用等，使得電力系統的諧波問題日益嚴重，設備的故障增多、溫升提高、使用壽命降低等現象越來越多的出現使系統很不穩定。從而將諧波的管理、監測和治理等擺到了十分重要的位置。我國由技術監督局于1993年發布了國家標準(GB/T14549-93)《能質公用電網》1994年3月1日起開始實施。
當前，隨著國家相關部門、供電企業和各級用電企業對諧波危害的逐漸認識，現在越來越多的濾波產品和濾波技術在國內得以應用。幾種常見的波設備對比表見表1
1.1諧濾波器
調諧濾波器由電容器和電抗器串聯組成。申聯一定電抗率的電抗器后，可以使得電抗器與電容器的串聯阻抗在工頻(50Hz)下電容性，同時在波頻率下電感性。這樣諧波器就能在工頻下提供無功功率，改善功率因;在諧波頻率下與同為電感性電抗器避免諧振(諧振條件為諧波、電容和電感三條件同時具備)。另外，串聯電抗器后部分諧波電流也會流入調諧濾波器，所以此設備也具有部分波功能。
1.2諧波濾波器
諧波濾波器由電容電抗器串聯。但是與調諧濾波器不同的是:電容電抗器的串聯諧振頻率為濾除的某次諧波頻率(如5次波250Hz)。其原為諧波波器阻抗在工頻下為電容性，提供無功功率改善功率因數;在某次諧波頻率下為接近于零的低阻抗，以吸收諧波電流;在其他波頻率下為電感性，避免與變壓器在波下產生諧振。
1.3有源濾波器
有源濾波器是濾波效果較好的濾波產品，它由電子元件組成，能迅速產生與系統諧波大小相等方向相反的諧波，抵消設備產生的諧波后使波器注入點前的諧波電流降到相當低的水平，從而降低諧波電壓，減少了諧波對設備的影響。
2有源濾波器在選煤廠的應用
2.1某煤礦選煤廠濾波項目概況
某煤礦選煤廠主廠房1*變壓器型號為:S9-1600/6 6/0.4V，安裝負荷為1245.4kw，其中線性負荷471.4kW;非線性負荷(配頻器的和照明負荷)為774kW，非線性占到總負62.15%。這些非線性負荷，生產過程中產生大量諧波電流，諧波電流造成了變壓器、導線的額外損耗，從而使設備溫升提高，加速了設備的老化，降低了設備使用壽命;并且諧波電流經導線向上級電網傳輸，降低了電網的電能質量;另外，諧波電壓和諧波電流的存在還造成開關和繼電保護的誤動作。基于這種情況，對某礦選煤廠主廠房1*變壓器的諧波進行測試，結果表明諧波量大且諧波階次復雜，為從根本上消除諧波對系統及設備的影響，采取在1*壓器低母線側安裝三臺100A-50Hz型有源波器。
2.2有源濾波器應用前后諧波對比
2.2.1設備運行前
設備安裝前，1*變壓器總電流畸變率為12.4%，電壓畸變率2.39%。送行電流1105A，其中五次諧波電流115.9A，七次51.4A，十一次24.3A。諧波污染非常嚴重電壓、電流波形圖如圖1所示。
諧波電流頻譜圖如圖2所示，諧波電壓頻譜圖如圖3
所示。
2.2.2設備運行后
濾波器安裝后，諧波電壓諧波電流大大降低，諧波電壓畸變率降至1.66%，電流總畸變率降至3.96%。五、七、十一次諧波均將至較低水平。
改造后電壓、電流波形圖如圖4所示，改造后諧波電流頻譜圖如圖5所示，改造后諧波電壓頻譜圖如圖6所示。
2.2.3取的明顯效果
從濾波器運行前后的數據圖中，可以清楚的發現:變壓器的電壓、電流波形由畸變嚴重變得平滑，已接近正弦波形。流經變壓器總電流有所下降。各階次諧波均有所下降，特別是5、7、11次含量較大的諧波階次改善尤為明顯。
1)運行電流從1105A降至1068A，降低了37A
2)諧波電流明顯減小，諧波電壓明顯降低。當3臺濾波器全部投人時，5th諧波電流從原先的115A降低至19A;7th諧電流從原先的51A降至11A;11th電流從原先的24A降低至7A。總的諧波電流畸變率從原先的12.4%降低到3.96%;電壓畸變率從原先的2.39%降至1.66%。濾波效果非常明顯。
3諧波電壓電流的降低，使得變壓器、電力電纜上因諧波電壓電流引起的額外損耗大大降低，從而降低了變壓器和電纜的運行溫度，延長了絕緣組件的使用壽命，同時節省了電費。另外，由于諧波引起的變壓器噪音也隨之降低。
4)減少了系統設備因波的存在造成的死機停產或由于控制部分誤動作造成的停機。設備供電的安全性和可靠性大大提高。
總之，設備裝設運行后，濾波狀況達到了預期的效果
3安科瑞APF有源濾波器產品選型
3.1產品特點
(1)DSP+FPGA控制方式，響應時間短，全數字控制算法，運行穩定；
(2)一機多能，既可補諧波，又可兼補無功，可對2～51次諧波進行全補償或特定次諧波進行補償；
(3)具有完善的橋臂過流保護、直流過壓保護、裝置過溫保護功能；
(4)模塊化設計，體積小，安裝便利，方便擴容；
(5)采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實現參數設置和控制，使用方便，易于操作和維護；
(6)輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力系統的影響；
(7)多機并聯，達到較高的電流輸出等級；
3.2型號說明
3.3尺寸說明
3.4產品實物展示
ANAPF有源濾波器
4安科瑞智能電容器產品選型
4.1產品概述
AZC/AZCL系列智能電容器是應用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節省能源、降低線損、提高功率因數和電能質量的新一代無功補償設備。它由智能測控單元，晶閘管復合開關電路，線路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構成。可替代常規由熔絲、復合開關或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內和柜面由導線連接而組成的自動無功補償裝置。具有體積小，功耗低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應現代電網對無功補償的高要求。
AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數、頻率、電容器路數及投切狀態、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內部晶閘管復合開關電路，自動尋找適宜投入（切除）點，實現過零投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。
4.2型號說明
AZC系列智能電容器選型：
AZCL系列智能電容器選型：
4.3產品實物展示
AZC系列智能電容模塊AZCL系列智能電容模塊
安科瑞無功補償裝置智能電容方案
5結語
隨著變頻器、整流等非線性用電設備在選煤行業的大量應用，諧波在供配電系統中將會嚴重影響電能質量，從而對用電設備產生較大危害，并影響企業正常生產。所以應用具有濾波、響應速度快、不過載等特點的有源濾波器將會成為今后諧波治理領域的發展方向。
參考文獻
[1]商海峰,王慧芳,楊銀鈴等.淺談有源濾波器在選煤廠中的應用[J].煤炭工程,2010(08):58-60.
[2]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版.
