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NRTBBL中频炉高压滤波无功补偿成套装置
所属分类:谐波治理装置

计算机仿真计算滤波效果数据

NRTBBL中频炉高压滤波无功补偿成套装置 高压滤波补偿柜 谐波治理装置

ZRTBBL型谐波滤除装置是专用于高低压电网3次、5次、7次、11次、13次及以上的谐波无源滤波装置。适用于中频冶炼、变频、轧钢、整流设备等的环境。该装置采用了电感和电容器组成串联谐振吸收回路,有效的将负载产生的谐波加以吸收,从而避免将谐波电流返送到电力变压器,大大降低电网的谐波量,同时有利于用户电力变压器的运行,降低功耗,提高设备和其它电器组件的可靠性。此外该设备还提供一定容量的无功功率补偿,提高用户负载的运行效率。该装置分综合控制柜和电抗电容框架,视用户要求不同,配置的滤除谐波次数也不同。通常一套ZRTBBL系统可滤除4种谐波。系统的操作可分自动运行和手动操作。

1.2谐波的基本定义及基础知识

1.2.1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减免的电费,称为功率因数调整电费

1.2.2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,影响电力电子计量设备的准确性。

1.2.3治理谐波及补偿无功功率的重要性

采用专门的滤波装置能够有效的滤除高次谐波,同时向电网提供容性无功功率,其重要性主要表现在以下方面:

    ★ 滤除高次谐波能够定化用电环境,降低视在功率,减少谐波电流在用电设备和输配电设备中的发热,直接节省有功功率;消除由于谐波产生的震动,延长电器的使用寿命;有效的消除对敏感元件的影响。

★ 由于滤波回路是由电抗器和电容器串联形成的,所以在滤波的过程中能向电网注入容性无功,提高了功率因数,这样就能避免供电部门高额的功率因数调整电费,由于无功电流的抵消,也相当于提高了配电设备的容量,减少了线损。无功功率补偿还能提升末端的电网电压,对优化用电环境有很重要的意义。

    在设计滤波器时,首先应满足各种负载水平下对谐波限制的技术要求,然后在次前提下,使滤波器在经济上最为合理。除以上经济分析外,设计滤波器还应注意以下两点:

1)单调滤波器的谐振频率会因电容,电感参数的偏差或变化而改变,电网频率会有一定的波动,这将导致滤波器失谐。设计时应保证在正常波动情况下滤波装置仍能满足各项要求。

2)电网阻抗与滤波装置有发生并联谐振的可能,设计时应充分予以考虑。

方案设计

2.1 设计依据

2.1.1 业主提供的技术数据及要求

2.1.1.1系统电源

根据用户提供的供电系统资料可知,企业110KV变电站进线电压为110kV,出线电压10KV。主变为2台并列运行,一台为63MVA,另一台为20MVA。10KV母线短路容量未知,暂时按260MVA计算。

2.1.1.2 电力负荷

1)中频炉、电弧炉变压器装机容量

中频炉总装机容量为37.2MVA,变压器容量见下表:(表一)

变压器序号

    

KVA

       负载性质

备注

1#变压器(三圈变)

   6000

        中频炉

        12脉    

2#变压器(三圈变)

  6000

        中频炉

  12脉

3#变压器(三圈变)

  3600

        中频炉

        12脉    

4#变压器(三圈变)

  3600

        中频炉

  12脉

5#变压器(三圈变)

  3600

        中频炉

        12脉    

6#变压器(三圈变)

 3600

        中频炉

  12脉

7#变压器(三圈变)

  3600

        中频炉

        12脉    

8#变压器(三圈变)

 3600

        中频炉

  12脉

9#变压器(三圈变)

  3600

        中频炉

        12脉    

10#变压器(电弧炉变)

  3200

        电弧炉

合计

40.4MVA

2)负荷性质

企业主要负荷为中频炉,脉动数按12脉动设计

2.1.1.3 滤波器安装要求

10kV母线上配置一套10KV无源滤波补偿装置,用户自备10KV电容器出线柜4台,用于投切、保护滤波装置。本装置为框架式结构(户内围栏或户外围栏)。

2.1.1.4 电能质量考核点( PCC)

电能质量考核点暂时( PCC)设在企业10kV母线处。

2.1.1.5电能质量考核指标

PCC 点月平均功率因数≥0.95;电能质量满足国标要求。

PCC 点电压总谐波畸变率及其他指标均满足国标《电能质量-公用电网谐波》( GB/T14549-93)的规定。

2.1.1.6  滤波方案

中频炉投入运行时会产生谐波电流,引起电网侧波形畸变。本方案拟采用集中滤波治理方案,在10kV母线上设置一套滤波兼无功补偿装置,以改善正弦电压波形畸变,同时提高电网功率因数。

H(次数)

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

考察点谐波电流国标限值(A)

69.33

53.33

34.67

53.33

22.67

40

17.07

18.13

13.6

24.8

11.47

21.07

滤波前考察点谐波电流(A)

10

12.93

7

48.75

8

22.53

0

0

0

121.09

0

97.66

H(次数)

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

考察点谐波电流国标限值(A)

9.87

10.93

8.53

16

7.47

14.4

6.93

7.73

6.13

12

5.6

10.93

滤波前考察点谐波电流(A)

0

0

0

6.97

0

6.08

0

0

0

48.05

0

43.4

滤波器的软件仿真分析及校验

采用3频率点滤波,用系统仿真分析比较了多组滤波组合的滤波效果,并从中选出3、5、7,11P个滤波支路为组合方式。在相同基波的补偿容量下,采用3、5、7、11P次滤波组合有利于吸收系统中的5、7、11、1323、25次谐波,同时对其它次谐波也不会产生放大作用。

1)计算机仿真软件根据以下公式进行计算模拟仿真(本仿真分析按照安装母线最小短路容量260MVA),其等效电路如下:

2)

式中,Im为谐波负载(中频炉)等效为电流源发出的谐波电流,Ism为流入系统中的谐波电流,Ifm为滤波器吸收的谐波电流。在一般的仿真中,忽略负载阻抗,计算 系统 滤波补偿支路的谐波电流分流情况。

2)系统基波阻抗计算

Xs=U*U/Sd

式中:U为系统电压,kV

   Sd为母线最小短路容量,MVA

     3)计算机仿真软件根据以下公式进行计算模拟仿真,单调谐滤波器的总阻抗计算方法如下:

10KV滤波器阻抗相频特性曲线图

10KV滤波器阻抗幅频特性曲线图

 投入滤波器前后考察点谐波电流的比较

 


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