低壓諧波治理裝置選型及應用

概況

隨著現代電力電子技術的應用廣泛，如整流設備、電弧焊、變頻器、UPS電源等大量的非線性、不對稱以及衝擊性負荷迅速增多，致使產生諧波、運行電壓不穩、損耗增加等各種因素造成電能質量惡化，使運行設備存在**隱患、運行不穩定、經濟效率下降等現象。不對稱負荷又加劇了三相不平衡度，衝擊負荷從電網瞬間吸收大量無功，同時產生電壓波動和閃變，影響設備正常運行，產品合格率下降，設備使用壽命縮短，係統功率因數達不到供電質量要求。其中諧波危害會產生電網諧振和諧波放大，導致原來按傳統設計的無功補償電容器發生過負荷甚至燒毀；變壓器損耗增加，鐵芯過熱，縮短使用壽命；電力線路的電能損耗增加，電纜過熱損壞等危害線路及設備。

為了針對以上電能質量存在的問題，以及現在電氣設計人員設計無功補償櫃技術要求，根據廣大配電用戶已經存在隱患的：如“電壓不穩”、“電壓波動、閃變”、“諧波危害設備運行”、“開關跳閘、燒毀”、“變壓器過載，溫升高”、“功率因數低、力率調整費”等提供技術性解決方案及處理措施！

低壓諧波治理產品選型：

一、適用範圍

1）當非線性總負載容量,變壓器容量：P<15％時（無背景諧波情況下），表示係統諧波汙染程度較輕，推薦補償類型為“普通型”（串聯<1％電抗率）動態無功功率補償裝置（見圖1）。普通型無功功率補償方案可采用標準電壓等級的純電容器，400V配電係統采用415V的電容器即可。例如：KYLB0.4－420/1係列低壓動態無功補償裝置。

2）當非線性總負載容量/變壓器容量：15％

3）當非線性總負載容量/變壓器容量：P>25％時，表示係統諧波汙染程度嚴重，推薦補償類型為“專用型”（濾波3、5、7、11次以上諧波）動態無功功率補償裝置。專用型動態無功功率補償裝置方案由調諧電抗器和濾波電容器組成。例如：KYLB0.4－420/1係列低壓動態無功補償裝置。

4）當低壓調諧式濾波補償裝置不能滿足電網諧波要求（采用調諧式濾波補償裝置有過補償危險時），可考慮采用低壓調諧式濾波補償裝置加有源濾波方案或單使用有源濾波方案。例如：KYYLB有源電力濾波器。

二、KYLB係列低壓動態無功補償裝置

KYLB係列低壓動態無功補償裝置產品技術特點

l 全數字化設計，交流采樣，人機界麵采用大屏幕LCD中文液晶顯示器，操作簡便。

l 電容器投切開關采用可控矽無觸點開關。

l 采用過零投切技術，實現投切無電流衝擊。

l 快速動態響應，20ms內實現動態跟蹤補償。

l 補償裝置具有完善的故障自診斷功能和齊全的顯示功能（能對過壓、欠壓、低負荷、電流諧波、電壓諧波超限報警顯示），在無人值守的情況下能可靠穩定地運行（能監測電網電壓、電流、功率因數、有功功率、無功功率、頻率、總諧波電壓畸變率、總諧波電流畸變率、電容器投切狀態等），電容器投切控製程序支持等容、編碼及濾波控製投切方式，並具有手動補償和自動補償兩種工作方式。

l 櫃內電容器可采用△接法、△+Y接法或Y型接法，實現共補與分補合理配置，既適用於三相平衡負載，又適用於三相不平衡負載，以*優補償方式滿足用戶現場需要。

l 電容器支路串聯乾式鐵心電抗器，可選擇抑製諧波或濾除諧波。

l 封閉式金屬櫃體，防護等級為IP30，主要元器件由塑殼斷路器、熔斷器、無功補償控製器、可控矽無觸點開關、觸發模塊、乾式鐵心電抗器、電力電容器及配套元件等部件組成。

l 應用場合：負載功率因數低、變化範圍大、變化速度快、對電壓波動和動態補償有較高要求的用電場合，如電力,機械製造、汽車、冶金、造船、港運、鐵路、煤礦、化工、油田等行業 。

KYLB係列低壓動態無功補償裝置應用

適用於衝擊大、波動頻繁、諧波嚴重的電網；可集共補和分補於一體，極大地方便滿足了不同負載特性場合的需求。產品體積小、無噪聲、投切無觸點、響應速度快，是有觸點低壓無功補償的更新換代產品。裝置適用於400V低壓配電網，可廣泛用於戶外台式變壓器、室內配電室、箱式變電站以及冶金、機械、汽車製造、鐵路、化工等企業用戶進行自動跟蹤補償、配電監測和諧波治理。

主要技術參數

產品應用

1）KYLB係列低壓動態無功補償裝置主要用於機械製造、冶金、造船、礦山、化工、建材、油田、港口、煤炭、電網等用電負荷大、諧波畸變率高、電壓波動大、無功電流大且三相電流不平衡等低壓電網用戶。

2）脈整流設備、變頻器、直流電弧爐、直流軋機及中頻爐等非線性負荷通常產生的特征諧波為5次、7次諧波。

3）對於電焊機、交流電弧爐、鐵合金爐、電石爐等負荷通常產生的特征諧波含有3次諧波。

四、KYYLB有源電力濾波器

KYYLB有源電力濾波器產品技術特點

l  同類產品全球*小體積，88*440*680，僅為主流產品體積的30%

l  同類產品全球*輕重量，25KG，僅為主流產品的20%

l  同類產品全球*高功率密度

l  整機效率>97%，同類產品全球*高效率

l  可采用壁掛安裝或機櫃安裝，同類產品全球*節約空間

l  采用DSP+CPLD全數字控製技術，**濾波可同時濾除2～50次諧波

l  10ms高速全響應時間，1ms快速響應時間

l  具有補償諧波、同時補償諧波和無功、同時補償諧波、無功、和不平衡載三種模式

l  模塊化控製，靈活多機組並聯

l  簡易操控及圖形顯示功能

KYYLB有源電力濾波器產品應用

1）KYYLB有源電力濾波器可廣泛應用於工業、商業和機關團體的配電網中，如：電力係統、電解電鍍企業、水處理設備、石化企業、大型商場及辦公大樓、精密電子企業、機場／港口的供電係統、醫療機構等。

2）KYYLB有源電力濾波器特彆適合於應用在高次諧波含量大，諧波次數多，係統功率因數高的係統。

五、KYLB-KR型礦熱爐短網低壓無功補償及諧波治理裝置

KYLB-KR型礦熱爐短網低壓無功補償及諧波治理裝置，是上海坤友電氣有限公司以高可靠性和實用性作為基礎,充分吸取國內外經驗,經過長期實踐和改進而研發出來的新一代礦熱爐智能濾波及補償節能裝置。該裝置主要解決了爐變三相短網長度不一致、電流大（幾萬安）、使得短網大量無功消耗不平衡、從而引起三相電極電壓不平衡，造成礦熱爐效率低，功率因數低、電能消耗大等問題。

本裝置主要由智能控製係統、濾波補償係統、保護係統、觸發投切係統、水冷母線係統、防塵降溫係統等六大部分組成。通過智能控製係統、濾波補償係統的自動投切、實現提高功率因數、平衡三相電極電電壓及提高爐堂的輸出功率，從而起到為企業提高產量、降低能耗、電能質量達標的目的。我公司濾波補償係統的技術達到國內先進水平，適合於鋼鐵、鐵合金、工業矽、電石、黃磷、有色金屬等冶煉行業。

礦熱爐冶煉變壓器大都處於高無功運行狀態，其短網上大量的無功消耗及由此產生的大幅度的網絡工作電壓降是導致低產量，高電耗的主要原因。短網的低電壓大電流特征決定了短網會產生大量的無功功率，無功功率會嚴重占用變壓器荷載，製約了變壓器輸送有功的能力，致使爐變功率因數較低，一般不超過0.82； 特彆是三相礦熱爐變壓器的短網布置長度不等，從而導致三相功率不平衡，加上冶煉電弧變化所產生的無功在爐變和短網上流轉，加劇了整個礦熱爐的無功損耗。為了達到提高用電效率、穩定產品質量、提高產量、降低生產成本的目的，響應國家節能降耗的政策，必須對礦熱爐係統加裝無功補償裝置。

1、高壓補償

在礦熱爐變壓器高壓側進行無功補償，補償的僅僅是高壓網路的無功損耗。礦熱爐變壓器高壓側電壓一般為10KV、35KV、或110KV。高壓補償又分兩種：一種是直接將補償裝置接於高壓側；另一種是通過補償變壓器接於高壓側。用相應電壓等級的補償裝置（包括電力電容器、開關、電抗器、避雷器、保護等成套設備，下同），直接接入礦熱爐變壓器高壓側（補償裝置接在礦熱爐變壓器進線端），也可以直接在變電站中，單獨或集中補償。其特點是：

1）設備簡單，投資少；

2）補償裝置出現故障時電流不通過礦熱爐變壓器；

3）補償裝置不受礦熱爐變壓器接線變換及礦熱爐其它方麵變化的影響。

但由於其接入點在高壓側，礦熱爐的功率因數並不能提高，故變壓器的輸出有功功率也不能增加，隻能提高變壓器前端即電網的功率因數。而且固定式補償容易因負載或電網變化形成過補償和欠補償，達不到穩定補償的效果。因而高壓補償*多隻能達到不罰款的目的而不能產生明顯的實質性的經濟效益。

2、低壓就地補償

低壓就地補償方式為補償裝置連接在礦熱爐短網末端，低壓就地補償可有效提高低壓側的電壓，降低無功電流從而降低視在功率，降低短網、線路和變壓器損耗；並可相應增加變壓器的有功功率輸出。由於低壓就地補償裝置安裝在礦熱爐短網末端，直接在負載末端提供了很大的無功電流，使功率因數的提高具有實質性的經濟意義。

相對高壓補償而言，低壓補償的優勢主要體現在以下幾個方麵：

1）提高變壓器、大電流線路利用率，增加冶煉有效輸入功率。

針對電弧冶煉而言，無功的產生主要是由電弧電流引起的，將補償點移至短網，就地補償短網的大量無功消耗，提高變壓器的出力，增加冶煉有效輸入功率。

2）改善三相的強、弱相狀況。

由於三相短網布置不平衡，通過電流後產生的自感和互感都不相同，三相不同的電壓降就導致了強 、 弱相現象的形成。從理論上來講，爐料的熔化功率是與電極電壓和料比電阻成函數關係的，可以表示為 P=U²/R。從這一基本點出發，在三相短網與電極之間長度基本相等點，采取單相並聯的方式進行無功補償，綜合調節各相補償容量，使三相電極的有效工作電壓趨於一致、平衡電極電壓、均衡三相吃料，從而改善三相的強、弱相狀並聯史，在補償後根據爐況調節冶煉檔位和極心圓，使電極作業麵積擴大，以達到增產、降耗的目的。

3）降低高次諧波值，減小變壓器及網路附加損耗。

礦熱爐是一種高能耗的電冶煉爐，具有電阻電弧爐的特性。電弧冶煉時會產生高次諧波，尤其以3、5、7、11次*為嚴重，如對此不加以限製和吸收，無論對設備還是補償裝置，都會產生不利的影響。因此在設備中，我們會根據冶煉的諧波狀況將並聯電容器設計成濾波回路。根據公式：Un=ln（nXL-XC/n）→0

U—諧波電壓；ln諧波電流；XL—電抗器感抗值；XC—電容器容抗值。為降低和吸收n次以上諧波，應使L—C自振頻率小於n。由於是就地補償，冶煉時產生的高次諧波能被低壓無功補償係統的L--C諧波回路吸收，而不再通過變壓器和高壓網絡，從而有效降低高次諧波值，減小變壓器及網路附加損耗。

4）有效提高功率因數。

礦熱爐的無功消耗主要在變壓器和短網上，實施低壓無功補償，不僅就地補償了短網和變壓器的損耗，還能補償高壓線路的損耗，因此，相比高壓補償而言，其功率因數的提高無論對電網還是用戶都是有效的。

5）穩定係統的無功消耗。

穩定係統的無功消耗主要表現為短網電極端冶煉電壓的降低，實施低壓無功補償後，電壓提高百分比為：du = Q*Xk/Sn（%）Qn—補償容量；Sn—變壓器容量；Xk—變壓器阻抗百分比。同時，係統的電壓變化和總無功量的變化是成正比的。針對礦熱爐而言，冶煉負荷相對平穩，其變化主要體現在冶煉初期和出爐期。因此，在降低三相負荷不平衡的同時，考慮到負荷的變化範圍，在補償時予以容量上的變化控製，達到穩定負載端電壓的目的，從而企業獲取*大的經濟效益。

結論：

由於一直來存在一些客觀問題，如：人們對電能質量的認識不到位、相關機構不健全、部分企業不配合、以及部分地方對電能質量治理推進不堅決等原因，一直都是涉及用電**的重大問題。

隨著電網的不斷完善以及用電單位對電能質量認識提高，節能降耗、電能質量、提升用電質量價值觀是目前供電部門及用電單位共同實現**用電保障之一。