菏澤低壓濾波無功補(bǔ)償治理方案
應(yīng)用案例
用戶基本情況
河北某塑膠制品企業(yè)主要生產(chǎn)戶內(nèi)、外廣告燈箱布、噴繪布，PVC壓延膜產(chǎn)品，企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備有四條寬幅PVC壓延膜生產(chǎn)線，一條篷布涂刮生產(chǎn)線，八條噴繪布貼合生產(chǎn)線和兩條寫真耗材生產(chǎn)線，動力部分均采用變頻驅(qū)動電機(jī)和直流驅(qū)動電機(jī)，有1000KVA兩臺、1250KVA變壓器兩臺、800變壓器兩臺、630KVA變壓器1臺，每臺變壓器低壓側(cè)都配有電容補(bǔ)償柜。供電系統(tǒng)圖如下：
實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)
1250KVA變壓器所帶變頻和直流最大功率1000KVA，平均功率因數(shù)為PF=0.85，工作電流1408A，1000KVA變壓器所帶變頻和直流最大功率850KVA，平均功率因數(shù)為PF=0.83，工作電流1200A，800KVA變壓器所帶變頻器最大功率700KVA，平均功率因數(shù)為PF=0.86，工作電流1000A。630KVA變壓器所帶變頻和直流最大功率570KVA，平均功率因數(shù)為PF=0.87，工作電流800A。各變壓器下的無功補(bǔ)償柜經(jīng)常出現(xiàn)跳閘、電容器鼓肚漏油、控制器顯示不準(zhǔn)控制異常等現(xiàn)象，使綜合功率因數(shù)只有0.84，每月都有3-5萬左右的無功罰款。且生產(chǎn)線的電機(jī)及變頻器時(shí)有發(fā)生損壞，影響生產(chǎn)。
電力系統(tǒng)情況分析
變頻和直流流電源主要負(fù)荷為6脈動整流，整流設(shè)備在工作中在把交流變?yōu)橹绷鞯耐瑫r(shí)產(chǎn)生大量的諧波，屬典型諧波源；諧波電流注入電網(wǎng)，在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生諧波電壓，引起電網(wǎng)電壓電流畸變，影響供電質(zhì)量及運(yùn)行安全，使線路損耗及電壓偏移增加，對電網(wǎng)和工廠本身電氣設(shè)備均會產(chǎn)生不良的影響。
可編過程控制器(PLC)對供電電壓的諧波畸變很敏感，通常要求總諧波電壓畸變率(THD)小于5%，且個(gè)別諧波電壓畸變率低于3%，較高的畸變量可導(dǎo)致控制設(shè)備誤動作，進(jìn)而造成生產(chǎn)或運(yùn)行中斷，導(dǎo)致較大的生產(chǎn)責(zé)任事故。
當(dāng)無功補(bǔ)償電容器組投入時(shí)，由于電容器組的諧波阻抗小，大量的諧波注入電容器組，使電容器電流迅速增大，嚴(yán)重影響其使用壽命，另一方面當(dāng)電容器組的諧波容抗與系統(tǒng)等效諧波感抗相等而發(fā)生諧振時(shí)，引起諧波電流嚴(yán)重放大（2-10倍）使電容器過熱而損壞，同時(shí)，諧波使工頻正弦波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生鋸齒狀尖頂波，易在絕緣介質(zhì)中引發(fā)局部放電，長時(shí)間的局部放電也會加速絕緣介質(zhì)的老化，而容易導(dǎo)致電容器損壞。因此，電容無功補(bǔ)償柜不能應(yīng)用于變頻器的補(bǔ)償，應(yīng)選用具有抑制諧波功能的濾波無功補(bǔ)償裝置。
濾波無功補(bǔ)償治理方案
治理目標(biāo)
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濾波補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)滿足國標(biāo)GB/T 14549-93標(biāo)準(zhǔn)及無功功率的管理規(guī)定。
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在0.4KV系統(tǒng)運(yùn)行方式下，濾波補(bǔ)償設(shè)備投運(yùn)后，中頻爐、變頻器特征諧波得到有效濾除，諧波濾除率在70%以上，月平均功率因數(shù)0.95以上。
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不因?yàn)橥度霝V波補(bǔ)償支路而引起諧波的諧振或諧振過電壓、過電流。
設(shè)計(jì)遵循標(biāo)準(zhǔn)
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電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波 GB/T14519-1993
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電能質(zhì)量 電壓波動和閃變 GB12326-2000
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低壓無功功率補(bǔ)償裝置總技術(shù)條件 GB/T 15576-1995
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低壓無功就地補(bǔ)償裝置 JB/T 7115-1993
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無功補(bǔ)償技術(shù)條件；JB/T9663-1999《低壓無功功率自動補(bǔ)償控制器》
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低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流限值 GB/T 17625.7-1998
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電工術(shù)語 電力電容器 GB/T 2900.16-1996
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低壓并聯(lián)電容器 GB/T 3983.1-1989
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電抗器 GB10229-88
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電抗器 IEC 289-88
設(shè)計(jì)思路
根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況，我公司針對變頻器濾波無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)了整套方案，綜合考慮負(fù)荷功率因數(shù)、諧波濾除，在企業(yè)變壓器0.4KV低壓側(cè)安裝一套濾波無功補(bǔ)償裝置對諧波進(jìn)行濾除，補(bǔ)償無功功率提高功率因數(shù)。
變頻器和直流電機(jī)工作過程中整流裝置產(chǎn)生6K+1次諧波，采用傅立葉級數(shù)對電流進(jìn)行分解變換，即特征諧波產(chǎn)生5次250HZ、7次350HZ高次諧波。故在設(shè)計(jì)變頻器濾波無功補(bǔ)償時(shí)要針對250HZ、350HZ頻率設(shè)計(jì)，保證濾波補(bǔ)償支路在有效濾除諧波的同時(shí)補(bǔ)償無功功率，提高功率因數(shù)，使系統(tǒng)諧波符合國標(biāo)GB/T 14549-93標(biāo)準(zhǔn)。
設(shè)計(jì)分配
1250KVA變壓器對應(yīng)的變頻器綜合功率因數(shù)從0.8補(bǔ)償?shù)?.95以上,5次諧波自280A降到56A,7次諧波自160A降到32A，濾波補(bǔ)償裝置需要安裝容量為636KVar，分6組容量進(jìn)行自動投切，對應(yīng)變頻器整流電源進(jìn)行濾波補(bǔ)償，分為5次、7次及精補(bǔ)濾波補(bǔ)償之路自動進(jìn)行投切，滿足變頻器濾波及無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)要求。此設(shè)計(jì)充分保證了諧波治理符合國標(biāo)GB/T 14549-93標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)節(jié)變頻器功率因數(shù)在0.95以上。同上設(shè)計(jì)計(jì)算 1000KVA變壓器安裝容量為520KVAR,800KVA變壓器安裝容量為410KVAR,630KVA變壓器安裝容量為300KVAR.如下圖：
安裝濾波補(bǔ)償后效應(yīng)分析
2010年10月變頻器直流電機(jī)濾波無功補(bǔ)償裝置安裝投運(yùn)，裝置自動跟蹤負(fù)荷變化情況，事實(shí)消除高次諧波補(bǔ)償無功功率，提高功率因數(shù)。情況如下：
諧波頻譜分布圖
濾波補(bǔ)償前（電流） 濾波補(bǔ)償后（電流）
濾波補(bǔ)償前（電壓） 濾波補(bǔ)償后（電壓）
負(fù)載波形圖
濾波補(bǔ)償前（電流） 濾波補(bǔ)償后（電流）
濾波補(bǔ)償前（電壓） 濾波補(bǔ)償后（電壓）
功率因數(shù)曲線圖
濾波補(bǔ)償裝置投入后功率因數(shù)0.97左右（凸起部分為切除濾波補(bǔ)償裝置時(shí)功率因數(shù)只有0.8左右）
負(fù)載運(yùn)行情況
1250KVA變壓器使用電流從1400A降為1150A，降幅為18%；1000KVA變壓器使用電流從1200A降為960A，降幅為20%，800KVA變壓器使用電流從1000A降為810A，降幅為19%，630KVA變壓器使用電流從800A降為660A，降幅為17.5%。補(bǔ)償后功率損耗減少值為WT=△Pd*(S1/S2)2*τ*[1-(cosφ1/cosφ2)2]=50×{(0.85×5000)/5000}2×0.4≈34(kw?h)式中Pd為變壓器短路損耗,為50KW,年節(jié)省電費(fèi)開支34*20*30*10*0.7=14萬元（按每天工作20小時(shí)，每月30天，全年10個(gè)月，每度電0.7元錢）；由于諧波降低節(jié)約的電費(fèi)： 諧波電流對變壓器產(chǎn)生的損耗主要為增加鐵磁損耗和銅損,鐵磁損耗與諧波電流頻率的三次方有關(guān),工程上一般取2%~5%,對于整流負(fù)荷,取2%,即: WS=5000*6000*0.7*0.02≈42萬元，即全年節(jié)約電費(fèi)14+42=56（萬元）。
功率因數(shù)情況
企業(yè)當(dāng)月綜合功率因數(shù)從0.8提高到0.95，且以后每月功率因數(shù)都保持在0.96-0.98，每月都多獎勵10000-15000元不等。
結(jié)論
綜上所述變頻器濾波無功補(bǔ)償裝置具有很好的濾除諧波和補(bǔ)償無功的能力，解決了企業(yè)無功罰款問題，增強(qiáng)了變壓器的輸出能力，優(yōu)化了電能質(zhì)量，使用電設(shè)備性能得到了提升，降低了有功附加損耗，提升了產(chǎn)量，為企業(yè)帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，用戶投資不到一年就收回了投資。因此企業(yè)對我公司生產(chǎn)的變頻器濾波無功補(bǔ)償非常滿意，并在以后給介紹了不少客戶。
菏澤低壓濾波無功補(bǔ)償治理方案
