臨沂低壓濾波無功補償治理方案
應用案例
用戶基本情況
河北某塑膠制品企業(yè)主要生產(chǎn)戶內、外廣告燈箱布、噴繪布，PVC壓延膜產(chǎn)品，企業(yè)生產(chǎn)設備有四條寬幅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動電機和直流驅動電機，有1000KVA兩臺、1250KVA變壓器兩臺、800變壓器兩臺、630KVA變壓器1臺，每臺變壓器低壓側都配有電容補償柜。供電系統(tǒng)圖如下：
實際運行數(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償柜經(jīng)常出現(xiàn)跳閘、電容器鼓肚漏油、控制器顯示不準控制異常等現(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)線的電機及變頻器時有發(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荷為6脈動整流，整流設備在工作中在把交流變?yōu)橹绷鞯耐瑫r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，影響供電質量及運行安全，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%，且個別諧波電壓畸變率低于3%，較高的畸變量可導致控制設備誤動作，進而造成生產(chǎn)或運行中斷，導致較大的生產(chǎn)責任事故。
當無功補償電容器組投入時，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，嚴重影響其使用壽命，另一方面當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，引起諧波電流嚴重放大（2-10倍）使電容器過熱而損壞，同時，諧波使工頻正弦波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生鋸齒狀尖頂波，易在絕緣介質中引發(fā)局部放電，長時間的局部放電也會加速絕緣介質的老化，而容易導致電容器損壞。因此，電容無功補償柜不能應用于變頻器的補償，應選用具有抑制諧波功能的濾波無功補償裝置。
濾波無功補償治理方案
治理目標
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濾波補償裝置設計滿足國標GB/T 14549-93標準及無功功率的管理規(guī)定。
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在0.4KV系統(tǒng)運行方式下，濾波補償設備投運后，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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不因為投入濾波補償支路而引起諧波的諧振或諧振過電壓、過電流。
設計遵循標準
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電能質量 公用電網(wǎng)諧波 GB/T14519-1993
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電能質量 電壓波動和閃變 GB12326-2000
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低壓無功功率補償裝置總技術條件 GB/T 15576-1995
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低壓無功就地補償裝置 JB/T 7115-1993
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無功補償技術條件；JB/T9663-1999《低壓無功功率自動補償控制器》
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低壓電氣及電子設備發(fā)出的諧波電流限值 GB/T 17625.7-1998
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電工術語 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
設計思路
根據(jù)企業(yè)實際情況，我公司針對變頻器濾波無功補償設計了整套方案，綜合考慮負荷功率因數(shù)、諧波濾除，在企業(yè)變壓器0.4KV低壓側安裝一套濾波無功補償裝置對諧波進行濾除，補償無功功率提高功率因數(shù)。
變頻器和直流電機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。故在設計變頻器濾波無功補償時要針對250HZ、350HZ頻率設計，保證濾波補償支路在有效濾除諧波的同時補償無功功率，提高功率因數(shù)，使系統(tǒng)諧波符合國標GB/T 14549-93標準。
設計分配
1250KVA變壓器對應的變頻器綜合功率因數(shù)從0.8補償?shù)?.95以上,5次諧波自280A降到56A,7次諧波自160A降到32A，濾波補償裝置需要安裝容量為636KVar，分6組容量進行自動投切，對應變頻器整流電源進行濾波補償，分為5次、7次及精補濾波補償之路自動進行投切，滿足變頻器濾波及無功補償?shù)脑O計要求。此設計充分保證了諧波治理符合國標GB/T 14549-93標準，調節(jié)變頻器功率因數(shù)在0.95以上。同上設計計算 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：
安裝濾波補償后效應分析
2010年10月變頻器直流電機濾波無功補償裝置安裝投運，裝置自動跟蹤負荷變化情況，事實消除高次諧波補償無功功率，提高功率因數(shù)。情況如下：
諧波頻譜分布圖
濾波補償前（電流） 濾波補償后（電流）
濾波補償前（電壓） 濾波補償后（電壓）
負載波形圖
濾波補償前（電流） 濾波補償后（電流）
濾波補償前（電壓） 濾波補償后（電壓）
功率因數(shù)曲線圖
濾波補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償裝置時功率因數(shù)只有0.8左右）
負載運行情況
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)省電費開支34*20*30*10*0.7=14萬元（按每天工作20小時，每月30天，全年10個月，每度電0.7元錢）；由于諧波降低節(jié)約的電費： 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,工程上一般取2%~5%,對于整流負荷,取2%,即: WS=5000*6000*0.7*0.02≈42萬元，即全年節(jié)約電費14+42=56（萬元）。
功率因數(shù)情況
企業(yè)當月綜合功率因數(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。
結論
綜上所述變頻器濾波無功補償裝置具有很好的濾除諧波和補償無功的能力，解決了企業(yè)無功罰款問題，增強了變壓器的輸出能力，優(yōu)化了電能質量，使用電設備性能得到了提升，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償非常滿意，并在以后給介紹了不少客戶。
臨沂低壓濾波無功補償治理方案
