某炭素廠配電系統(tǒng)諧波治理節(jié)能改造方案

設計編號：客戶名稱：項目名稱：設計方案TIME\@"EEEE年O月"二〇二三年一月目錄一、項目概述?????????????????????????????????????????????2二、企業(yè)實施電能質(zhì)量管理的必要性?????????????????????????????21、諧波對設備及生產(chǎn)的影響?????????????????????????????????42、諧波治理是企業(yè)發(fā)展需求???????????????????????????????…53、電能質(zhì)量改善帶來的效益?????????????????????????????????5三、諧波治理改造方案要求???????????????????????????????????5四、諧波治理技術方案???????????????????????????????????????61、測試目的及儀表簡介???????????????????????????????????62、數(shù)據(jù)測試及分析??????????????????????????????????????133、諧波治理解決方案????????????????????????????????????14五、產(chǎn)品介紹?????????????????????????????????????????????18六、無源濾波、有源濾波及與其他進口品牌的比較???????????????????27七、工程概要??????????????????????????????????????????????29八、質(zhì)量保證和售后服務????????????????????????????????????30九、應用案件例介紹?????????????????????????????????????????31一、項目概述1.編制的依據(jù)：根據(jù)碳素廠煅燒車間.新焙燒車間.成型車間提供的用電數(shù)據(jù)及我方技術人員現(xiàn)場采集電氣數(shù)據(jù)編制此方案。2.改造單位的基本情況：碳素廠煅燒車間和新焙燒主要用電設備為：風機、混捏機和電焊機等動力設備，其中大部分設備使用了ABB變頻器,產(chǎn)生了大量的諧波，考慮到生產(chǎn)工藝的安全保障及電力品質(zhì)改造的方向，根據(jù)設備用電情況及生產(chǎn)工藝要求進行諧波治理改造方案的設計。3、供電系統(tǒng)情況分析：碳素廠煅燒車間，新焙燒，成型用電設備以電機為主。由于生產(chǎn)工藝要求的復雜性，對用電設備的供電質(zhì)量的可靠性要求較高。在現(xiàn)場用電設備中，變頻負載所占比例較大，產(chǎn)生大量的諧波，影響供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，極大地惡化了線路和系統(tǒng)的電力品質(zhì)，對線路系統(tǒng)中的其他設備及PLC系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生了不良影響和安全隱患，同時造成不必要的電力能源額外損耗。二、企業(yè)實施電效管理的必要性1、諧波對設備及生產(chǎn)的影響(1)諧波對電機的影響諧波對電機的危害主要是產(chǎn)生附加的損耗和轉(zhuǎn)矩。由于集膚效應、磁滯、渦流等隨著頻率的增高而使在旋轉(zhuǎn)電機的鐵心和繞組中產(chǎn)生的附加損耗增加。在供電系統(tǒng)中，用戶的電動機負荷約占整個負荷的絕大部分。因此，諧波使電力用戶電動機總的附加損耗增加的影響最為顯著。由于電動機的出力一般不能按發(fā)熱情況進行調(diào)整，由諧波引起電動機的發(fā)熱效是按它能承受的諧波電壓折算成等值的基波負序電壓來考慮的。相關試驗表明，在額定出力下持續(xù)承受為3%額定電壓的負序電壓時，電動機的絕緣壽命要減少一半。諧波電流所產(chǎn)生的諧波轉(zhuǎn)矩對電動機的平均轉(zhuǎn)矩的影響不大，但諧波會產(chǎn)生顯著的脈沖轉(zhuǎn)矩，可能會出現(xiàn)電機轉(zhuǎn)軸扭曲振動的問題。(2)諧波對變壓器的影響諧波電流使變壓器的銅耗增加，特別是諧波會在其繞組中形成環(huán)流，使繞組過熱；對全星形連接的變壓器，當繞組中性點接地，而該側(cè)電網(wǎng)中分布電容較大或者裝有中性點接地的并聯(lián)電容器時，可能形成諧波諧振，使變壓器附加損耗增加。(3)諧波對工廠自動控制系統(tǒng)的影響隨著自動控制的普及，工廠大量使用了如PLC，DCS等電子設備的自動控制系統(tǒng)，此類設備對供電電壓的諧波畸變很敏感，這種設備常常須靠電壓波形的過零點和其它電壓波形取得同步運行。電壓諧波畸變可導致電壓過零點漂移或改變一個相間電壓高于另一個相間電壓的位置點。這兩點對于不同類型的自動控制設備是至關重要的?？刂葡到y(tǒng)對這兩點(電壓過零點與電壓位置點)的判斷錯誤可導致控制系統(tǒng)失控。諧波還嚴重干擾儀表信號的幅值，進而造成生產(chǎn)或運行中斷或誤動作，引起設備和生產(chǎn)事故，導致較大的經(jīng)濟損失。（4）諧波對供電線路的影響優(yōu)于供電線路阻抗的頻率特性，線路電阻隨著頻率的升高而增加。在集膚效應的作用下，諧波電流使輸電線路的附加損耗增加。在供應電網(wǎng)的損耗中，變壓器和輸電線路的損耗占了大部分，所以諧波使電網(wǎng)網(wǎng)損增大。諧波還使三相供電系統(tǒng)中的中性線的電流增大，導致中性線過載。輸電線路存在著分布的線路電感和對地電容，它們與產(chǎn)生諧波的設備組成串聯(lián)回路或并聯(lián)回路時，在一定的參數(shù)配合條件下，會發(fā)生串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振。一般情況下，并聯(lián)諧波諧振所產(chǎn)生的諧波過電壓和過電流對相關設備的危害性較大。當注入電網(wǎng)的諧波的頻率位于在網(wǎng)絡諧振點附近的諧振區(qū)內(nèi)時，會激勵電感、電容產(chǎn)生部分諧振，形成諧波放大。在這種情況下，諧波電壓升高、諧波電流增大將會引起繼電保護裝置出現(xiàn)誤動，以至損壞設備，與此同時還可產(chǎn)生相當大的諧波網(wǎng)損。對于電力電纜線路，由于電纜的對地電容比架空線路約大10-20倍，而感抗約為架空線路的1/2-1/3，因此更容易激勵出較大的諧波諧振和諧波放大，造成絕緣擊穿的事故。(5)影響繼電保護和自動裝置的工作和可靠性諧波對電力系統(tǒng)中以負序(基波)量為基礎的繼電保護和自動裝置的影響十分嚴重，這是由于這些按負序(基波)量整定的保護裝置，整定值小、靈敏度高。如果在負序基礎上再疊加上諧波的干擾則會引起發(fā)電機負序電流保護誤動(若誤動引起跳閘，則后果嚴重)、變電站主變的復合電壓啟動過電流保護裝置負序電壓元件誤動，母線差動保護的負序電壓閉鎖元件誤動以及線路各種型號的距離保護、高頻保護、故障錄波器、自動準同期裝置等發(fā)生誤動，嚴重威脅電力系統(tǒng)的安全運行。(6)干擾通信系統(tǒng)的工作電力線路上流過的5、7、11、13等幅值較大的奇次低頻諧波電流通過磁場耦合，在鄰近電力線的通信線路中產(chǎn)生干擾電壓，干擾通信系統(tǒng)的工作，影響通信線路通話的清晰度，而且在諧波和基波的共同作用下，觸發(fā)電話鈴響，甚至在極端情況下，還會威脅通信設備和人員的安全。另外高壓直流(HVDC)換流站換相過程中產(chǎn)生的電磁噪聲(3-10kHz)會干擾電力載波通信的正常工作，并使利用載波工作的閉鎖和繼電保護裝置產(chǎn)生動作失誤，影響電網(wǎng)運行的安全。(7)對用電設備的影響諧波會使如照明設備、通信設備、電視及音響設備、電腦設備、載頻遙控設備等都容易受諧波的干擾而影響其正常的工作或減少其使用壽命.(8)諧波對人體的影響從人體生理學來說，人體細胞在受到刺激興奮時，會在細胞膜靜息電位基礎上發(fā)生快速電波動或可逆翻轉(zhuǎn)，其頻率如果與諧波頻率相接近，電網(wǎng)諧波的電磁輻射就會直接影響人的腦磁場與心磁場。2、諧波治理是企業(yè)發(fā)展的需求電能管理、電力分配和電力品質(zhì)、負載設計等問題已成為影響企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的又一重要因素，因電能管理、電力分配不合理和電力品質(zhì)不佳等問題造成的設備故障率上升、產(chǎn)品品質(zhì)下降、設備增容成本增加的問題已成為企業(yè)又一制約發(fā)展和贏利的成本。同時，中國企業(yè)側(cè)的電能使用效率卻極低，我們每創(chuàng)造一個GDP單位的收益，所用去的電耗，是發(fā)達國家的3－5倍。電能使用密度過大，電耗高度密集，使得一些企業(yè)的成本過高，產(chǎn)品不具備國際和市場競爭力。三、諧波治理改造方案的要求目的：在滿足生產(chǎn)工藝的情況下，以消除諧波為目的。全面考慮節(jié)能降耗的方法和途徑，降低用電系統(tǒng)電費成本，提升設備使用效率；選擇設備簡潔、種類盡量少是這次方案設計的一個基本目標。本次設計方案的優(yōu)劣直接會影響相關設備的操作和維護，而系統(tǒng)的復雜程度也隨之會有變化，因此，設計的每一個細節(jié)都需考慮到將來實施、操作、管理、維護的每一個層面。兼容性：考慮到生產(chǎn)工藝的需要，電效控制柜設備獨立，不依賴于原有系統(tǒng)，出現(xiàn)問題能及時脫離原操作系統(tǒng)。維護性：操作簡單，設備安裝維護簡潔，以并聯(lián)方式進行連接。保證控制系統(tǒng)的相互操作性、關聯(lián)性，并易于維護、管理和擴充。綜合效益：包括可以提高電機的實際功率因數(shù)、降低線損、減少電機的損壞率、換修率、延長設備的維修周期和使用壽命等，從而提高設備使用效率，提升企業(yè)的競爭力。四、諧波治理技術方案第一部分：測試目的及儀表簡介：諧波測試目的：了解無功、諧波的基本情況并進行電氣數(shù)據(jù)分析。測試儀器：（FLUKE43B電能質(zhì)量分析儀）監(jiān)測及記錄電力質(zhì)量，當問題出現(xiàn)時分析它產(chǎn)生的原因，電力質(zhì)量故障診斷功能最全面的儀器，測量功率因數(shù)，突升，突降，閃變，諧波分析到50次，高頻瞬態(tài)測量，檢測及波形顯示。設備技術參數(shù);·電壓精確度:0.2%+0.1電流精確度:0.5%+0.1第二部分：數(shù)據(jù)測試及分析1.煅燒車間配電系統(tǒng)由2臺容量800kVA變壓器供電，電壓等級為400V，各變壓器配電系統(tǒng)下負荷基本相同，三相運行電流、電壓基本平衡，系統(tǒng)有變頻器12臺.各配電系統(tǒng)負載設備有鍋爐引風機132KWⅹ2臺、大窯引風機45KWⅹ2臺、小窯引風機55KWⅹ2臺,還有一些小功率設備和照明設備。變壓器根據(jù)生產(chǎn)需要提供3種供電方式;(1).開一備一運行,閉合母線.(2).2臺同時獨立運行,斷開母線.(3).開一備一運行,斷開母線.(這種運行方式較少出現(xiàn))煅燒車間配電系統(tǒng)示意圖2008年5月5日煅燒車間1#變壓器母線各測試電氣數(shù)據(jù)圖表如下：（1）、A相現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)如下：A相5次諧波電流和諧波含量A相7次諧波電流和諧波含量負荷平均功率和功率因數(shù)負荷平均諧波含量和電流C相5次瞬時諧波電流C相7次瞬時諧波電流煅燒配(1#進線線)諧波參數(shù)容量電壓等級短路阻抗最大負載電流負載功率總和800KVA400V4.54%680A650KWUan(v)A相功率)2.5226.4222.35.63.73.33.163-7852-6889-1250.80-0．88350諧波含量（%）2．41.81.51．3Ia(A))24.5370-430350-5104.2-9.856-6826-335．19.86.85．53．24．3諧波含量（%）1.715-18%8.7%1．4%2.71．7%1．3%0．6%1．0%(2).測量的數(shù)據(jù)表明該配電系統(tǒng)主要以5、7次諧波為主，其諧波電流含量18%，系統(tǒng)功率因素0.83左右.需要進行治理.2．新焙燒配電系統(tǒng)由2臺160kVA變壓器供電，電壓等級為400V，各變壓器配電系統(tǒng)下負荷基本相同，三相運行電流、電壓基本平衡，安裝有8臺這頻器,配電系統(tǒng)負載設備有排煙風機315KWⅹ3臺（開2臺備用1臺）、多功能卷揚機45KWⅹ2臺、羅茨風機90KWⅹ1臺。大行車2臺（變頻器1拖2），小行車2臺（變頻器1拖2）,還有一些小功率設備和照明設備.變壓器根據(jù)生產(chǎn)需要提供3種供電方式;(1).開一備一運行,閉合母線.(2).2臺同時運行,斷開母線.(3).開一備一運行,斷開母線.(這種運行方式較少出現(xiàn))新焙燒車間配電系統(tǒng)示意圖2008年5月5日新焙燒2#變壓器母線各測試電氣數(shù)據(jù)圖表（1）、A相現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)如下：A相5次瞬時諧波電流A相瞬時基波電流新焙燒配(2#進線)諧波參數(shù)容量電壓等級短路阻抗最大負載電流負載功率總和1600KVA400V4.861300A950KWUan(v)A相功率)2.5226.4226.46．53.83.33，4140651470.9550諧波含量（%）2．81.61.51．5Ia(A))23.5587-6115851611368325307188諧波含量（%）2.519.311.10.44.14.71.12.71.3(2).測量的數(shù)據(jù)表明該配電系統(tǒng)主要以5、7次諧波電流為主，其諧波電流含量19.3%，有必要進行治理.系統(tǒng)功率因素0.93左右.達到國家標準.3.成型車間配電系統(tǒng)由2臺160kVA變壓器供電，電壓等級為400V，，各變壓器配電系統(tǒng)下負荷基本相同，三相運行電流、電壓基本平衡，配電系統(tǒng)負載設備有風機132KWⅹ1臺、磨機132KWⅹ1臺。除塵風機45KWⅹ2臺、破碎機37KWⅹ2臺，振動篩37KWⅹ2。除塵風機22KWⅹ4臺。大行車30KWⅹ2臺，還有一些小功率設備和照明設備，功率總和大約865KW。該車間有變頻器6臺。變壓器根據(jù)生產(chǎn)需要提供3種供電方式;(1).開一備一運行,閉合母線.(2).2臺同時運行,斷開母線.(3).開一備一運行,斷開母線.(這種運行方式較少出現(xiàn))2008年5月18日成型車間1#變壓器母線各測試電氣數(shù)據(jù)圖表如下：單相測試數(shù)據(jù)圖表成型車間(2#進線)諧波參數(shù)容量電壓等級短路阻抗最大負載電流負載功率總和1600KVA400V4.89%1150A890KWUan(v)A相功率)0.8225.92250.221.120.6711158197.40.9150諧波含量（%）0.10.50.3Ia(A))26.2650-880905.23899.12.9625.10526.210.045.02諧波含量（%）4.5%10.71.82.52.61.30.5(2).測量的數(shù)據(jù)表明該配電系統(tǒng)主要以3、5、7、9次諧波為主，其諧波電流含量10.7%，需要進行治理.系統(tǒng)功率因素0.91左右.達到國家標準.4．數(shù)據(jù)分析：從供電系統(tǒng)的測量結果來看，電機的變頻負載在正常運行中存在的諧波電流是：三次、五次、七次、十一次和十三次諧波電流。由于這些諧波的存在，一方面增加很多電能的損耗，另一方面還會增加變壓器的負擔，勢必會給整個電網(wǎng)系統(tǒng)和生產(chǎn)設備造成一定的危害。供電系統(tǒng)正常運行時奇次諧波電流已經(jīng)逼近國家管制的標準，由于諧波量偏大，將引起額外的線路損耗、接觸損耗、鐵心損耗，易于造成線路和設備發(fā)熱從而引發(fā)安全事故并損害設備的正常工作和正常使用壽命。大量的諧波電流不僅僅給供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成嚴重影響，同時影響電網(wǎng)的供電安全。從測量諧波電流數(shù)據(jù)可以看出,變頻負載產(chǎn)生比較大的諧波電流從而引起嚴重的電流畸變。從電壓、電流諧波表中可以看出，諧波電流最大畸變率為241A(24.6%),從測量的數(shù)據(jù)可以看出電流諧波比較大。諧波的存在，嚴重地影響了各種電氣設備的正常運行，并不可必免地給用戶帶來附加損耗。從調(diào)查的結果來看，碳素廠變頻負載在客觀上產(chǎn)生各次諧波，由于諧波含量大，電流總畸變率偏大，導致波形發(fā)生明顯畸變，造成很大的能源浪費，影響設備的安全和使用壽命.第三部分、諧波治理技術解決方案1.設計依據(jù)根據(jù)從碳素廠現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)（見非標產(chǎn)品現(xiàn)場諧波參數(shù)表）和現(xiàn)場調(diào)查的情況，以及將要達到的改造要求來編制本方案。從現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)可以看出，配電系統(tǒng)的功率因素還可以；但3次、5次、7次、11次諧波電流含量較高。整個配電系統(tǒng)的電力品質(zhì)惡化程度比較嚴重。從諧波治理角度分析，碳素廠的諧波干擾已非常嚴重，影響設備的安全運行，所以諧波治理已到了急需治理的程度。從節(jié)能的角度分析，提高畸變功率因數(shù)，減少諧波畸變功率,從測量的數(shù)據(jù)計算需要增加兩臺有源電力濾波器，降低視在功率從而達到變壓器增容的目的,降低基波電流有效值從而達到保護及節(jié)能的雙重功效。2.設計方案設計選擇英國薩梅特(SAHF)有源電力濾波器進行治理,作為世界上較早從事節(jié)能和電能質(zhì)量產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)的專業(yè)制造廠商,英國薩梅特具有強大的研發(fā)和生產(chǎn)能力，一直引領業(yè)界技術的發(fā)展，具備傲視同儕的領先自主技術！并且依靠強大的規(guī)模生產(chǎn)優(yōu)勢，所供應的產(chǎn)品具有無與倫比的性價比，性能卓越。有源電力濾波器的成功掛網(wǎng)運行預示著該裝置在解決了諧波危害的同時，將同時帶來大大降低電網(wǎng)的無功損耗，節(jié)約大量電能的益處，并為清潔電網(wǎng)做成重大貢獻，使電網(wǎng)綠色環(huán)境成為一種可能。

有源電力濾波器,根據(jù)最新的瞬時無功功率理論，應用數(shù)字信號處理技術（DSP），脈寬調(diào)制技術（PWM），智能化功率單元技術（IPM），觸摸屏技術（GP）等前沿科技，可實現(xiàn)動態(tài)消除諧波，平衡三相負荷，是一種高技術含量，濾波效率好的新型產(chǎn)品,根據(jù)各配電系統(tǒng)的狀況所選用的有濾波器產(chǎn)品型號如下表:(1).煅燒車間基波電流為350A-510A,5次諧波電流較大,在56A-68A范圍,諧波含量18%,功率因素0.83,考慮到如果該配電系統(tǒng)負載設備增加,不必另外增添濾波器裝置.所以選用2臺容量為100A的三相三線有源濾波裝置（型號：SAHF-04-A100/380V），并聯(lián)安裝于配電系統(tǒng)母線上；吸收200A以下諧波,吸收率達到90%以上,功率因素達到95%以上.(2).成型車間基波電流905A左右,5次諧波電流最大為99A,諧波電流較大,功率因素0.95,達到國家考核指標.考慮到如果負載設備增加,不必另外增添濾波器裝置,所以選用2臺容量為100A的三相三線有源濾波裝置（型號：SAHF-04-A100/380V），總?cè)萘繛?00A源濾波裝置并聯(lián)安裝于配電系統(tǒng)母線上；吸收200A以下諧波,吸收率達到90%以上.功率因素達到95%以上.(3).新焙燒車間基波電流580A左右,5次諧波電流較大,在113A范圍,諧波含量19.3%,功率因素0.93,達到國家考核指標.諧波治理設計考慮到如果該配電系統(tǒng)負載設備增加,不必另外增添濾波器裝置,所以選用2臺容量為150A的三相三線有源濾波裝置（型號：SAHF-04-A150/380V），總?cè)萘繛?00A源濾波裝置并聯(lián)安裝于配電系統(tǒng)母線上；吸收300A以下諧波,吸收率達到90%以上.功率因素達到95%以上.以上三個配電系統(tǒng)的有源濾波裝置方案,適應于變壓器的各種供電方式,無論供電系統(tǒng)采取哪種運行方式都能達到理想的諧波治理和無功補償效果。有源濾波器安裝示意圖如3.設計說明因本系統(tǒng)的主要諧波源設備是變頻設備，消除線路和系統(tǒng)各次諧波是諧波治理節(jié)能改造的主要目標。從而干凈吸收諧波和浪涌，改善系統(tǒng)電力品質(zhì)，提高功率因數(shù)，保障設備安全和正常運行、提高系統(tǒng)運行效率和電力能源使用效率的角度出發(fā)，進行本項諧波治理方案的制作。4.設計原則目的：以改善電力品質(zhì)、綜合提升設備運行效率和電力能源使用效率為目的。兼容性：設備獨立，不依賴于原有系統(tǒng)，出現(xiàn)故障時能及時脫離原操作系統(tǒng)；維護性：操作簡單，設備安裝維護簡潔。5.改造后預計達到的效果和經(jīng)濟效益(SAHF)有源濾波器具有：濾波、動態(tài)補償、抑制諧振、補償無功功率等四大功能。通過技改，并聯(lián)安裝于配電系統(tǒng)母線上，以上這些低壓配系統(tǒng)的電流諧波將會被大大吸收，諧波問題的影響基本消除?？蛇_到以下效果：(1).有源濾波裝置投入后用電能質(zhì)量可明顯改善，可改善沖擊負載引起的電流沖擊，減少電壓波動和抑制電壓閃變，提高穩(wěn)定性，改善電壓質(zhì)量。功率因數(shù)可提高到0.95以上，線損降低后可提高配電變壓器的承載效率，經(jīng)濟效益明顯。(2).有源濾波器對配電系統(tǒng)自動實時跟隨、動態(tài)(VAR)補償;抑制電壓波動和閃變、降低損耗，提高用電效率。消除電網(wǎng)各次諧波、可同時濾除2次到60次的諧波電流;提高設備安全，降低設備損耗；滿足國家(國際)標準?？傊C波電流吸收率：≥90%。(3).采用高性能防涌流接觸器投切各濾波支路，完善的控制系統(tǒng)，保護功能齊全，具有短路保護、過壓保護、過流保護等，運行可靠，操作簡單(防止系統(tǒng)諧振：預防電氣設備故障、保證供電安全。

(4).改善系統(tǒng)功率因素：降低電網(wǎng)損耗、提高設備效率。電路月平均功率因數(shù)：≥0.95。(5).安裝諧波治理裝置后，有效的降低了諧波電流，增加了變壓器的有效容量，可增加相應的帶載能力，減少擴容所需的投資。(6).安裝諧波治理裝置后，可有效的降低變壓器的損耗，提高變壓器的安全運行系數(shù)，保證對諧波敏感的保護裝置和器件不發(fā)生誤動作。起到節(jié)能降耗的目的;節(jié)能率達10%～30%,減小集膚效應，熱損、銅損、鐵損、磁損、噪音

大為下降，符合國家對能源節(jié)約和降耗的指示和可持續(xù)發(fā)展的要求。并且，經(jīng)過治理后的諧波電流含量不超過電流國標限值（GB／T14549－93），電壓總畸變率不超過國標限值，如下表所示：國家標準各次諧波電流限值標準電壓KV基準短路容量MVA23456789101112131415161718190.381078623962264419211628132411129.7188.616610043342134142411118.5167.1136.16.85.3104.79.010100262013208.5156.46.85.19.34.37.93.74.13.26.02.85.43525015127.7125.18.83.84.13.15.62.64.72.22.51.93.61.73.26650016138.1135.49.34.14.33.35.92.75.02.32.62.03.81.83.4110750129.66.09.64.06.83.03.22.44.32.03.71.71.91.52.81.32.5諧波電壓總畸變率的國標限值電網(wǎng)標稱電壓KV電壓總諧波畸變率率%各次諧波電壓含有有率%奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.85、設備產(chǎn)品清單序號設備名稱型號（規(guī)格）數(shù)量備注煅燒車間有源濾波器SAHF-04--A100//380V2套英國薩梅特新焙燒有源濾波器SAHF-04--A150/380VV2套英國薩梅特成型車間有源濾波器SAHF-04--A100/380VV2套英國薩梅特電流傳感器HHAL18個瑞士LEM集團銅芯電力電纜50㎜2×3350米無錫遠東電纜廠銅芯電力電纜70㎜2×3200米無錫遠東電纜廠屏蔽電纜1.5㎜2×7300米說明:此配制是根據(jù)現(xiàn)場場測試及炭素素廠要求,將項目原計計劃裝置的三三臺75A容量有源濾波器改改為四臺1000A容量有有源濾波器裝裝置(主要考慮將將來生產(chǎn)需要要增添負載設設備,不必再增加加濾波器).本裝置具有有消除諧波的的同時補償無無功功率.五、產(chǎn)品簡介1.薩梅特(SAHF)有源電力濾波器簡介：(SAHF)有源電力濾波器是一種用于動態(tài)抑制諧波、補償無功功率的新型電力電子裝置，采用高頻電力電子開關變換技術、模擬和數(shù)字混合電路技術進行電流檢測和電流注入的新型電力電子裝置。能對大小和頻率都變化的諧波及無功功率進行補償。和傳統(tǒng)的無源濾波器相比，有突出的優(yōu)點。

(1)對各次諧波和分數(shù)諧波均能有效地抑制，且可提高功率因數(shù)；

(2)系統(tǒng)阻抗和頻率發(fā)生波動時，不會影響補償效果。并能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償，且補償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響；

(3)不會產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，且能抑制由于外電路的諧振產(chǎn)生的諧波電流的變化；

(4)用一臺裝置就可以實現(xiàn)對各次諧波和基波無功功率的補償；

(5)不存在過載問題，即當系統(tǒng)中諧波較大時，裝置仍可運行，無需斷開等。

由以上可看出，它克服了傳統(tǒng)的無源濾波器的缺點，具有良好的調(diào)節(jié)性能，因而有很大的發(fā)展前途。

2.(SAHF)有源電力濾波器系統(tǒng)結構

(SAHF)有源電力濾波器系統(tǒng)結構如圖l所示。(SAHF)有源電力濾波器的基本工作原理是：實時檢測補償對象的電壓和電流，經(jīng)指令電流運算單元計算出補償電流指令信號，該信號經(jīng)補償電流發(fā)生電路放大產(chǎn)生補償電流，補償電流與負載電流中需用補償?shù)闹C渡及無功等電流抵消，最終得到期望的電源電流。在圖1中的體現(xiàn)是，當需要補償負載所產(chǎn)生的諧波電流時，有源電力濾波器檢測出補償對象負載電流iL中的諧波分量iLb后，將其反極性作為補償電流的指令信號iC*，再由補償電流發(fā)生電路產(chǎn)生補償電流ic，其中補償電流ic與負載電流中諧波分量iLh大小相等，方向相反，因而兩者相互抵消，使得電源中電流中只含基波，達到消除電源電流中諧波的目的。

圖1為有源濾波器的系統(tǒng)框圖。通過傳感器檢測非線性負載的電流iLa、iLb、iLc經(jīng)電流信號調(diào)理后送入指令電流產(chǎn)生電路，指令電流產(chǎn)生模塊是由TI公司的DSPTMS320LF2407為核心建立的。DSP計算出需要補償?shù)闹C波和無功電流后，通過外部D／A送入電流跟蹤控制電路。霍爾傳感器檢測有源電力濾波器主電路的電流ica、icb、icc，經(jīng)電流信號調(diào)理后也送入電流跟蹤控制電路，電流跟蹤控制電路對主電路補償電流與指令電流進行滯環(huán)比較后送出柵極開關驅(qū)動信號，驅(qū)動電路接受來自前級電流跟蹤控制電路的PWM信號，并經(jīng)隔離放大后驅(qū)動主電路的開關管，以控制主電流的電路跟隨指令電流的變化，最終達到實時補償諧波與無功功率的目的。電壓傳感器檢測變流器直流側(cè)總電壓，經(jīng)電壓信號調(diào)理后送入指令電流發(fā)生電路，通過合理的控制以凋節(jié)直流側(cè)電壓的穩(wěn)定。啟動、關斷和保護模塊按一定的時序控制裝置的啟動和關斷，并提供裝置的過流、過壓、過熱、缺相等故障保護功能。

3.有源電力濾波器主電路設計

有源電力濾波器主電路的形式絕大多數(shù)采用電壓型，(SAHF)有源濾波器選擇主電路為并聯(lián)電壓型、單個變流器的形式。

(SAHF)有源濾波器主電路設計需要解決的問題是：主電路容量的計算；開關器件的選擇及其參數(shù)的確定；對補償電流的跟蹤特性起決定作用的參數(shù)(輸出電感L、直流側(cè)電容電壓Ud、滯環(huán)寬度δ)的設計；按所選器件要求的驅(qū)動電路的設計以及整個裝置的各種保護電路設計。

(1)主電路容量的計算

有源電力濾波器的容量SA由式(1)確定

式中：E為電網(wǎng)相電壓有效值；

Lc為補償電流有效值。

如果所設計裝置的容量為15kVA，則

Ic=SA/3E=15x103/3x220=22．7A(2)功率開關器件的選取

(SAHF)有源濾波器選取適用于APFP中的全控型開關器件主要有GTR、IGBT、IGCT等，器件。

(3)主電路滯環(huán)寬度的選取有源電力濾波器的指令電流包含高次諧波和暫態(tài)電流，實際輸出的電流對指令電流有很高的跟蹤能力。下面以A相為例，分析采用滯環(huán)控制時逆變器的工作頻率f與電網(wǎng)電壓ea、變流器直流側(cè)電壓Ud及主電路電感值和滯環(huán)寬度δ間的相互關系。

對于A相半橋逆變電路，可得電路方程為

式(6)為正，即電感電流在上升。

設UC1=UC2=Ud/2，假定逆變器的工作開關頻率較高，在一個開關周期內(nèi)可認為電壓ea基本不變，則滯環(huán)控制時補償電流的波形如圖2所示，其中δ為滯環(huán)寬度。

由圖2，以及式(4)和式(6)，可分別計算出電流的上升時間Tu和下降時間Td，即

由式(9)知，逆變器的最小工作頻率和最大工作頻率分別為

取電流滯環(huán)寬度δ為1．2A，直流側(cè)電壓Ud為l000V，主電路電感L為5mH，則由上述公式可得：最小開關頻率為12．767kHz，最大開關頻率為20．833kHz，平均開關頻率16．8kHz。

(4)直流側(cè)電壓的計算和電容的選取

主電路的工作模式及相應的開關系數(shù)，如表1所列，等效電路圖如圖3所示。

當Ka=-1/3時，電流ica上升，即要求如果直流側(cè)電壓不能滿足大于有源電力濾波器與供電系統(tǒng)連接點的相電壓峰伉(Em)的3倍，即

同理，當Ka=1／3時，電流ica下降，即要求

也不會永遠成立。

所以直流側(cè)電壓應滿足如下條件，即

意味著主電路直流側(cè)電壓值應大于有源電力濾波器與供電系統(tǒng)連接點的相電壓峰值(Em)的3倍。在此基礎上，直流側(cè)電壓值越大，補償電流的跟隨性能越好，但器件的耐壓要求也就越高，因此(SAHF)有源電力濾波器的設計是綜合考慮的。

由式(15)，得由此選取直流側(cè)參考電壓Udref為1000V。

在某一PwM周期內(nèi)電容始終處于充電或放電狀態(tài)，直流側(cè)電容電壓最大允許偏離設定值為△Udmax，則(5).輸出電感值的選取

有源濾波器的補償特性豐要取決于輸出補償電流對于補償指令電流的跟蹤控制能力。而輸出電感值直接決定了補償電流的跟蹤速度，從而很大程度地影響電力有源濾波器的工作性能。電感值過大，則系統(tǒng)不能適時跟蹤指令電流信號，而且電感值的增大也會造成設備成本的增加；反之。如果太小，則補償后的紋波電流過大。(SAHF)有源電力濾波器設計時合理選擇主電路交流側(cè)輸出電感值。

(6)電感的最大取值由主電路的模型，對于A相有

式(23)中，對于不同的諧波源和不同的補償要求，指令電流ica*是不同的，其最大電流變化率與補償參考電流的具體表達形式密切相關。其經(jīng)驗公式為(7).電感的最小取值

如果電感取值太小，則會使補償電流的紋波過大，影響有源電力濾波器的補償效果。因此，電感的最小值主要由主電路開關器件所產(chǎn)牛的紋波決定，電感的作用是將其在補償電流上產(chǎn)生的紋波限定在一定范圍內(nèi)。有源電力濾波器的實際輸出電流偏離指令電流的最大允許值為△imax，(SAHF)有源電力濾波器以根據(jù)式(23)和式(29)，并結合實際情況對交流側(cè)電感值進行選取和調(diào)整，從而選擇合適的電感值。4.(SAHF)有源濾波裝置的應用(SAHF)有源濾波裝置并聯(lián)于系統(tǒng)電網(wǎng)中，通過實時檢測非線性負載產(chǎn)生的諧波電流和無功電流，快速產(chǎn)生與其大小相等，方向相反的補償電流IF并注入系統(tǒng)，達到濾除諧波并改善功率因數(shù)的目的。是用于動態(tài)抑制諧波、補償無功功率的新型電力電子裝置，能對大小和頻率都變化的諧波及無功功率進行補償。和傳統(tǒng)的無源濾波器相比，有突出的優(yōu)點。

(1)對各次諧波和分數(shù)諧波均能有效地抑制，且可提高功率因數(shù)；

(2)系統(tǒng)阻抗和頻率發(fā)生波動時，不會影響補償效果。并能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償，且補償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響；

(3)不會產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，且能抑制由于外電路的諧振產(chǎn)生的諧波電流的變化；

(4)用一臺裝置就可以實現(xiàn)對各次諧波和基波無功功率的補償；

(5)不存在過載問題，即當系統(tǒng)中諧波較大時，裝置仍可運行，無需斷開等,具有良好的調(diào)節(jié)性能。薩梅特(SAHF)有源濾波裝置優(yōu)點：無需現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)，即裝即用適合快速變動的負載情況，以及其他無源濾波無法治理的場合；在特殊情況下還可作為性能優(yōu)異的動態(tài)無功補償裝置（使功率因數(shù)穩(wěn)定在設定值，而不是像常規(guī)的動態(tài)或靜態(tài)無功補償，只是將功率因數(shù)控制在一定范圍內(nèi)變動）與其他進口同類產(chǎn)產(chǎn)品比較，性性能更加優(yōu)越越，更加集成成化，具有價價格競爭優(yōu)勢勢，性價比高高性能及參數(shù)：取樣電流A：0～～5A（CT二次電流）單次電流諧波限值值：≤2%溫升：電感≤400K；模塊≤20K；高頻濾波波器≤5K總電流諧波畸變率率限值：≤4%THD單模塊電流峰值限限制：≥84A動態(tài)響應：≤200ms防護等級：IP220噪音：≤30dBB自動限流，不發(fā)生生過載保證不與系統(tǒng)發(fā)生生諧振可根據(jù)需要設置為為：只補償諧諧波、只補償償無功、同時時補償諧波和和無功采用智能型IGBBT模塊，內(nèi)置置保護有：短短路、過流、過過熱、驅(qū)動欠欠壓、直流母母線過壓，可可靠性極高執(zhí)行IEEE-5519標準（國際際標準）、GGB/T14459-933和GB/Z176255.6-20003柜體規(guī)格：單柜寬寬度1000mmmX深度800mmmX高度22600mm，(注明;也可根據(jù)現(xiàn)現(xiàn)場需要訂制制)六、無源濾濾波、有源濾濾波及與其他他進口品牌的的比較：1．性能比較：項目無源(SAHF)有源諧波濾除率50-60%〉95%濾波次數(shù)固定2到41次體積大小容量擴展不能方便負載特性的適應性性弱強現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)需要不需要維修麻煩模塊化熱拔插方方便噪音55DB55DB項目達標率80%100%動態(tài)響應5s20ms自動限流無有系統(tǒng)諧振容易產(chǎn)生不發(fā)生功率因數(shù)穩(wěn)定度波動大穩(wěn)定在設定值降低線損10%10%運行模式濾波+無功可設置為只補償諧諧波、只補償償無功或同時時補償諧波和和無功保護過流、雷擊過流（兩級）、雷雷擊、過壓（兩兩級）、驅(qū)動動欠壓、輕載載封閉、過熱熱（三級）、模模塊故障報警警、適中保護護2．與其他進口品牌的的比較：薩梅特有源源濾波裝置與與國外其他知知名品牌比較較，性能指標標基本完全一一致，在某些些方面甚至更更加優(yōu)越：（1）薩梅特低壓電力力有源濾濾裝裝置采用模塊塊化設計，每每個模塊完全全獨立，單模模塊故障不影影響其他模塊塊的正常工作作，維修更方方便。由于支支持熱拔插，直直接拔出損壞壞的模塊，插插上新的模塊塊即可，前后后只需幾秒鐘鐘時間。維修修成本也更低低，只收取單單模塊的成本本即可。某些些牌由于采用用單柜大電流流的形式，維維修需要更換換功率大得多多的功率器件件，還需尋找找故障點，所所以維修相當當麻煩，費用用也高得多。（2）薩梅特低電壓力力有源濾波裝裝置保護功能能非常強大：：其中過流保保護采用兩級級保護，第一一級峰值限流流，模塊仍正正常工作，第第二級為RMS過流，模塊塊自動關斷，并并可自動恢復復。直流過壓壓保護采用兩兩級保護，第第一級過壓正正常運行，并并自動快速降降低直流電壓壓，第二級過過壓自動關斷斷，并可自動動恢復。過熱熱采用了一級級保護，第一一級50℃啟動散熱器器風機降溫，第第二級70℃啟動內(nèi)部風風道降溫，第第三級在1000℃模塊自動關關斷。模塊正正常工作于額額定電流及以以下時，溫度度不