谐波治理方案

谐波治理方案

目录

一、谐波的基本定义及基础知识 (3)

二、系统概述 (5)

三、滤波补偿方案 (5)

四、滤波效果分析 (12)

五、滤波补偿对网压波动的改善预测 (13)

六、设计依据 (13)

七、TSC谐波治理及动态补偿关键元器件整件的要求 (13)

八、滤波柜体尺寸 (14)

九、供货范围以及基本要求 (15)

十、施工进度计划安排 (15)

十一、系统造价 (15)

十二、柜体排列图 (16)

谐波治理方案

一、谐波的基本定义及基础知识

1.1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，影响精密加工设备的正常运行，影响电力电子计量设备的准确性。

1.3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：

★滤除高次谐波能够优化用电环境，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调谐的情况下滤波装置仍能满足各项要求。

2）电网阻抗变化对滤波装置尤其是其中的单调谐滤波器的滤波效果有较大影响，而更为严重的是，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。

二、系统概述

1、变压器容量：2000KVA 电压等级10KV/660V 连接组别：三角形-星形

短路阻抗：5.6%（大概）

主要负载：中频熔炼炉（功率为2000KW）1台

2. 变压器容量：315KVA 电压等级10KV/400V 连接组别：星形-星形

短路阻抗：4.3%（大概）

主要负载：中频熔炼炉（功率为400KW）两台

根据贵公司提供的供电系统资料及用电设备的各项参数可知，该低压配电系统现有2000KVA变压器1台，另一台为315kva变压器一台，主要用电负荷为中频熔炼炉设备。由于中频炉为整流设备采用的是6脉整流的工作特性，在工作时不同程度地产生了一定的谐波发生量，主要产生以6N±1次为主的奇次谐波分量。根据用户对该配电系统的低压谐波监测数据分析可知，在用户配电系统中，5次谐波分量比较大，5次谐波电流达到了460A以上，7次谐波电流300A，11次谐波电流150A（2000KVA 变压器），谐波电压及电流畸变率均会超出了国家《电能质量公用电网谐波》（GB/T 14549-93）的国家标准。系统产生的谐波电流注入10KV电网，将导致电力系统中高次谐波含量迅速增长，引起供电电压波形畸变，增加了线损和用电设备的损耗，造成了多余的能耗，影响电网其他用户用电设备的正常运行，造成高压10KV侧无法进行电容补偿，降低了电能质量。

为了保证设备正常运行、供电系统可靠供电和节约电能，需要对该设备采取抑制谐波电流的技术措施，同时考虑补偿基波无功功率。根据我国有关电网电压质量的标准规定，以及目前国内外在谐波治理方面的研究成果，采用滤波兼动态补偿技术方案，针对该整流变产生的特征谐波分别设置滤波回路，吸收谐波电流，同时也起到补偿基波无功功率节约电能的作用。该设备具有动态跟随负荷的变化的特性，能有效提高电网的电能质量、功率因数和节约电能，同时提高整个用电系统运行的可靠性及设备运行效率，降低运行成本和设备维护费用，延长设备的使用寿命，给用户带来明显的经济效益。根据该配电系统的情况，对用户整个配电系统进行谐波治理总共需要1套滤波补偿装置，即在2000KVA变压器的低压绕组侧分别安装一套滤波补偿装置。

三、滤波补偿方案

根据配电系统的实际情况，本方案设计对2000KVA变压器进行谐波治理及无功功率补偿，故其考核点也只设在变压器的10KV接入点。设计方案综合考虑节约用户成本投入，即要降低用户配电系统的谐波发生量，使用户配电系统谐波量达到国家标