《供电系统谐波治理技术讲座供电系统谐波治理技术讲座.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《供电系统谐波治理技术讲座供电系统谐波治理技术讲座.docx（15页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、供电系统谐波治理技术讲无源电力滤波器的设计与调试华北电力大学电气工程学院一、无源LC滤波器根本原理和结构LC滤波器仍是应用最多、最广的滤波器。1、常用的两种滤波器：调谐滤波器和高通滤波器。2、滤波器设计要求1 使注入系统的谐波减小到国标允许的水平；2进行基波无功补偿，供应负荷所需的无功功率3、单调谐滤波器由图主电路可求：3调谐次数:21 2 R2 (2 fL 2fc)2调谐频率:品质因数:在谐振点:fr1/2 LCXoR特征阻抗:R2q JR Chrfr / flXc / Xlf1Xc )|Vcq为设计滤波器的重要参数，典型值 q=30604、高通滤波器 用于吸收某一次数及其以上的各次谐波。如
2、下图j LRRjLjC22厂LR 23 L RR 22.2R 3 L32l2复数阻抗：截止频率:2 CR2 fiCRm 2r2c纟吉构参数：，一般取m=0.52 ;依据以上三式q=°.7 1.4可设计高通滤波器的参数。二、滤波器设计内容和计算公式1、滤波器参数选择原那么原那么：最小投资；母线 THDU和进入系统的谐波电流最小；满足无功补偿的要求；保证平安、可靠运行。参数设计、选择前必须掌握的资料：1 系统主接线和系统设备变压器、电缆等资料；2系统和负荷的性质、大小、阻抗特性等；3谐波源特性谐波次数、含量、波动性能等4无功补偿要求；要到达的滤波指标；5 滤波器主设备参数误差、过载能力、
3、温度等要求。以上资料是滤波器参数选择、设计必要条件。案例设计问题：没有系统最终规模的谐波资料？ ？rn§1UA2、滤波器结构及接线方式选择 或数组单调谐滤波器组成，由一组有时再加一组高通滤波工程接线可灵活多样，口口推荐采用电抗器接电容低压侧的星形接线，主要优点是：1任一电容击穿短路电流小；2设备承受的仅为相电压；3 便于分相调谐。高通滤波器多采用二阶减幅型结构基波损耗小，频率特性好，结构简单。经济原因 高通滤波器多用于高压。1、滤波器参数选择原那么和3tJLLJ7crx5；h 上p cl A jl *L 1 i原那么：最小投资；母线 THDU和进入系统的谐波电流最小；满足无功补偿的要
4、求；保证平安、可靠运行。参数设计、选择前必须掌握的资料：1 系统主接线和系统设备变压器、电缆等资料；2系统和负荷的性质、大小、阻抗特性等；3 谐波源特性谐波次数、含量、波动性能等；4无功补偿要求；要到达的滤波指标；5 滤波器主设备参数误差、过载能力、温度等要求以上资料是滤波器参数选择、设计必要条件。 本案例1段母线滤波器接线图纸拷贝？ ？。3、 滤波器设计参数的分析处理参数设计必须应依据实测值或绝对可靠的谐波计算值，但根据具 体情况可作一些近似处理：1 母线短路容量较小或换算得到的系统电抗包括变压器XS较大时， 可忽略系统等值电阻RS ；2 系统原有谐波水平应通过实测得到，在滤波器参数设计时，
5、新老谐波电流源应一起 考虑；3 L、C制造、测量存在误差，以及f、T变化可能造成滤波器失谐，误差分析是参数设计必须考虑的问题；4 参数设计涉及技术指标、平安指标和经济指标，往往需经多个方案比拟后才能确定。4、滤波器方案与参数的分析计算1 确定滤波器方案确定用几组单调谐滤波器， 选高通滤波器截止频率， 以及用什么方式满足无功补偿的要求。例如：三相全波整流型谐波源，可设5、7、11次单调谐滤波器，高通滤波器截止频率选12次。无功补偿要求沉着量需求平衡角度，通过计算综合确定。2 滤波器根本参数的分析电容器根本参数：额定电压UCN、额定容量 QCN、基波容抗 XC，而XC=3 U2CN/QCN这里QC
6、N是三相值。为保证电容器平安运行，电压应限制在一定范围内。3 滤波器参数的初步计算按正常条件22hU 爪 1.16UCNU C1 U Ch “u CN h1Uc21h1设h次谐波电压含有率为HRUh，通过推导可得到:(HRUh )U1q.hQQCN3UcnX c3UCN |h(HRU h)U1hq|C1 I Ch 1.3I CN其中，q为滤波器的最正确品质因数以上是从保证电容器电压要求初步选择的参数qcnCh保证电容器的平安运行还应满足过电流和容量平衡的要求，公式如下:4滤波器参数的初步计算lX LXlIL1 1.3 QCNL1 3Ucn串联电抗器参数XC h2以上为单调谐滤波器参数的初步选择
7、。5滤波器参数的最后确定并根据要求指标进行校验滤波器最终参数需通过大量、屡次频率特性仿真计算结果确定;为保证平安运行，还要选断路器、避雷器、保护等自动调谐滤波器改变电感L能提高滤波效果。但由于技术经济的原因，目前应用不普遍5、滤波器参数指标的校验1电压平衡：校验支路滤波电容器的额定电压h2 25UCN 2h UlU hh 1 h 22电流平衡：校验滤波电容器的过电流水平Ic21Ich 1.31 C13容量平衡： QCN= QC1 基波容量 + 3Q h 谐波容量;对滤波支路仅考虑I1和Ih通过时，近似有:23Uc2h|h(h2h 1 U1 )2h1qcnhU c2h6、其它分析、计算工作1滤波
8、支路等值频偏总失谐度f1 1 L C f1 2 L2滤波支路品质因数Cq值的计算,IEC 为 1.45 倍。qCtg s /2 q21 cos s2 sin s其中，8s为滤波器接点看进去的系统等值阻抗角。3 滤波器性能和二次保护等分析计算滤波器设计的技术性很强，需有专门的程序。除参数计算外，要能对滤波器的谐波阻抗、综合阻抗、谐波放大、局部谐振串、并联等滤波性能进行分析。三、案例滤波器设计方法介绍1、案例简介的计算r)2、谐波数据合成中频炉属交直交供电，换流脉动数为6,特征谐波值为 6K ± 1次谐波。非对称触发等原因，存在非特征谐波。福建中试测试：线 2、线4和中频炉馈线；各谐波电
9、压畸变率全部超标，5、 11、13及以上谐波电流超标。非在电网最小方式、钢厂非满负荷下的测试，测试结果偏小；及今后8台炉投运超标肯 定更大。设计问题：没有单台电炉谐波测试数据，没有新供电方案下负荷同时运行测试数据，需 根据经验及现有供电方案谐波测试数据进行分析获取设计数据。按电炉变80 %负荷率合成各母线谐波电流？ ？。3、基波无功容量计算按母线电炉全部运行功率因数大于0.9，单炉运行功率因数应小于1，治理前平均功率因数取0.85条件，通过程序计算各段母线的三相基波补偿容量：10KV I 段：Q=3.8MV AR10KV II 段： Q=2.65MV AR605 频炉线：Q=1.9MV AR4
10、、考核标准计算和滤波器配置选择根据各母线的短路容量，计算各段母线电炉运行过程中的谐波考核标准；以及比照合成的谐波电流水平，选择、配置各段母线的滤波器。总电压畸变率国标规定的限值各级电网谐波电压限值%电压KV THD奇次偶次0.385.4.02.06.10.43.21.635.6632.41.211021.60.0允许注入电网的各次谐波电流国标规定限值局部hp短路容量不同时的换算公式:标称电压KV基准短路容量MVA234567891011010.0100.00.260020.0013.0020.0008.5015.0006.4006.8005.1009.3(1)010.0116.0025.001
11、6.5012.5016.9008.2013.3006.1006.5004.9008.7(11)010.0116.0019.1010.1009.5010.8006.2009.0004.7005.0003.7006.5(605)010.0080.0011.1005.1005.6005.6003.6004.9002.7002.9002.2003.7IhISkj根据短路容量换算案例的各母线谐波电流允许值。标称电压KV基准短路容量MVA12131415161718192021010.0100.0004.3007.9003.7004.1003.2006.0002.8005.4002.6002.9(1) 0
12、10.0116.0004.1007.5003.6003.9003.1005.8002.7005.2002.5002.8(11)010.0116.0003.2005.7002.7003.0002.3004.4002.1004.0001.9002.1(605)010.0080.0001.8003.3001.6001.8001.4002.6001.2002.3001.1001.2标称电压KV基准短路容量MVA2223232425010.0100.0002.3.004.5.004.5002.1004.1(I )010.0116.0002.2004.3004.3002.0003.9(11)010.011
13、6.0001.7003.3003.3001.5003.0(605)010.0080.0001.0001.9001.9000.9001.8与合成的案例谐波比 各母线谐波电流均超标，由于装置的非同时触发，存在非特征谐波超标的现象。因此只能对主要的频谱进行设置滤波器；由于电炉运行方式大幅度变化，特别 是10KV I段负荷变化较大，受基波无功补偿容量限制，参数设计存在难度及影响其滤波效果。综合考虑：各母线配置 5、7、11、13次滤波器。5、滤波器参数设计以 10KV I段为例H5H7H11H13合计电容器(yF)27.5159220.777333522.98421一相电容器安装容量(kvar )18
14、301350186012696309三相基波输出容量(kvar )90066611087263400电抗器(毫亨)14.745229.961782.395222.61115由于中频炉谐波为连续频谱谐波，以及基波补偿电容器的限制，滤波器参数设计很难满足要求，经几十次分析、比拟，确定的案例最终单相参数如下：考虑的问题：滤波效果，电压、电流、容量是否能够平衡，是否存在谐波放大，无功是否过补等，通过对参数进行屡次仿真，调整、比拟和评估设计效果，1段母线补偿电容器和滤波器同时运行仿真例如:仅滤波器投入运行的仿真例如四、设备定货、施工和现场调试1、 拟合标准指标与产品定货按设计参数选配、拟合标准规格电容器
15、，考虑电抗器调节范围，提出 温升、耐压、损耗等指标。电容器要求+误差，电抗器土 5%可调，电容器质量 ？。注意滤波电容器，干式、油侵电容器等 问题？ ？。2、工程施工需要注意的问题安装、施工 保证连接正确，LC滤波器属工程，结合用户现场条件、情况，设计单位应提供完善的工程资料，要求；由于滤波器现场安装，要求工程单位按设计施工、保证质量；做详细安装检查， 防止相序、设备接线错误案例施工中的问题：连接、保护？ ？现场调试主要要求和方法要求：保证系统可靠运行，防止系统与滤波器谐振造成的谐波放大；投切过电压限 保证滤波本身平安运行，不会导致电容、电感、过电流不损坏本体设备。其中，多数与设计有关 ？ ？
16、。2步骤：测量各种工况谐波；计算系统和滤波器频率特性， 波器是正调偏还是负调偏；计算调整后的过电压、过电流；分析、 路器重燃过电压有重要作用；编写滤波器投入方案， 案例调试中发生的问题：？ ？3方法：1围内；过电压、电阻等不发生稳态过负荷，研究是否可能出现谐波放 考虑配置的保 测量考核滤波效果制在有效范 以及投、切时的大，决定滤护，避雷器对投切、断滤波器总电压最小;幅频特性法： 谐振时Z=R，滤波器电流最大；电阻上的电压最大，因此，通过观测两个电压与预估的电压比拟，可确定调谐回路的谐振缺点：误差大，有计算误差、试验误差和观测误差相频特性法：把电阻电压和滤波器总电压分别送示波器两个通道进行相角比
17、拟，可 因此确定滤波器是否谐振。 可采用同轴或不同轴两种方法。同轴法看到的是点重合或相反，差大；不同轴法通过椭圆变成直线确定谐振，因此观察比拟容易，准确，工作量小。放电振荡法：过程如图I放电时测量 R上电压，记录波形；测量周波时间，可计算谐振频率。缺点：每测一次都需充、放电一次， 过程复杂，也不够准确。因此，三种方法中，相频特性法比拟实用，而且可用频率计实际测量谐振频率；改变信号发生器频率，还可以测量滤波器的阻抗频率特性。实际工程一般采用 -5% 负偏调谐滤波器。4、案例工程运行测试结果1段母线 投运前:电压V 电流A 功率因数电压总畸变率 %电流总畸变率 %98005400.8810.15.
18、1投运后:电压V 电流A 功率因数电压总畸变率 %电流总畸变率 %102005600.991.54.2投运后各次谐波电流的95%最大值五、关于电弧炉谐波治理的简介1、电弧炉负荷特点和治理要求1 三相负荷电流严重不对称，严重时负序可达正序的50%60%，熔化期也占20%。需解决不平衡问题；2 含有2、3、4、5、7等次谐波，产生的谐波电流频谱广，含有偶次谐波，谐波治理要 求高；3 电弧炉随机运行在开路 -短路-过载状态，很大的功率冲击，引起PCC母线电压变 动， 存在电压闪变问题。4 电炉变压器和短网消耗大量无功因此运行功率因数非常低，增大电网损耗、，降低电压水平小容量电弧炉可用 LC无源滤波器
19、，但对设计的要求比拟高，一般采用C型电力滤波 器。2、常用SVC形式和TCR补偿原理常用的SVC有晶闸管控制电抗器TCR 、自饱和电抗器SR和晶闸管投切电容器 TSC 三种。TCR原理、结构，以及相关工程、技术问题如下：I 0*13、 TCR补偿与LC滤波的原理区别1电弧炉负荷三相不平衡、无功冲击是根本原因，要求进行动态、分相补偿，决问题的必须手段。同时解决电弧炉负荷产生、存在的问题。TCR是解TCR为动态补偿装置，响应时间在20ms内。2 LC滤波器以治理谐波为主，兼顾补偿系统无功 偿功能。电力机车谐波治理可采用投切方式非动态。3采用那种类型的装置，涉及到负荷性质、滤波目前一般应用场合，不具备动态 补或补偿效果、可行性和工程投