无功补偿谐波治理消弧消谐过电压

不要恶意灌水方案设计、仿真分析及设备选型
2.4.1滤波方案设计、仿真分析及设备选型（单个绕组侧）
2.4.1.1基波补偿容量及安装容量的确定
根据测试数据显示目前中频机以及部分生产装置功率因数,以如下公式计算出需要补偿的无功功率(总功率P取2000KW，PF=0.8)。
Q＝P（－）
　计及滤波电抗的滞后无功作用，取补偿后的COS=0.96　得到需补偿1500kVar。
根据用户提供的现场技术数据、技术要求，以及我公司谐波数据分析，结合我公司以往对其它同类型项目的设计经验，通过计算、修正及仿真，本方案设计在变压器的低压绕组侧各加装一套滤波补偿装置，设计单套滤波装置基波补偿容量为1080kvar（能满足用户月平均功率因数在0.95以上），装置共分为5，7，11次3条滤波支路。由于考滤到滤波装置投入后吸收大量谐波电流注入各滤波支路，因此滤波装置在满足基本补偿容量的同时，必须得加大安装容量，本方案设计系统总安装容量为1550kvar。
滤波装置的一次接线图如下图所示：

2.4.1.2仿真分析及校验
采用滤波补偿方案，用仿真软件分析比较了多种效果，由于系统中的实际谐波发生量非常大，在相同基波的补偿容量下，采用5，7，11组合有利于对系统的实时无功补偿及最大限度吸收5，7，11次谐波电流，同时避免对其它次谐波产生放大。仿真给出系统谐波阻抗图，对于3次谐波稍微有大约1.3倍的放大，由于系统中3次谐波分量本身就比较小，故不会产生太大影响。
滤波装置投入后的系统阻抗曲线及谐波吸收曲线仿真图如下：

图2A、仿真分析图

图2B 滤波系统实部-虚部阻抗图

图2C 滤波系统相位图
以上仿真曲线表明，滤波装置投入后系统稳定，不会与用户供电系统发生整数次的特征谐波放大，且对系统的5次谐波吸收率达到了80%以上，7次谐波电流吸率都达到了80%，11次谐波电流吸收率达到了85%，11次以上谐波电流平均吸收率也达到了50%以上。
校验分析：
表四　中频机10KV进线侧效果分析
设备名称 投入
前后 谐波电流 功率
因数 备注
5TH 7TH 11TH 11TH
中频电炉 切除 398A 284A 181A 80A 0.8
投入 48 30 18 24 >0.95

以上分析表明：滤波设备投入运行稳定，滤波效果明显，可以达到国标要求，平均功率因数可以达到0.95以上。





2.4.1.3滤波回路元件参数

0.75KV滤波电容器电抗器参数表

表1 0.75KV滤波回路电容电抗参数
H3 H5 H7 H11 H13 备注
电容器(uF)
三相电容器安装容量(kvar)
三相电容器电抗输出容量(kvar)
电抗器（毫亨）
电抗器
额定电流A （）内为基波值
电抗器的额定电流是指该回路的基波电流与各次谐波电流均方根值。

表2 0.75KV滤波电容器额定参数
滤波支路
内容 3次*1 5次 7次 11次 13次
单台额定电压（KV）
单台额定容量（kvar）
单台额定电流（A）
单台电容（μF）
有效容量/相（Kvar）
安装容量/相（Kvar）
额定电流/相（A）
电容器连接方式/相
三相总台数（台）

表3 滤波电抗器参数
滤波支路
内容 3次 5次 7次 11次 13次
额定电感值（mH）
额定电流（A）
要求可调范围 ＋5%~－5% ＋5%~－5% ＋5%~－5% ＋5%~－5%
数量（组）


注意：滤波电抗器调节范围是考虑到电抗器电感制造误差－1%~＋1%，滤波电容器组制造误差0%~＋1%计算出来的，但制造厂制造的滤波电抗器可调范围一般在－5%~＋5%，这样必须对电抗器可调范围、滤波电容器的制造误差加以限制，品质因数制造误差0%~＋10%

0.75KV滤波电容器安全容量验证（略）

0.75KV滤波器电容器安全计算表
计算内容 H5 H7
电流
A 电压
V 容量kvar 电流
A 电压
V 容量
kvar
基波
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19 0 0 0 0 0 0
20 0 0 0 0 0 0
21 0 0 0 0 0 0
22 0 0 0 0 0 0
3 0 0 0 0 0 0
24 0 0 0 0 0 0
25 0 0 0 0 0 0
∑
额定值
过负荷倍数



计算内容 H11 H13
电流
A 电压
V 容量kvar 电流
A 电压
V 容量
kvar
基波
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14 0 0 0 0 0 0
15 0 0 0 0 0 0
16 0 0 0 0 0 0
17 0 0 0 0 0 0
18 0 0 0 0 0 0
19 0 0 0 0 0 0
20 0 0 0 0 0 0
21 0 0 0 0 0 0
22 0 0 0 0 0 0
3 0 0 0 0 0 0
24 0 0 0 0 0 0
25 0 0 0 0 0 0
∑
额定值
过负荷倍数

因用户只提供了5，7，11，13次典型谐波电流发生量，故此处只以这几次典型谐波发生量进行安全校验。
上计算表按照单投切一组(H5或H7或H11)时，该组滤波器电容对0.75KV 母线谐波电流和基波电流的承受能力。故为避免特征谐波放大。手动操作时对投切次序有一严格要求，一般情况下H5、H7、H11支路同时投入时（先后相间0.5~1分钟）先投H5, 后投H7，再投H11；切除相反，先切H11，后切H7，最后切H5。
系统功能及关键元器件性能
3.1 系统功能
环境温度：-25℃～+55℃，相对湿度不大于90%（25℃）。安装环境：室内，等级要求同配电间
补偿系统接入整流变压器的二次侧的中频机开关下端
补偿系统能静态跟踪补偿负载无功功率的变化
谐波电流平均吸收率达到70%以上，相应次的谐波电压均满足国标GB/T14549-93要求
补偿的平均功率因数≥0.95
补偿过程中电网电压波动满足国家相关标准要求
系统具有以下安全运行措施：
系统：过电压保护、失电压保护、过电流保护、电流速断保护、低电压保护、接地保护、氧化锌避雷器抑制过电流保护、放电电阻放电保护；
电容器：过压、过流、过热保护及缺相保护；
电感（电抗）：过流、过热保护。
补偿装置系统总功率损耗：P损小于2%Q总（Q总为补偿总量）
系统不产生无线电(射频)电磁干扰。
运行方式：全自动，连续工作。
显示参数：PF，U，I，S，Q，P，工作状态等11种指示。

3.2 关键元器件性能
3.2.1 滤波电容器
滤波电容器采用材料为法国BOLLORE公司的补偿及滤波专用电容膜，其性能为：
（1）线电流密度为0.12A/米或相当于0.75KVar容量(0.96KV)允许最大电流为2Ar.m.s，可承受冲击短路电流能力为60A，使用环境温度为-25℃～+55℃，温度系数为0.015%，以环境温度20℃为基准，温度从-20℃～+55℃，其电容量变化不超过±0.006；
（2）电容损耗小于0.001(tgδ)；
（3）电容量年衰退率不大于0.02%；
（4）具有过电压保护性能：当过电压产生时，电容器不击穿，并自动将瞬间过电压的能量释放；
（5）具有过流保护性能：当电流超出允许值时，内部压力保险将切断电源；
（6）过热保护：同过流保护；
3.2.2滤波电抗（电感器）
滤波电抗器采用三相铁芯式电抗, 有良好的线性度，采用取向硅晶片及合理的气隙，电感器采用多层绕制而成，以保证每根电感量之间的偏差不大于1%，工作时确保最高温升不超过60 °K，电感器内置温度保护开关，在工作异常时（温度达到105°C）由主控器控制，予以切断电感器电路。
3.2.3 电容器专用投切开关
高性能真空开关作为开关器件，快速通断滤波回路，因此应合理选择响应快速无拉弧的平均通态电流及反向阻断电压，我司采用静态模拟高性能开关电路的工作状态（如图为单元结构），图中为投切开关内部结构及构造。

图6　单元结构图
3.2.4控制器及保护模块
选用ZRKWN型自适应无功功率补偿控制器
（1）响应时间≤20ms，驱动电平0-12V；
（2）驱动能力200mA×12；
（3）自适应功能，一步到位功能；
（4）自动判则电容组状态，当电容组出现故障，自动开除出局；
（5）具有缺相保护、过电压、欠电压保护；
（6）抗谐波能力强，能在大谐波、大冲击性负荷环境下可靠运行。

3.2.5 大功率投切开关
采用高性能真空开关,该真空灭弧室的触点属电流扩散型,即需要较高的瞬时响应速度,以真空开关灭弧室电流均匀一致,本公司研制的以单片机快速控制仪能保证投切开光投切时电流的一致性,因此能保证开关的长寿命使用.
该开关具有拍合式，单断点结构，真空灭弧室的外壳为陶瓷材料，波纹管采用不锈钢挤压成型，所有元件组装于产品内部，具有较高的机械强度和寿命。
节能环保-无声运行
采用直流双线圈，双绕组结构，运行时无燥声，线圈损耗较低，节能效果明显；
真空灭弧室采用新型高分断能力触头材料，耐磨损，寿命高，电弧不外露，没有镉蒸汽对人体及环境的污染。
3.2.6 柜体
GGD柜型（GCK、MNS、GCS可选）。板材采用3mm厚冷轧薄板组装而成，立柱用8FM型材。柜顶加装吊环和防尘盖板，吊环可承重1.5吨。柜体前、后门下部冲有散热孔，两侧装有护板。柜内设有铜制接地端子。尺寸公差满足国标GB1804-m级。