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計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算濾波效果數(shù)據(jù)中頻爐諧波治理，電弧爐諧波治理，電石爐諧波治理，框熱爐諧波治理，軋機(jī)諧波治理，礦井提升機(jī)諧波治理，礦井直流絞車諧波治理，高壓變頻器諧波治理，密煉機(jī)諧波治理，電解槽諧波治理，高頻爐諧波治理，點(diǎn)焊接諧波治理，高壓諧波濾除兼無(wú)功補(bǔ)償裝置
NRTBBL中頻爐高壓濾波無(wú)功補(bǔ)償成套裝置 高壓濾波補(bǔ)償柜 諧波治理裝置
ZRTBBL型諧波濾除裝置是專用于高低壓電網(wǎng)3次、5次、7次、11次、13次及以上的諧波無(wú)源濾波裝置。適用于中頻冶煉、變頻、軋鋼、整流設(shè)備等的環(huán)境。該裝置采用了電感和電容器組成串聯(lián)諧振吸收回路，有效的將負(fù)載產(chǎn)生的諧波加以吸收，從而避免將諧波電流返送到電力變壓器，大大降低電網(wǎng)的諧波量，同時(shí)有利于用戶電力變壓器的運(yùn)行，降低功耗，提高設(shè)備和其它電器組件的可靠性。此外該設(shè)備還提供一定容量的無(wú)功功率補(bǔ)償，提高用戶負(fù)載的運(yùn)行效率。該裝置分綜合控制柜和電抗電容框架，視用戶要求不同，配置的濾除諧波次數(shù)也不同。通常一套ZRTBBL系統(tǒng)可濾除4種諧波。系統(tǒng)的操作可分自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)操作。
1.2.1領(lǐng)域內(nèi)關(guān)鍵詞語(yǔ)的基本概念
★ 諧波：（harmonic） 對(duì)周期性交流信號(hào)量進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解，得到頻率為基波頻率大于1的整數(shù)倍的分量。我國(guó)供電系統(tǒng)頻率為50Hz，所以5次諧波的頻率為250 Hz。7次諧波的頻率為350 Hz。11次諧波的頻率為550 Hz，13次諧波的頻率為650 Hz。
★ 公共連接點(diǎn)：（PCC）用戶接入電網(wǎng)的連接處。
★ 總諧波畸變率：（THD）周期性交流量的諧波含量的方均根值與基波分量的方均根值之比（用百分?jǐn)?shù)表示）。電壓總諧波畸變率以THDU表示，電流總諧波畸變率以THDI表示。
★ 諧波源（harmonic source）：向公用電網(wǎng)注入諧波電流或在公用電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波電壓的電氣設(shè)備。
★ 感性無(wú)功：電動(dòng)機(jī)，變壓器在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中建立交變磁場(chǎng)，在一個(gè)周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等，這種功率叫感性無(wú)功功率。
★ 容性無(wú)功電容器在交流電網(wǎng)中接通時(shí)在一個(gè)周期內(nèi)，上半周期的充電功率和下半周期的放電功率相等，不消耗能量，這種充放電功率叫容性無(wú)功功率。
★ 功率因數(shù)：有功功率與視在功率的比值稱為功率數(shù)。
★ 功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)：實(shí)行兩部分電價(jià)制度的用電企業(yè)，供電部門根據(jù)用戶平均功率因數(shù)而加收或減免的電費(fèi)，稱為功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)
1.2.2諧波的產(chǎn)生和危害
● 諧波的產(chǎn)生
諧波主要是由于大容量整流或換流設(shè)備以及其它非線性負(fù)荷，導(dǎo)致電流波形畸變?cè)斐傻?。我們?duì)這些畸的變交流量進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解，即可得到50Hz的基波分量和頻率為基波分量整數(shù)倍的諧波分量。
● 諧波的危害
★ 影響供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行：供配電系統(tǒng)中的電力線路與電力變壓器，一般采用電磁繼電器，感應(yīng)式繼電器或新式微機(jī)保護(hù)進(jìn)行檢測(cè)保護(hù)，在系統(tǒng)中這些屬于敏感元件，繼電器受到高次諧波的影響容易產(chǎn)生誤動(dòng)作，微機(jī)保護(hù)由于采用了整流采樣電路，也及易受到諧波的影響導(dǎo)致誤動(dòng)或拒動(dòng)，這樣諧波嚴(yán)重威脅供電系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全運(yùn)行。
★ 影響電網(wǎng)的質(zhì)量：高次諧波能使電網(wǎng)的電壓與電流波形發(fā)生畸變，另外相同頻率的諧波電壓與諧波電流要產(chǎn)生同次諧波的有功功率和無(wú)功功率，從而降低電網(wǎng)電壓，增加電路損耗，浪費(fèi)電網(wǎng)容量。
★ 影響供電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備：供電系統(tǒng)變電站均有無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，當(dāng)諧波注入電網(wǎng)時(shí)容易造成高壓電容過(guò)電流和過(guò)負(fù)荷，使電容異常發(fā)熱：另外諧波的存在還會(huì)加快電容器絕緣介質(zhì)的老化，縮短電容的使用壽命。
★ 影響電力變壓器的使用：諧波的存在會(huì)使電力變壓器的銅損和鐵損增加，直接影響變壓器的使用效率；還會(huì)造成變壓器噪聲增加，縮短變壓器的使用壽命。
★ 影響用電設(shè)備：諧波的存在會(huì)造成異步電機(jī)電動(dòng)機(jī)效率下降，噪聲增大；使低壓開關(guān)設(shè)備產(chǎn)生誤動(dòng)作；對(duì)工業(yè)企業(yè)自動(dòng)化的正常通訊造成干擾，影響電力電子計(jì)量設(shè)備的準(zhǔn)確性。
1.2.3治理諧波及補(bǔ)償無(wú)功功率的重要性
采用專門的濾波裝置能夠有效的濾除高次諧波，同時(shí)向電網(wǎng)提供容性無(wú)功功率，其重要性主要表現(xiàn)在以下方面：
★ 濾除高次諧波能夠定化用電環(huán)境，降低視在功率，減少諧波電流在用電設(shè)備和輸配電設(shè)備中的發(fā)熱，直接節(jié)省有功功率；消除由于諧波產(chǎn)生的震動(dòng)，延長(zhǎng)電器的使用壽命；有效的消除對(duì)敏感元件的影響。
★ 由于濾波回路是由電抗器和電容器串聯(lián)形成的，所以在濾波的過(guò)程中能向電網(wǎng)注入容性無(wú)功，提高了功率因數(shù)，這樣就能避免供電部門高額的功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)，由于無(wú)功電流的抵消，也相當(dāng)于提高了配電設(shè)備的容量，減少了線損。無(wú)功功率補(bǔ)償還能提升末端的電網(wǎng)電壓，對(duì)優(yōu)化用電環(huán)境有很重要的意義。
在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，首先應(yīng)滿足各種負(fù)載水平下對(duì)諧波限制的技術(shù)要求，然后在次前提下，使濾波器在經(jīng)濟(jì)上最為合理。除以上經(jīng)濟(jì)分析外，設(shè)計(jì)濾波器還應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：
1）單調(diào)濾波器的諧振頻率會(huì)因電容，電感參數(shù)的偏差或變化而改變，電網(wǎng)頻率會(huì)有一定的波動(dòng)，這將導(dǎo)致濾波器失諧。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證在正常波動(dòng)情況下濾波裝置仍能滿足各項(xiàng)要求。
2）電網(wǎng)阻抗與濾波裝置有發(fā)生并聯(lián)諧振的可能，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分予以考慮。
2.1.1 業(yè)主提供的技術(shù)數(shù)據(jù)及要求
2.1.1.1系統(tǒng)電源
根據(jù)用戶提供的供電系統(tǒng)資料可知，企業(yè)110KV變電站進(jìn)線電壓為110kV，出線電壓10KV。主變?yōu)?臺(tái)并列運(yùn)行，一臺(tái)為63MVA,另一臺(tái)為20MVA。10KV母線短路容量未知，暫時(shí)按260MVA計(jì)算。
2.1.1.2 電力負(fù)荷
1）中頻爐、電弧爐變壓器裝機(jī)容量
中頻爐總裝機(jī)容量為37.2MVA，變壓器容量見下表：(表一)
|
變壓器序號(hào) |
容 量 （KVA） |
負(fù)載性質(zhì) |
備注 |
|
1#變壓器（三圈變） |
6000 |
中頻爐 |
12脈 |
|
2#變壓器（三圈變） |
6000 |
中頻爐 |
12脈 |
|
3#變壓器（三圈變） |
3600 |
中頻爐 |
12脈 |
|
4#變壓器（三圈變） |
3600 |
中頻爐 |
12脈 |
|
5#變壓器（三圈變） |
3600 |
中頻爐 |
12脈 |
|
6#變壓器（三圈變） |
3600 |
中頻爐 |
12脈 |
|
7#變壓器（三圈變） |
3600 |
中頻爐 |
12脈 |
|
8#變壓器（三圈變） |
3600 |
中頻爐 |
12脈 |
|
9#變壓器（三圈變） |
3600 |
中頻爐 |
12脈 |
|
10#變壓器（電弧爐變） |
3200 |
電弧爐 |
|
|
合計(jì) |
40.4MVA |
||
2）負(fù)荷性質(zhì)
企業(yè)主要負(fù)荷為中頻爐，脈動(dòng)數(shù)按12脈動(dòng)設(shè)計(jì)。
2.1.1.3 濾波器安裝要求
在10kV母線上配置一套10KV無(wú)源濾波補(bǔ)償裝置，用戶自備10KV電容器出線柜4臺(tái)，用于投切、保護(hù)濾波裝置。本裝置為框架式結(jié)構(gòu)（戶內(nèi)圍欄或戶外圍欄）。
2.1.1.4 電能質(zhì)量考核點(diǎn)（ PCC）
電能質(zhì)量考核點(diǎn)暫時(shí)（ PCC）設(shè)在企業(yè)10kV母線處。
2.1.1.5電能質(zhì)量考核指標(biāo)
PCC 點(diǎn)月平均功率因數(shù)≥0.95；電能質(zhì)量滿足國(guó)標(biāo)要求。
PCC 點(diǎn)電壓總諧波畸變率及其他指標(biāo)均滿足國(guó)標(biāo)《電能質(zhì)量－公用電網(wǎng)諧波》（ GB/T14549－93）的規(guī)定。
2.1.1.6 濾波方案
中頻爐投入運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧波電流，引起電網(wǎng)側(cè)波形畸變。本方案擬采用集中濾波治理方案，在10kV母線上設(shè)置一套濾波兼無(wú)功補(bǔ)償裝置，以改善正弦電壓波形畸變，同時(shí)提高電網(wǎng)功率因數(shù)。
H(次數(shù))
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
考察點(diǎn)諧波電流國(guó)標(biāo)限值(A)
69.33
53.33
34.67
53.33
22.67
40
17.07
18.13
13.6
24.8
11.47
21.07
濾波前考察點(diǎn)諧波電流(A)
10
12.93
7
48.75
8
22.53
0
0
0
121.09
0
97.66
H(次數(shù))
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
考察點(diǎn)諧波電流國(guó)標(biāo)限值(A)
9.87
10.93
8.53
16
7.47
14.4
6.93
7.73
6.13
12
5.6
10.93
濾波前考察點(diǎn)諧波電流(A)
0
0
0
6.97
0
6.08
0
0
0
48.05
0
43.4
濾波器的軟件仿真分析及校驗(yàn)
采用3頻率點(diǎn)濾波，用系統(tǒng)仿真分析比較了多組濾波組合的濾波效果，并從中選出3、5、7，11P次三個(gè)濾波支路為組合方式。在相同基波的補(bǔ)償容量下，采用3、5、7、11P次濾波組合有利于吸收系統(tǒng)中的5、7、11、13、23、25次諧波，同時(shí)對(duì)其它次諧波也不會(huì)產(chǎn)生放大作用。
1)計(jì)算機(jī)仿真軟件根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算模擬仿真（本仿真分析按照安裝母線最小短路容量260MVA），其等效電路如下：
2)
式中，Im為諧波負(fù)載（中頻爐）等效為電流源發(fā)出的諧波電流，Ism為流入系統(tǒng)中的諧波電流，Ifm為濾波器吸收的諧波電流。在一般的仿真中，忽略負(fù)載阻抗，計(jì)算 系統(tǒng) 和 濾波補(bǔ)償支路的諧波電流分流情況。
2）系統(tǒng)基波阻抗計(jì)算
Xs=U*U/Sd
式中：U為系統(tǒng)電壓，kV
Sd為母線最小短路容量，MVA
3）計(jì)算機(jī)仿真軟件根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算模擬仿真，單調(diào)諧濾波器的總阻抗計(jì)算方法如下：
10KV濾波器阻抗相頻特性曲線圖
10KV濾波器阻抗幅頻特性曲線圖 
投入濾波器前后考察點(diǎn)諧波電流的比較 
