变频器的谐波治理与低压配电电网的无功补偿.docx

变频器的谐波治理与低压配电电网的无功补偿张志宏 张田超安徽临泉化工股份有限公司 安徽阜阳 236400摘要：本文通过在变频器输入侧与电源侧之间加装串联三相电抗器，使用专用接地线以及选择JKG功率因数无功功率补偿控制器等方法，解决了因变频器产生的高次谐波导致无功补偿电容器及接触器过载发热不能使用的问题，做到了既能使用变频器，又能对低压配电电网实行无功补偿。关键词： 变频器 谐波无功补偿 电抗器 0 概述在供电系统中加装并联电容器以吸取容性无功功率补偿感性无功功率，这是目前国内企业用来提高电网功率因数应用最为广泛的人工补偿方法。在局部环节中，变频器作为节电手段，在泵类和风机类负载应用已日益广泛，变频器使用对局部而言，节电是很明显，但就整个电网来说，由于变频器对电网注入了大量的高次谐波，反而使整个电网电能损耗增加，新型的环保型的节电变频器目前还处于开发研制阶段，所以从广义上讲，变频器只有消除谐波后才能达到最佳的节能效果。电网中高次谐波的大量存在，不仅干扰了电气仪表设备的安全运行，导致元器件加速老化，而且还增加了系统的用电消耗。现在人们已认识到谐波的危害，开始采用各种方法抑制和吸收谐波，从而有效消除谐波对系统的干扰，降低整个系统的能耗。我公司节约电能所采用的方法是从治理主要谐波源入手，重点放在提高电网功率因数上，具有经济、实效、安全、可靠的特点，能达到明显的节能效果。1 无功补偿现状：我公司低压用电其余基本上都是感性负荷。目前，公司已建成变电所3座，6KV/0.4KV变压器21台，380V低压配电室25个，异步电动机总装机容量在5.5万KW左右。感性负载在运行时，不仅要从电网中吸收有功功率，还需要电网提供大量的无功功率，功率因数很低。据测试各低压配电室功率因数平均在0.7左右。过低的功率因数将对电网造成以下影响：1、增加了包括发电机、变压器、输出线路、开关设备等供电设备的电能损耗；2、增加了电网的电压损失，从而影响了供电质量；3、降低了供电设备的供电能力。因此，提高电网功率因数，对于节约电能，提高供电质量，降低生产成本具有十分重要的现实意义。但是，作为无功功率补偿的电力电容器，一旦投入使用，就会经常出现电容器过热膨胀、接触器动静触头烧坏、热继电器损坏等故障。相当一部分无功功率补偿装置被迫停运，形同虚设，节能效果受到了很大的影响。2 低压电网谐波分析：我们集中力量对1#系统1#配电室楼下三台无功补偿装置进行测试，结果发现，一台400V，20kvar三相电容器标定额定电流为28.9A，而实测电流竟达到42A。很显然，电容器过载是电容器过热、接触器损坏的主要原因。那么电容器过载的原因是什么呢？我们注意到1#配电室低压母线所带的负荷中，除大量的感性负载外，还集中了15台变频器，另外还有9台同步电动机励磁整流装置。励磁柜的整流装置和变频器运行时向电网注入了大量的高次谐波，造成了电网电压波形发生畸变，电容对谐波分量是一个低阻抗通道，其基波电流与谐波电流的叠加，综合电流将会大大超过电容器的额定电流。实际上，我公司电容器运行电流已远远超过电容器的发热电流Ith。Ith=1.43Ic （Ic为电容器的额定电流）可见我公司供电系统中已含有较高的谐波分量，谐波不仅影响了无功补偿装置的正常使用，还影响着电网中其它电气设备的安全运行，要解决节能问题，必须首先从治理谐波源入手。3 变频器谐波治理：由于我公司谐波干扰源非常多，要一一治理不现实也没必要，况且投资巨大。我们决定以解决主要问题为原则，治理主要谐波源为突破，逐步形成了自己独特的谐波治理与无功补偿技术相结合的节能思路。3.1 变频器产生谐波的治理。3.1.1 谐波产生的原理及干扰途径。变频器是工业调速传动领域中应用较为广泛的设备之一。其主电路由交流直流交流组成。外部输入 380V/50Hz 的工频电源，经三相不可控整流电路整流成直流电压信号，经滤波电容滤波及大功率晶体管GTR或IGBT开关元件逆变为频率可变的交流信号。在整流回路中，输入电流的波形为不规则的矩形波，波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波，通常含有6n1（n=1,2,3）次谐波。其中的高次谐波将干扰输入供电系统，在逆变回路中，输出电压波形为矩形波，含有谐波分量。谐波频率的高低与变频器调制频率有关，高次谐波电流除对负载直接干扰外，还将通过电缆向空间辐射。变频器谐波干扰的途径分传导和辐射两种。一种是通过电缆对电子原件进行干扰,另一种是通过辐射干扰电子设备的运行。3.1.2 抑制变频器谐波干扰的对策：（1）、在电源侧与变频器输入侧之间，根据电动机及变频器容量的不同，加装不同的三相交流电抗器，增加高次谐波注入电网的系统阻抗，从而达到抑制谐波注入电网的目的。对策如下表：电动机功率变频器型号及容量三相交流电抗器型号75KW110KWHKSG2-08 250A相感0.053mH132KW132KWHKSG2-08 270A相感0.095mH215KW250KWHKSG2-08 580A相感0.0318mH280KW315KWTDL-4A101-3150 640A相感0.0215mH（2）、变频器辐射干扰的对策：a、变频器使用专用接地线与专设的接地网相接，将变频器接地与系统其它电气设备接地分开。b、变频器调速电机用铠装电缆，将铠装外壳良好接地以有效抑制电流谐波对邻近设备的辐射干扰。 附：变频器抑制谐波原理示意图3.2 无功功率自动补偿装置方案设计在吸取其它厂家无功功率补偿运行经验的基础上，结合我公司配电系统的实际运行情况，我们决定采用集中补偿与分组补偿相结合的无功补偿的方式，并在元器件的选择上充分吸收了近几年来的科技成果，使自己设计安装的无功补偿装置能够根据电网的需要自动投入或切除电容器，完全实现了无功功率补偿的自动化控制。一次线路图中，我们用DZ2080A空气开关作为电容器的短路保护。热继电器作为电容器的过载保护，B75C型交流接触器代替以往使用的普通交流接触器，能有效地抑制投入电容器时产生的较大涌流对电容器的冲击，并抑制分断电容器时产生的过电压。在每台电容器前加装电抗器来避免因高次谐波引起的谐振，防止电容器过负荷。电容投切控制器我们选用的是JKG功率因数控制型无功功率补偿控制器，可根据电网的电压、电流及功率因数值，通过控制接触器达到循环控制电容器投切的目的。在控制器参数设置上，我们特别做到了以下两点：1、将电容器投入时的功率因数设为0.85，切除电容器时的功率因数设为0.95，拉大电容器投入与切除的范围，减少电容器投切的次数。2、将电容器的投切延时设为3分钟以上，一是可以避免电容器剩余电压还未降至额定电压的10%以下时再次投入；另一方面可以避免电容器频繁投切，损坏电容器。通过精心设计，完全保障了无功功率补偿装置的运行性能及其安全可靠性。4 结束语谐波治理与无功补偿相结合