富士智能机电(珠海)有限公司低压节能及滤波技术方案.doc

珠海泰坦科技股份有限公司 - 富士智能机电（珠海）有限公司节能滤波技术方案富士智能机电（珠海）有限公司低压节能及滤波技术方案方案编号：QHDZ/FA-LBBC-D序号：TS2009-BC-04/18编制： 技术部审核： 总工办批准： 经理室 编制单位：泰坦科技股份有限公司编制日期： 2013年07月目 录第一章 项目概述31.1 项目简述31.2谐波的基本定义及基础知识31.3项目业主有关情况51.4直流电源产生的谐波对电网及设备的影响7第二章 方案设计102.1 设计依据102.1.1 业主提供的现场技术数据102.2 设计要达到的技术要求132.3 设计遵循的主要标准14第三章有源滤波设备配置153.1 有源滤波器简述153.1.1 原理153.1.2 谐波治理装置技术指标173.2 本项目的配置19第四章施工及验收基本要求204.1 施工要求204.2 验收要求20第五章设计、生产和售后服务205.1 运行的质量体系：215.2 项目管理及分工215.3质量保证和进度计划管理215.4现场服务225.5售后服务22第六章系统造价236.1型号规格、柜体尺寸23第一章 项目概述1.1 项目简述本项目前期经我公司技术测试人员现场测试与调研，形成了较为丰富的现场资料，如下所示：现以此为依据进行技术方案编制。1.2谐波的基本定义及基础知识1.2.1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1.2.2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，影响电力电子计量设备的准确性。1.2.3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： 滤除高次谐波能够定化用电环境，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是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，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。1.3项目业主有关情况根据用户提供的供电系统资料可知，客户存在一定的谐波超标，谐波电流较大，同时也存在功率因数不稳定的状况。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，采用低压滤波兼动态补偿技术方案，针对该整流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。温州清华电子公司生产的谐波治理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。1.4直流电源产生的谐波对电网及设备的影响直流供电一般是晶闸管整流技术，根据整流脉数可以分为6脉整流，12脉甚至24脉，在工作时除了功率因数较低外，同时也产生高次谐波，所以在整流变压器单个低压绕组侧产生的谐波主要以5，7，11，13次为主，对于低压侧为双绕组do,yn接法的变压器，其5，7次谐波在高压侧可以相互抵消一些，故在高压侧主要表现为11，13次谐波分量。高次谐波对电网主要影响：引起电气设备发热，振动，增加损耗，缩短寿命，干扰通讯，使可控硅误触发，部分继电保护误动作，电气绝缘老化损坏等。以下作出直流六脉整流方式工作时的硬件仿真原理图及电压电流波形：图一、直流设备接入系统后的硬件工作仿真图图二、直流设备工作时的高压侧及低压侧的电压电流波形上图二中第一二项为高压10KV侧的电压及电流波形，第三四项为低压侧的电压电流波形，从图中可以看出，因直流设备工作时参产的谐波电流注入上端系统，造成电网高低压侧的电流波形畸变较严重。图三、在低压侧接入谐波治理装后的硬件仿真图图四、低压滤波补偿装置投入后的电压电流波形上图四中第一二项为滤波装置投入后10KV侧的电压电流波形，第三四项为低压侧的电压电流波形，从图中可以看出，滤波装置投入后，系统的电压电流波形都得到了很好的改善。其电能质量指标能够达到电能质量 公用电网谐波 GB/T14549-93 的标准限值。第二章 方案设计2.1 设计依据2.1.1 业主提供的现场技术数据l 负载资料表1 负载参数2.2 设计要达到的技术要求根据业主的要求，对变压器进行低压动态无功功率补偿及谐波治理，补偿后变压器二次侧的平均功率因数大于0.95，谐波达到国家标准。l 考核点（PCC）：10KV进线处。l 考核指标：1) 月平均功率因数：0.95。2) 谐波电流一般不超过国标限值（GBT1454993），如表23) 电压总畸变率不超过国标，如表3。4) 三相不平衡度不超过国标GBT155431995的要求1.3%5) 电压波动充许值不超过国标限值GB123262000,如表4表2注入PCC点各次谐波电流限值标准电压KV短路容量MVA谐波次数及谐波电流允许值234567891011121314151617181920212223242510100262013208.5156.46.85.19.34.37.93.74.13.26.02.85.42.62.92.34.52.147125.18.83.84.13.15.62.64.72.22.51.93.6.1.73.21.51.81.42.71.32.5注：当电网公共连接点的最小短路容量不同于表2基准短路容量时，按下式修正表2中的谐波电流允许值： Ih=Sk1/Sk2Ihp （B1）测试点处第i个用户的第h次谐波电流允许值Ihi=Ihp(Si/Sc)1/（C6）值表3PCC点谐波电压总畸变率电网标称电压 KV电压总谐波畸变率%各次谐波电压含有率% 奇次 偶次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.4根据国家标准电能质量电压波动和闪变（GB123262000），对于6KV公共连接点，当电压频度每小时r10次时，电压波动限值d为3，当电压频度每小时r100次时，电压波动限值d为2。表4电压变动限值频度 r,h-1电压变动限值 d，LV、MV HVr1431r1032.510r100 21.5100r10001.251注：LV(低压) Un1kV；MV (中压) 1kVUn35kV；HV (高压) 35kVUn220kV2.3 设计遵循的主要标准2.3.1总设计及制造标准：电能质量公用电网谐波GB/T14549-1993电能质量电压波动和闪变GB12326-2000电能质量供电电压允许偏差GB12325-1990电能质量 三相电压允许不平衡度 GB/T 14543-1995电能质量 三相电压允许不平衡度 GB/T 14543-1995钢铁企业电力设计手册GB50227-95 并联电容器装置设计规范DL/T620-1997 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合国标GB1985 交流电压隔离开关和接地开关国标GB1207 电压互感器国标GB/T5356 电压互感器试验导则国标GB1028 电流互感器IEC185 电流互感器IEC289 电抗器国标JB/T5356 电流互感器试验导则国标GB11032-98 交流无间隙金属氧化物避雷器国标GB10229 电抗器低压无功补偿控制器定货技术条件DL/T597-1996电气装置安装工程接地装置施工及验收规范GB50169-92电气装置安装工程盘柜及二次回路施工及验收规范GB50171-92低压电器外壳防护等级GB5013.1-1997低压成套开关设备和控制设备GB7251.1-1997低压电器电控设备GB4720-1984第三章 有源滤波设备配置3.1 有源滤波器简述3.1.1 原理有源滤波器，可以对各类可能在谐波环境下运行的自动化与电子设备、保护与自动装置进行检测与治理。谐波治理装置利用电力电子变流技术，采用先进的全控型器件IGBT 将三相交流电源整流成直流电压源，控制系统高速 DSP ，采用电流环恒流控制，输出无功电流与谐波电流完全受控，输出谐波范围可选择，可输出基波无功电流、从第2 到第50次谐波电流，或其中几种的组合。采用大功率电力电子器件IGBT组成逆变电路，可人为设定输出特定频次的谐波电流的电力电子设备。谐波治理装置的内部电气拓扑图如下图2-3 谐波治理装置电气拓扑结构谐波治理装置的拓扑采用3相桥式结构，功率器件采用高性能IGBT，开关频率高，损耗小。谐波治理装置结构组成图如下图2-4所示：图2-4 谐波治理装置组成结构图主要由三大部分组成：弱电部分（主要功能是实现谐波电流的产生、运算、处理、控制指令输出、电流的跟踪控制、IGBT开关驱动、各电气状态的监测等功能；主要包括谐波电流产生与运算模块、指令电流的形成与处理模块、输出电流跟踪控制模块、驱动模块、设备状态量的监测5部分）。强电部分（主要功能是根据控制信号要求，跟踪电网谐波变化，输出电流谐波，注入电网，同时保证在装置故障时能够有效脱离电网；包括功率单元组、直流电容组、输出连接电抗、高频滤波器、组成装置工作的电气控制元件接触器断路器，继电逻辑器件组等）人机交互部分（主要功能是实现对设备的控制与监测，如启停机、报警、电压电流等各状态量的显示、人为设定设备运行参数；主要由旋钮开关、触点开关、指示灯、带触摸屏显示的上位机系统、电压电流表等组成）。 谐波治理装置采用先进的谐波算法及输出电流控制技术，保证了良好的输出效果。图2-5 谐波治理装置控制技术示意图3.1.2 谐波治理装置技术指标1、技术性指标1) 工作方式：三相三线；2) 工作电压：380V20；3) 工作频率：50Hz2Hz；4) 额定输出电流：30KVA /50A(各次谐波总有效值)；5) 谐波频率范围：250次谐波6) 响应时间：20ms；7) 准确度：97%；8) 过载能力：额定输出电流120%，60s；9) 通讯方式：RS232或RS485；10) 冷却方式：强制风冷；11) 使用场所：1500m以下，室内(无腐蚀性气体，液体，无尘垢)12) 工作温度：-20+4513) 环境湿度：90%RH以下(20时)，无凝露；14) 震动冲击：符合GB/T14715的规定；15) 噪声等级：65dB16) 防护等级：IP20；17) 电磁兼容：符合 GB/T.7251-2005(GB/T7261-200)包括衰减震荡波脉冲群干扰、静电放电干扰、辐射电磁场干扰、浪涌（冲击）干扰、电磁发射试验等；图2-6谐波发生装置的应用示意图2、功能性指标1) 具备防雷击，防浪涌能力，冲击电流小于600A/相（80，持续时间小于1ms）。2) 能发生250次各次谐波，可根据需要设定滤谐波次段和幅值大小3) 具有上电缓启动功能，避免启动瞬间过大的突入电流损坏直流电容4) 输出过流保护：当谐波装置输出电流超过保护设定，装置停止工作，给出报警，并从电网切除。5) 输出限流保护：当所需谐波电流超出滤波装置输出能力，输出限流保护作用，保证装置长期安全运行。6) 过温保护：谐波装置内功率模块或柜内温度过温时，输出立即停止，并给出报警。7) 直流母线过压保护：直流母线电压超过设定保护值，输出立即停止，并给出报警。8) 交流过电压保护：电网电压高于额定电压115%时，输出立即停止，并给出报警。9) 过电流及短路保护：控制系统应能快速反应，停止输出，同时主电路接触器或断路器应能将装置从电网切除，同时给出报警提示。10) 通信功能：谐波装置具备适当的通信接口。11) 显示功能：谐波发生装置具有液晶显示器和操作键的人机界面，液晶显示及操作界面置于成套装置表面，方便进行参数设置、状态改变、信息查看等操作，并能显示运行状况、测量数据、故障报警等信息。12) 显示项目：电网电压、直流电压、负载电流、电网电流、谐波发生装置输出电流、各次谐波电流，故障记录等。13) 容量扩展，只需直接并联即可。采用模块化设计，只需直接更换损坏的模块即可。多模块并联时不存在主从关系，不会因主模块故障而陷入瘫痪。图2-7 多机并联方案3.2 本项目的配置本项目共4台配变，均400V，配置标准以800KVA配变为基准，以谐波畸变5%-10%为设计考虑范围。Iapf=(5%-10%)*Ib=(60-115)A;因此可配备4台70KVAR增强型有源滤波装置ASVG和4台25A谐波滤波装置APF满足谐波滤波要求，也满足无功功率需求。第四章 经济效益预测4.1、直接效益回报计算(1)、APF效益计算有源电力滤波器APF的投入，滤除了谐波电流，使线路总电流变小，损耗降低。安装补偿设备产生的节能方面直接经济效益为：一台设备的安装容量：25A*380V*1.732=16.5KVA假设设备常年平均输出容量为满载容量的70%，每天运行8小时，月平均运行25天；根据当前电价，取0.6元/度；每台设备的年经济效益：(25*380*1.732)*0.7*8*25*12*0.6/1000=1.6632(万元)/年/台【注】：以上取电费平均值为0.6元/度；治理设备平均每天运行8小时，每月运行25天计算。回收成本周期：T=2.32/1.6632=1.4年每台设备的成本回收周期约1年半。(2)、ASVG效益计算ASVG的投入，不仅滤除谐波电流，更重要的是，补偿系统无功功率，节能降耗。直接经济效益为：一台设备的安装容量：70KVAR,其中20Kvar的容量补偿谐波，50KVAR的容量治理无功平衡。假设设备常年平均输出容量为满载容量的70%，每天运行8小时，月平均运行25天；根据当前电价，取0.6元/度；每台设备的年经济效益：20+（50*0.09）*0.7*8*25*12*0.6/1000=2.47(万元)/年/台【注】：以上取电费平均值为0.6元/度；治理设备平均每天运行8小时，每月运行25天计算，无功补偿经济当量K取0.09；回收成本周期：T=6.8/2.47=2.75年每台设备的成本回收周期约2年半。4.2、间接效益回报分析由于安装了谐波治理设备，不再向电网传输谐波，不产生危害，也避免了电力部门的罚款等行政处罚。1.治理谐波，减小用电电流，可使工厂每月节省可观的电费开支2.提升变压器等用电设备的运行效率。3.减少谐波电流对设备的危害4.降低用电设备的运行温度,减少电能热损耗,延长设备使用寿命5.降低设备维护成本安装谐波治理装置后，有效的降低了谐波电流，增加了变压器的有效容量，可增加相应的带载能力。另一方面，有效降低了谐波对配电线缆，变压器，电动机等设备的损害，设备的热损、铜损、铁损、磁损、噪音大为下降。4.3、本项目直接效益回报汇总项目总投资预算：46.8（ASVG）万元/台+42.32（APF）万元/台=36.48万元 (详见方案第7项)节能方面直接效益：42.47万元(ASVG)/年/台+41.6632万元(APF)/年/台=16.5328万元/年避免罚款：由于安装了谐波治理设备，不再向电网传输谐波，不产生危害，也避免了电力部门的罚款等行政处罚。总年收益回报：大于16.5万元/年年投资回报率：16.5328万/36.48万=45.3%；结论：2年左右即可收回投资；第五章 施工及验收基本要求5.1 施工要求5.1.1 业主方应保证滤波补偿装置的正常安装现场环境（电源、叉车、运输通道、具有等同配电间要求的防潮、防尘等的室内安装场地等）并提供现场安装材料（包括柜外电缆、取样互感器、户外断路器）和相关安装协助人员。5.1.2 本项目无功补偿兼滤波装置设备因为是独立安装，因此本项目施工可以在不影响业主日常生产计划前提下完成.5.2 验收要求滤波装置投入运行后，需要对其效果进行考核，厂家可以免费提供滤波装置投入前后的电能质量测试分析报告，具体考核可以按照双方签定的技术协议以及合同进行（可由业主方、制造厂及/或邀请第三方如供电局按国家标准共同组织验收）。第六章 设计、生产和售后服务服务内容包括：项目管理；设计、设计联络与设计审查；外购件质量监督和采购；生产；质量保证；供货进度管理；试验、检查、安装、调试与验收；运输方案；现场技术培训；售后服务等6.1 运行的质量体系：ISO9001：2000质量保证体系6.2 项目管理及分工项目负责人：指定专人，负责协调在工程全过程的各项工作，如工程进度、设计制造、图纸文件、设备催交、现场安装、调试等技术负责人：指定专人，负责设计、设计联络和设计审查采购负责人：负责外购件的采购和进厂检验生产负责人：负责相关生产质量检验负责人：指定专人，负责产品的质量检验、试验及出厂调试现场安装及售后服务负责人：指定专人，负责现场安装、调试和售后服务培训负责人：指定专人，负责相关技术培训运输负责人：负责运输事宜6.3质量保证和进度计划管理项目进程运行的质量体系程序文件名称体系文件编号进度设计及签订合同产品设计管理程序合同评审程序文件和资料控制程序WQD/QP-18WQD/QP-02WQD/QP-03采购供方评定程序采购控制程序进货验收程序WQD/QP-04WQD/QP-05WQD/QP-09按合同进度要求生产与检验生产过程控制程序半成品和成品检验控制程序质量记录控制程序内部质量审核程序产