1、 编号：DF080515低压动态无功补偿及谐波治理技术方案东方博沃（北京）科技有限公司2008 年 04 月 09 日目 录一、 无功及谐波治理现状及未来 .3二、 无功及谐波对生产的影响 .3三、 无功补偿及谐波治理的解决方案 .41 供电系统概述.42 测试数据（仅供参考）.42.1 测试仪器 .42.2 测试报告 .42.2.1 测试点选择 .42.2.2 测试数据 .53方案设计.73.1 设计依据 .73.1.1 谐波国家标准 .73.1.2 谐波相关行业标准 .83.2 TSF 系列低压动补及滤波成套装置确定 .83.2.1 概述 .83.2.2 技术要求 .93.2.3 解决方案
2、 .93.3 电气原理图 .103.4 柜体内部结构及外观示意图 .113.5 柜内主要元器件明细 .123.6 方案特点 .133.6.1 配电综合监控终端（型号：DQC3000） .133.6.2 大功率可控硅投切系统(型号：DQS201) .143.7 柜体要求 .153.8 滤波电容器(制造厂家：莱恩伟业（鹤壁）电子科技有限责任公司 ) .153.9 滤波电抗器：(制造厂家：北京华都变电设备厂) .163.10 产品器件安全防护及其它要求 .163.11 功能强大的后台数据管理系统 .173.12 全面的远程监控通讯解决方案 .183.13 仿真分析 .203.13.1 阻抗特性曲线
3、.203.13.2 系统电流波形投切前后对比 .203.13.3 母线电压波形投切前后对比 .213.14 变压器滤波补偿装置单线图 .23四、 产品质量保证及服务 .264.1 服务理念 .264.2 服务内容 .264.3 质量保证 .27东方博沃(北京)科技有限公司 低压动补谐波治理技术方案 版本：1 第 1 页 共 27 页一、 无功及谐波治理现状及未来随着科技进步电力电子技术的迅速发展，大量非线性负荷接入电力系统，这些非线性负荷在系统电压作用下，供电电流发生畸变，含有大量的谐波成分。非线性负荷的谐波电流注入系统后，在系统阻抗上产生谐波电压，引起电网电压畸变，造成电力系统谐波污染，降低
4、了电能质量。目前，谐波污染已被公认为电网的公害（例如去年浙江 l 丽水市因谐波导致 110kv变电站开关跳闸造成大面积停电以及烧毁 3 台变压器事故） ，烧毁用电设备以及电容器爆炸事故经常发生。为此，在电力系统、电机、电器、供用电以及所有涉及电力电子应用的工业部门中，大都把谐波干扰及分析处理作为重要技术课题，一些国际学术组织（如 IEC、CIGRE 等）及许多国家还制定了控制谐波的标准或管理办法。我国在 1984 年由水利电力部颁布了电力系统谐波管理暂行规定 （SD126-84） ，1993 年由能源部组织制定并经国家技术监督局批准发布了谐波国家标准电能质量 公用电网谐波（GB/T14549-
5、93） 。谐波国家标准既为谐波治理提供了政策依据，也为谐波治理提出了具体要求。随着科技的发展谐波的危害越来越被人们所认识。同时，谐波对供电企业保证安全供电造成严重的威胁，陆续出台一些相关谐波治理的政策，例如“谁污染，谁治理”“上缴谐波治理保证金”等等。可见谐波治理面临严峻压力和挑战。二、 无功及谐波的影响由于无功及谐波电流是由低压直流电机产生，所以无功电流、谐波电流流经低压电缆、变压器时大量占用设备容量，降低其使用效率。由于无功电流、谐波在电网中流动时耗掉一部分有功，从而浪费电能。谐波对于配电用断路器来说，全电磁型的断路器易受谐波电流的影响使铁耗增大而发热，同时由于对电磁铁的影响与涡流影响使脱
6、扣困难，且谐波次数越高影响越大；热磁型的断路器，由于导体的集肤效应与铁耗增加而引起发热，使得额定电流降低与脱扣电流降低；电子型的断路器，谐波也要使其额定电流降低，尤其是检测峰值的电子断路器，额定电流降低得更多。由此可知，上述三种配电断路器都可能因谐波产生误动作导致生产停电。上述无功、谐波带来三个问题对安全生产、设备使用寿命造成了沉重的压力，如果不采取正确的对策将会对生产带来严重的后果。东方博沃(北京)科技有限公司 低压动补谐波治理技术方案 版本：1 第 2 页 共 27 页三、 无功补偿及谐波治理的解决方案1 供电系统概述进线电源 110KV/10KV，专线供电一公里左右。生产线为无缝钢管的生
7、产线，主要负载为穿管直流电机、延伸直流电机、定径直流电机等设备，供电系统一次电气图如下所示。 10kV穿 孔 低 配50kVA250kVA1W 0.4KV延 伸 定 径 14*0kW定 径 125kA/.7/.2 磐石无缝钢管线（同样 1500KW 延伸机、穿管机）测试数据（仅供参考）2.1 测试仪器HIOKI 3197 电力谐波分析仪：监测及记录电力质量，当问题出现时分析它产生的原因，电力质量故障诊断功能最全面的仪器，测量功率因数，突升，突降，闪变，谐波分析到 50 次，高频瞬态测量，检测及波形显示，4 电流通道及 4 电压通道。东方博沃(北京)科技有限公司 低压动补谐波治理技术方案 版本：
8、1 第 3 页 共 27 页2.2 测试报告2.2.1 测试点选择测试单位：东方博沃（北京）科技有限公司 测试仪器：日置 3197用户名称 磐石钢管厂 测试时间 2007 年 06 月 01 日电压等级 10/0.75kV 测试地点 变压器二次侧系统说明9测 试 点 9测 试 点延 伸 机150KW穿 管 机150KW2.2.2 测试数据 穿管、延伸整流变谐波电压、电流值谐波电压、电流参数值 定径整流变压器投前投后对比东方博沃(北京)科技有限公司 低压动补谐波治理技术方案 版本：1 第 4 页 共 27 页投前各次谐波值 投后各次谐波值投入设备前功率因数 投入设备后功率因数东方博沃(北京)科技
9、有限公司 低压动补谐波治理技术方案 版本：1 第 5 页 共 27 页3方案设计3.1 设计依据3.1.1 谐波国家标准我国在 1984 年由水利电力部颁布了电力系统谐波管理暂行规定 （SD126-84）,1993 年由能源部组织制定并经国家技术监督局批准发布了谐波国家标准电能质量 公用电网谐波 （GB/T14549-93） ，具体标准见表 1，2。表 1 电能质量 公用电网谐波谐波电压（相电压）限值各次谐波电压含有率（%）电网标称电压（kV） 电网总谐波畸变率（%） 奇次 偶次0.38，066 5.0 4.0 206 4.0 3.2 1.610 4.0 3.2 1.635 3.0 2.4 1
10、.266 3.0 2.4 1.2110 2.0 1.6 0.8表 2 谐波电流限值谐波次数及谐波电流允许值(A)标准电压kV基准短路容量MVA2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 250.38 10 78 62 39 62 26 44 19 21 16 28 13 24 11 12 9.7 18 4.6 16 7.8 4.9 7.1 14 6.5 126 100 43 34 21 34 14 24 11 11 4.5 16 7.1 13 6.1 6.8 5.3 10 4.7 9.0 4.3 4.9 3.9 7.
11、4 3.6 6.810 100 26 20 13 20 4.5 15 6.4 6.8 5.1 9.3 4.3 7.9 3.7 4.1 3.2 6.0 2.8 5.4 2.6 2.9 2.3 4.5 2.1 4.135 250 15 12 7.7 12 5.1 4.8 3.8 4.1 3.1 5.6 2.6 4.7 2.2 2.5 1.9 3.6 1.7 3.2 1.5 1.8 1.4 2.7 1.3 2.566 500 16 13 4.1 13 5.4 9.3 4.1 4.3 3.3 5.9 2.7 5.0 2.3 2.6 2.0 3.8 1.8 3.4 1.6 1.9 1.5 2.8 1.4
12、 2.6110 750 12 9.6 6.0 9.6 4.0 6.8 3.0 3.2 2.4 4.3 2.0 3.7 1.7 1.9 1.5 2.8 1.3 2.5 1.2 1.4 1.1 2.1 1.0 1.9在实际情况中，公共连接点的实际短路容量与假定的基准短路容量不尽相同，因此应该进行换算，具体换算公式如式（1）所示：（1）hpkhISI21式中： 公共连接点的最小短路容量，MVA；1kS基准短路容量（这里取 750 MVA） ，MVA；2东方博沃(北京)科技有限公司 低压动补谐波治理技术方案 版本：1 第 6 页 共 27 页表 1 中的第 h 次谐波电流允许值，A；hpI短路容量为
13、时第 h 次谐波电流允许值，A 。1kS根据国标 GB/T14549-1993电能质量-公用电网谐波关于公共连接点 PCC 处谐波电流的分配原则，同一公共连接点的每个用户向电网注入的谐波电流允许值按此用户在该点的协议容量与其公共连接点的供电设备容量之比进行分配。在公共连接点处第 i 个用户的第 h 次谐波电流允许值按下式计算：（2）1)/(tihiSI式中： 式（1）换算得到的第 h 次谐波电流允许值，A ；hI第 i 个用户的用电协议容量，MVA；iS公共连接点的供电设备容量，MVA；t 相位叠加系数，按表 3 取值。3.1.2 谐波相关行业标准GB/T14549-93 电能质量，公用电网谐
14、波 GB/T15576-1995 低压无功功率静态补偿装置总技术条件JB/DQ6141-86 低压无功功率补偿装置GB3983.1-89 低电压并联电容器DL/T597-1996 低压无功补偿控制器定货技术条件GB7251.1-1997 低压成套开关设备和控制设备GB 4942.2-85 低压电器外壳防护等级JB/T9663-1999 低压无功功率自动补偿控制器3.2 TSF 系列低压动补及滤波成套装置确定3.2.1 概述该供电系统存在 6K1 次谐波，尤其是 5、7 次谐波较严重，使系统电压电流发生畸变，影响设备的正产运行及安全生产，鉴于此我们按设计配置我公司 TSF 系列无功补偿滤波装置（
15、户内，柜式） ，使其满足国家相关标准的要求及设备正常运行需要。东方博沃(北京)科技有限公司 低压动补谐波治理技术方案 版本：1 第 7 页 共 27 页3.2.2 技术要求该投切装置可对设备不同负荷下的功率因数进行校正，使其稳定在设计范围内，在最小和最大负荷时均能满足设计要求；该装置在自动基波无功补偿的同时抑制负载设备产生的 5、7、11、13 等次谐波放大，提高供用电系统安全稳定性，改善供用电质量；减少供用电系统的视在电流，提高供用电设备的利用率,达到降耗节能的目的；对谐波进行有效治理，减少由于谐波产生的损耗和趋肤效应，消除谐波对控制系统的干扰；补偿装置的系统总有功损耗小于装置自身容量的 1
16、%；补偿装置具有保证系统本身安全运行的技术措施：过压、欠压、过流、过载、超温等报警及保护功能；补偿装置所采用的电容器是防爆、滤波电容器。3.2.3 解决方案采用 TSF 系列 5 次动补滤波装置，三台变压器各安装一套，采用接线方式，控制策略为 8421 编码控制，柜体颜色按要求，柜体内预留母排连接，主要参数列表如下:变压器 装置型号 电压等级 柜体尺寸 柜数量柜体颜色TSF-1-720-800/3 750V 1200X1000X2200 1 面 按要求ZS5000KVA顶管侧 TSF-2-720-800/1 750V 1200X1000X2200 1 面 按要求TSF-1-720-800/3
17、750V 1200X1000X2200 1 面 按要求ZS5000KVA延伸侧 TSF-2-720-800/1 750V 1200X1000X2200 1 面 按要求TSF-1-400-550/3 400V 1000X1000X2200 1 面 按要求ZS2500KVA左绕组 TSF-2-720-550/1 400V 1000X1000X2200 1 面 按要求TSF-1-400-550/3 400V 1000X1000X2200 1 面 按要求ZS2500KVA右绕组 TSF-2-720-550/1 400V 1000X1000X2200 1 面 按要求1250KVA 动力变 TSF-1-4
18、00-650/4 400V 1000X1000X2200 1 面 按要求合计 9 面东方博沃(北京)科技有限公司 低压动补谐波治理技术方案 版本：1 第 8 页 共 27 页3.3 电气原理图（以 1500KW 顶管为例）DQS201可 控硅 投 切 单 元U31U32U3C012U01U13C01V01 W13C013V13W01FU12FU1U12U1 FU13W12V12 W1V1V01U23C021U01 V23W01C02 W23C023 C031U01FU21 FU2U2L21 V2L2U21 V21 FU31FU23W2L23 L31W21V01U01 W01 U01V01W01 U01FU42V41V42L42V43C042V3C032V01 W3C03W01 C041U01U43V01FU32 FU3V32L32 W32L3V31 W31 FU41L41U42U41W43C043W01FU43W42L43W41V01V01W01 U01 W01BEIJNG DFPOWER更 改 标 记1 日 期更 改 通 知 单数 量 签 字2 批 准 标 准 化3 设 计复 核审 核 4 日 期 51 2 3 4 56东 方 博 沃 （ 北 京 ） 科 技 有 限 公 司 7 第 张+共 张281= FDCB6 7 8 AE
