1、企业供电系统的谐波治理与无功补偿技术摘要本文先是介绍了谐波概念，从供电系统的谐波治理与无功补偿技术方法及特点方面进行分析，并从钢铁企业的角度说明了无功补偿与谐波抑制效益，仅供参考。 关键词谐波治理 无功补偿 功率因数 抑制效益 中图分类号：U223 文献标识码：A 在企业的供电系统中,从低压小容量电气设备到高压大容量用的工业交直流变换装置,均会引起电网电流、电压波形发生畸变,引起电网的谐波“污染” 。很多企业比如轧钢厂主要生产线设备的电源部分采用了大功率电力电子器件,并且电源功率柜系统采用直流供电,由三相可控硅(晶闸管)桥式整流将交流电整流为直流电供电源功率柜用。晶闸管可控整流电路是一个非线性
2、的冲击性负荷,会产生流入电网的高次谐波电流,同时消耗大量的无功功率。谐波电流在电网阻抗上产生谐波电压,引起电网电压畸变,影响供电质量及运行安全;谐波使电能传输和利用的效率降低,使电气设备过热,产生振动和噪声并使其绝缘老化,使用寿命降低,甚至发生故障或烧毁;谐波会引起电力系统局部并联谐振或串联谐振,使谐波含量放大,造成电容补偿设备等设备烧毁;谐波还会引起继电器保护和自动装置误动作,使电能计量出现混乱;尤其是谐波的存在,常常导致产品品质不良,成品率下降,生产成本显著上升。由于以上诸多因素,如何有效改善供电系统的电力品质成为一些企业关注的焦点。 一、谐波及其产生的原因 供电系统谐波的定义是对周期性非
3、正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。 电网谐波来自于 3 个方面：发电源质量不高产生谐波；输配电系统产生谐波；用电设备产生的谐波。一般情况下，用电设备是主要谐波源。在理想情况下，电源供给负荷的是正弦波形的电压，电压和电流具有标准 50Hz 频率的正弦波形，但在实际中供电电压和电流的波形由于具有非线性阻抗特性的用电设备（又称非线性负荷）用电，这些非线形负荷在工作时具有电流不随着电压同步变化的非线形的电压-电流特性，使得流过电网的电流是非正弦波形的，即这种电流是由基波与谐波成分组成，结果使其波形产生畸变。谐波电流流经
4、电网阻抗，形成谐波电压，导致电源系统的电压波形畸变，使电能质量变坏，从而影响同一供电系统的其它负荷设备。 二、谐波治理方案的技术特点 1.就地+集中滤波补偿的综合治理方式 依据企业设备的实际生产运行情况,采用每台生产设备就地开关配电柜旁安装调谐滤波柜一组,再在配电室供电母线上安装一套动态滤波及无功补偿装置的思路,改变传统的 L-C 滤波器治理谐波方案,有效避免滤波器谐波过载及各生产设备之间电气设备产生串、并联谐振的现象。 2.精确的过零触发,实现无功精细补偿。 采用晶闸管无触点精确过零触发的技术方法,根据智能无功功率监控终端采集到的实时数据和滤波器组控制策略,决定投切电容器的容量和最佳投入时刻
5、,控制电容器组进行集中分组精细补偿,改变过去一次性整组投切电容的技术方式,实现有效提高补偿精度,彻底解决欠补及无功倒送问题的技术目标。 三、无功补偿以及消除谐波装置 依据工厂供电系统谐波治理和无功补偿原理，设置动态谐波以及无功补偿装置，这种装置不仅用于提供供电系统的功率因数，提高电网的电能质量，而且还可以用于净化电网的电磁环境，保证电气设施的安全性，运行的稳定性，进而达到节约能源的同时提高工厂的生产效率。 四、企业供电系统的谐波治理与无功补偿技术方法分析 1.分组滤波补偿技术 根据负载需要补偿容量多少来把电容量容量分成若干小组，小组采用的是角内控制中三角连接方法。三个角的每条支路由滤波电容器、
6、RC 吸收电路、反并联的晶闸管组、 滤波电抗器构成， 其中电容器的投切动作由晶闸管管理控制。设置每个支路为 LC 的滤波电路，借助于这种电路，在消除谐波的同时，也补偿了无功功率。 组建一个适合滤波器组的系统化、整体化数学模型， 通过参数计算分解协调方法来调整设置 LC 参数， 借助于相关软件模拟仿真滤波器组系统，选择出电容器最佳的投入时刻以及电容器的最佳容量，然后做到对企业供电系统无功功率以及实时动态方面的补偿。这样一来，企业的供电就变的更加安全，并且降低了一些可以挽回的电能损耗， 使企业用电成本降低，企业的供电管理水平进一步提高。也使我国用电量大以及超出负载问题得到有效解决。为此， 需要将这
7、种科学的分组滤波补偿技术，广泛地应用到企业实际工作中。 2.安装调谐滤波器技术 通过在企业供电系统里每台设备中的就地开关柜位置上设置调谐式的滤波器， 加上供电母线设置动态滤波以及无功补偿装置， 就形成了滤波补偿加上就地滤波补偿方式的谐波治理。企业每台生产设备另外装设调谐滤波器，能够降低负载电流，从一定程度上消除谐波， 使企业生产设备到变压器之间的低压线路电流损耗降低。 在母线位置上的动态滤波器组管理无功补偿工作以及 剩余部分的谐波滤除工作，母线上的无功补偿以及谐波滤除能够防止由多台负荷形成的谐波影响。使企业的供电系统有个正常的工作条件。调谐滤波器技术在企业中的广泛应用， 也使得企业供电设施有了
8、更好的保障。 五、钢铁企业无功补偿与谐波抑制效益 钢铁企业的无功就地补偿及谐波治理主要采用 FC 静态补偿滤波装置、中低压 TSF 补偿及滤波装置，在大型钢铁企业越来越多的采用静止型动态无功补偿（SVC） ，使企业取得了良好的经济效益和社会效益。 (1)保证企业电网系统的安全稳定运行。不仅节约电能消耗，还减少了电网线损和上一级变压器容量的占用。降低了对通讯、自动控制装置、电能计量和继电保护的干扰。 (2)提高电气设备运行可靠，延长设备使用寿命。通过谐波治理及无功补偿，避免谐振过电压与谐振过电流对电气设备的危害，使单相电气设备使用寿命提高了 32%、三相设备的使用寿命提高了近 20%、变压器使用
9、寿命提高了近 5%。 (3)功率因数的提高，减少了无功电流与谐波电流造成的额外损耗。功率因数提高后使无功电流减小，滤除谐波电流可取的良好的节能降耗效果，通常仅考虑谐波治理的节能降耗率在 6%-30%。 (4)降低损耗，降低变压器运行容量。功率因数的提高、谐波电流的减小，使上一级变压器的平均电流减小，变压器铜损大大降低、变压器运行温度降低，大大减少按变压器容量计受的基本电费。变压器运行容量可降低 5%-10%。 (5)提高生产效率，提高产品质量。谐波滤除后，电能质量得到极大改善，电压稳定度大大提高，有利于提高生产效率、提高产品质量。如电弧炉的冶炼时间缩短，降低了能耗，提高了效率 五、结语 对企业供电系统谐波治理及无功补偿技术的研究与推广应用,能够有效提高企业供电设备的功率因数,提高生产设备运行的稳定性,改善设备供电质量,节约企业电力资源和成本。 参考文献: 1王兆安等.谐波抑制和无功功率补偿.机械工业出版社,1998,9. 2罗安.电网谐波治理和无功补偿技术及装备.中国电力出版社,2006,8. 3李群,蒋平.电能质量与节能技术.中国电力出版社,2008,4. 4刘凯峰,郑常宝.一种 SVC 试验装置的设计J.安徽电子信息职业 技术学院学报,2007(06).
