摘要：20世纪80年代以来,随着电力电子技术的 发,电力系统的发展及电力市场的开放,各种非线性负载(谐波源)应用普及,产生的谐波对电网的污染日益严重,电能质量问题越来越引起广泛关注。因此,谐波及其抑制技术已成为国内外广泛关注的课题。从对六脉冲整流装置进行了 Matlab仿真,并对某商业企业用电设备谐波及无功进行了现场测试,得出了实际无功损耗和谐波含有量。从而更加清楚的分析了该企业谐波分布及供电系统存在的问题。最后依据测试数据及企业实际情况提出了改造方案,放弃投资较大的有源滤波器,设计使用以无源滤波器为基础的HTEQ系列高速动态消谐无功补偿设备进行无功补偿和谐波消除,通过对方案的可行性验证,验证了该动态补偿装置具有良好的电流跟进性能和补偿性能,在有限的投入下获得最大的效益,很好的解决了企业内谐波及无功的影响。
关键词:整流装置;谐波抑制;动态无功补偿;Matlab仿真
一、前言
本文以佛山东方广场翡翠城用户电房谐波产生和处理方案为例，首先简单分析了电力系统无功功率及谐波的产生原因和危害,介绍了当前电力系统谐波抑制的方法,并对各种谐波抑制方法的优点和缺点做了简要的评述。本文采用HTEQ系列高速动态消谐无功补偿设备能够对商业性质用户设备进行高速跟踪无功补偿与谐波抑制,通过对负荷配电系统和运行状况实测结果进行分析计算,确定了无功补偿和谐波治理需求,在此基础上提出了动态消谐无功补偿的技术方案。
二、正文
1、东方广场翡翠城用户电房用电概况。
1.1用电情况简介
根据日常巡视数据得知，翡翠城0.4KV配电房3#变压器，额定容量为1000kVA，主要负载为商业西餐厅用电、广场音响、LED灯等；变压器低压侧配1套低压纯电容无功补偿装置，总安装容量为300kvar，电容器型号为450-30-3，投切器件为接触器，共10条支路；补偿柜投入一路30kvar；整个补偿柜的主刀熔开关为600A。
1.2目前设备概况
存在问题:补偿柜内部器件有导线及元件烧坏而且电容器衰减比较快,无法正常投运。
目前，变压器最大负荷电流150A左右，只有一家西餐厅用电较大,偶尔有广场音响及灯；当运行电流为41~125A A时，补偿功率因数为.89~0.94，且补偿柜只投1条支路。
针对导线及元件烧坏及电容器衰减比较快现象进行信息采集，了解低压用配电系统的电能质量情况。
2、测量当前电能质量
1、测试地点：#3变压器低压总开关
2、测试仪器：CA8332电能质量分析仪
3、执行标准：
电能质量 公用电网谐波 GB/T 14549
电能质量 电压波动和闪变 GB/T 12326 广东鹰视能效科技有限公司
4、变压器总开关出线端电能质量测试数据如下：
变压器总开关测试时其用电情况为：运行电流41~125A，电压395V，视在功率45~58kVA；有功功率56kW；无功功率12kvar；功率因数0.89~0.94；谐波电流畸变率8.6~22.7%，谐波电压畸变率1.2%；主要谐波频谱为3次和5次;
变压器总开关出线端测试数据 ：
图1：电流值41~125A左右 图2：电流谐波总畸变率8.6~22.7%
图3：电压值395V左右图4：电压谐波总畸变率1.2%左右
图5：3次电流谐波畸变率8.2% 图6：5次电流谐波畸变率2.6%
图7：补偿功率因数为0.89~0.94左右
3、用电系统问题分析：
1 根据现场测试数据得知，当低压纯电容无功补偿装置300kvar投入1路后，1000kVA变压器运行电流41~125A，电压395V，视在功率45~58kVA；有功功率56kW；无功功率12kvar；功率因数0.89~0.94；谐波电流畸变率8.6~22.7%，谐波电压畸变率1.2%；主要谐波频谱为3次（8.2）和5(2.6)次，同时三相电流出现严重不平衡。
2 导线及元件烧坏及电容器衰减比较快主要因素：电容器投切器件为接触器，接触器投切无限制涌流的电抗器，投切涌流比较大；但涌流达到熔断器保护值时，就造成损坏；另外，电磁炉,空调,LED灯负载产生大量谐波，纯电容补偿装置投入过程中，在某一个时间段出现谐振，电流放大10~20倍，对熔断器造成烧坏主要原因。
（1）电容器介质损耗大，导致发热，老化加速，产生永久性击穿。
主要原因是电容器长时间过电压运行、附近的整流装置产生的高次谐波流入使电容器过电流，电容器选择不当、油量过少和通风条件差等。另外，由于电容器长期运行后介质老化，介质损耗（tanδ）不断增加都可能导致电容器温升过高。电容器温度升高将影响电容器的寿命并导致电容器绝缘击穿而损坏。
（2）电容器使用寿命与投切器件质量的关系
在分断电容器组时，如果投切器件发生重击穿，在电容器的端子上就会出现3倍、5倍、7倍的高倍数操作过电压。
在高的操作过电压的作用下，电容器内部就会发生强烈的局部放电和介质损伤，甚至导致电容器击穿。因而用于投切电容器的断路器的质量与电容器的实际使用寿命是紧密相关的。
为了防止过大的涌流和过电压，当电容器从网络中退下来后，要及时对电容器(组)放电。在将电容器再次投入电网运行之前，电容器上的剩余电压不应超过其额定电压的10％。
4、解决方案：
方案一:对原有柜体的电容器更换为抗谐波电容器,当纯电容柜把谐波放大有可能继续出现烧导线和接触器等元件,严重有可能起火,影响用电安全,无法滤除交流电中的的谐波分量，治标不治本!
方案二：采用高速动态智能无功补偿装置（集电容、电抗为一体，具备补偿和滤波功能）代替原无功功率补偿器件（电容器、接触器、熔断器等）。
首先对高速动态无功补偿装置进行总体设计。
下图为HTEQ高速动态消谐无功补偿设备运行的原理
图8：HTEQ系列高速动态消谐无功补偿原理图
该设备由检测单元、主控单元,投切执行单元和调谐电容器组四大部分构成。检测单元通过电压、电流传感器实时检测系统电压和电流的瞬时值,并实时计算出电压电流有效值、系统所需无功功率功率、电压电流谐波含量等控制参量,由主控单元完成逻辑判断并发出相应的控制指令,控制投切执行单元投切调谐电容器组,实现对负载无功功率的动态跟踪补偿。
表1：高速动态消谐无功补偿柜主要部件成套表
系统控制器通过9套三相高速固态开关(功率模块)控制9路调谐电容器组的投切,采用零过渡过程投切技术,彻底消除电容器组投切时的暂态涌流和干扰,实现对负荷无功功率的高速跟踪补偿和对主要谐波分量的滤波。
4、方案实施后效果：
通过设计安装高速动态消谐无功补偿,企业的用电效率得到了很大的提高,一次性的投资解决长时间困扰企业的问题,完全符合企业投入产出比要求。
① 1000kVA变压器运行电流不超过1440A，功率因数不低于0.80时，保证月平均功率因数不低于0.90
② 抑制负荷产生的谐波，从而改善电能质量，保障电器设备的安全。
③ 减少变压器有功损耗。
④ 减少配电线路有功损耗。
⑤ ⑤减少设备故障率，提高生产效率，延长设备使用寿命。
三、结束语：
随着电力系统的发展以及电力市场的开放,电能质量问题越来越引起广泛关注。由于各种非线性负载(谐波源)应用普及,产生的谐波对电网的污染日益严重。谐波及其抑制技术已成为电力系统重要课题之一。本文研究了 HTEQ系列高速动态消谐无功补偿装置在密炼车间系统中的应用,并通过仿真,验证了系统的高效、稳定运行。
致谢：
配电线路工高级技师欧许曼对本文的修改提供了宝贵意见，谨此致谢
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论文作者:潘国英
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/9
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