谐波治理与节能

/E甲节能August 2012 VoL G No 4谐波治理与节能冯菊梅/王娟/黄鹏洲/马鑫(中国建筑设计咨询公司,北京100120)Harmonics Control and Energy SavingFeng Jumei Wang Juan/ Huang Pengzhou/ Ma Xin摘要本文论述了谐波产生的原因及危害并提出治理谐波流,损坏电容器补偿等电气设备。的必要性。针对某项目阐述了谐波治理方案和节能效益分析。关键词谐波治理节能(4)导致电机和变压器产生附加损耗和过热,产生机械振动、噪声和谐波过电压,降低效Abstract This paper discusses the causes and harm of率和利用率,缩短使用寿命。harmonic, and puts forward the necessity of harmonic control(5)对邻近的通信、电子或自动控制设备产According to a project the authors introduce the method of生干扰,甚至使其无法正常工作。harmonic control and analyse the benefit of energy savin2某项目谐波产生及治理方案Keywords harmonic control, energy saving2.1谐波源该项目大部分是商业、写字楼、娱乐楼和影1谐波治理的必要性城等,由于大量的日光灯、电梯和动力用电等用电1.1谐波的主要来源设备的使用,使得配电系统中存在大量的谐波原。影响电源质量的主要因素是非线性用电设谐波电流在配电系统中产生谐波电压畸变使得备,非线性用电设备主要有以下四大类型配电系统的电能质量恶化。因此谐波亟待治理。(1)交流整流再逆变用电设备:如变频调22谐波治理方案速、变频空调和双速风机等。(1)谐波治理的目标(2)用于舞台影剧院和可控硅调光设备。使相电流总谐波电流大幅降低,在不超出(3)设备:如电视、电脑等。滤波器容量的情况下谐波滤除率大于80%便系(4)大量的直管荧光灯的电子整流器等统相电流谐波含量和电压谐波总畸变率达到国1.2谐波的危害家标准要求。使中性线电流三次谐波电流降低电力谐波存在的危害有:到国家标准限值以内,降低过大的电流对中性(1)谐波导致保护和自动装置误动或拒动,线造成的压力。引发非正常断电和设备损坏,导致重大的无法(2)治理方案估量的损失。对本项目进行实地检测,掌握具体的谐波(2)谐波电流频率增高会引起明显的集肤数据,并分析谐波产生的原因。基于实测数据效应,使电力电缆和配电线路的导线电阻增大,在相应的位置有针对性地安装有源滤波装置。线损加大,发热增加,绝缘过早老化,易发生接经过实际验证,该方案切实可行并达到了治理地短路,形成火灾隐患。谐波和节能的预期目的。下面就具体方案和节(3)诱发电网谐振,导致谐波过电压和过电能效益进行探讨和分析。中国煤化工CNMHG24www.znjzdq.cn万方敌据2012年8月第6卷第4期建的电气综台技水l0kV母线0,4kV母线1#西北变scB10-400/10电容负载负载负载负载偿柜图1配电系统示意图3项目介绍及节能分析32测试系统3.1项目供电系统测试点:各变压器0.4kV出线侧,分析软该项目共有变压器15台,主要负载为照明件: HIOKI3197专用软件。和动力等。33测试数据及分析15台变压器配电系统图接线基本类似,本以6#变压器为例,图2是6#变压器的测次对1#~6#变压器进行测试。系统组成如图试数据及分析。1、表1所示。从测量数据可以看出,由于存在大量单相表1变压器主要情况表负载,造成三相不平衡度很大;使谐波源设备产生大量3、5、7次谐波电流,其中3次谐波电流变压器型号主要负载在中性线中叠加,使电流波形畸变率最高达到1#scB10-1600/102#ScB10-1250/10照明动力259%,谐波含量为732A×259%=189.59A。scB10-1250/10照明.动力根据测试数据,需在变压器低压侧加装三相四4#scB10-1600/10照明动力5#scB10-1600110照明、动力线滤波装置,以治理负载产生的大量3、5、7次谐6#scB10-1600/10照明、动力波电流。VIEWDMM说定3P45kA□2495982Hz定3P45kA■2485091HzU rms [v] peak+[v] peak-[V] THD [X]ch12357k3ch223673381123623374-337.4I rms [A] peak+ [A] peak-[A] ITHD [X]20.8dch167k■涨-11k268ch28.614k184k-1832380.73k■126k-125k259ch48463k■.79-B77kP [W]S [A Q [var] PFch115的.1585.958c28.13.145N84489541. 000kA/dsv9.165M3M8.853M8.952Sm454477MB.146M8952U12357118.671 kA Psum8454M2366V128614kAUm8.4xUave [v] Iave [A] Unb [X23628.673k9.3236.18.732kA148.462kAKFITHD保持电压倍率电流锫率时向轴保持图2(a)电流、电压数据图2(b)电流、电压波形中国煤化工CNMHG智能建到电气技术25万方敌据Em能cmamAugust2012Vol.6N。4VIEW定3P45A□245981Hz说定3P45kA24V58.81HzCHITHD1 [X] THD2[X] THD3 [X]「次数U[I[A]P[W]IH2.52.32.5次数123578652k8151N16660-1208.881k8.NM|THD13398.158kB838M68.8:-÷-2.54B.18.881k8.MU [V]6.65■17883kB.8MTHD2[x235.6Il73.18.853k8.88Ms.888k:…………8_001060k10803[x6.566k:……:913821kB908NM2I [A]3.88k8B89B.651k11—18B834k8898M000k0000M3.86M.………:……13.70k8N6.388M15848.03k-8889N6.636r168.18881k8.88N9.152M1718B.067k888N128364658囚表/例列表选择通道保持囚表/列表选择通道保持图2(c)谐波电流、电压柱状图图2(d)谐波电流电压数据图26#变压器的测试数据及分析34谐波治理装置选型有源电力滤波器。1#变压器诸波含量为245A×8%=19.6A,5#变压器诸波含量为689A×23.1%=考虑到滤波装置需留有足够的裕量,因此在1#159.16A,在变压器低压负载侧安装一台200A变压器低压负载侧安装了一台50A三相四线有三相四线有源电力滤波器。源电力滤波器。6#变压器谐波含量为732A×259%=189.59A,2#变压器谐波含量为01A×10.8%-25412A,在变压器低压负载侧安装一台200A三相四线在变压器低压负载侧安装一台300A三相四线有源电力滤波器。有源电力滤波器。35安装方式3#变压器谐波含量为76A×208%=16557A,如图3所示的是1#变压器谐波治理装置在变压器低压负载侧安装一台200A三相四线的安装位置,其他几台变压器类同。有源电力滤波器。36节能分析4#变压器谐波含量为877A×143%=1254A,谐波电流治理后,节能分析如下:在变压器低压负载侧安装一台150A三相四线1)滤波后减少的无功损耗PH10kV母线0.4kV母线1#西北变scB10-400/10容补APF负载负载负载负载柜图3谐波治理装置安装位置中国煤化工CNMHG26www.znjzdq.cn万敌据2012年8月第6卷第4期建的电气缲合技术身∑×(H2)X Sin中n4小结H=5.7,1l13通过以上分析可以看出,因为谐波电流,使=0.49kW得电网的可靠性、安全运行存在很大隐患。有源2)滤波后减少的有功损耗Po:电力滤波器并联在电网中,可有效缓解谐波对P=√3×U1×(-1)×coss=74kW电网的压力,将谐波危害降低到最低。同时,经过谐波治理,还有一定的节能效果,会降低线路3)谐波在变压器中的有功能量损耗Pr:及变压器损耗,提高输电设备的使用寿命,节约社会资源。P-3∑Kx=1557KW供电系统的安全始终是第一位的,如何保证电网系统安全,需要从各个方面考虑,尽可能式中-通过变压器的h次谐波电流减少或者降低存在的供电安全隐患,实现绿色Rx-变压器工频等值电阻;电网、节能降耗,符合现代化企业发展要求,谐Kn-由于谐波的集肤效应和邻近效应使波治理势在必行。电阻增加的系数当h为5、7、118和13时,K李考文献可分别取2.1、2.5、3.2和3.7。[1]褚俊伟.电力系统分析[M].北京:水利电力出版社,4)谐波无功的能量损耗D1:1995[2]胡铭,陈衍.有源滤波技术及其应用[J].电力系统自动D×Q1=3.53kvar化,200,24(3):28[3]罗安.电网谐波治理和无功补偿技术及装备[M].北京:其中Q1=√3×U1x1×sin中国电力出版社,2006[4〕姜齐荣,赵东元,陈建业.有源电力滤波器:结构·原有源滤波器的功率损耗,按照平均2kW计理·控制[M].北京:科学出版社,2005算,则:滤波总有功节省为:P=PH+PT+P0-2kW= 21 46k W滤波总无功节省为:D=3. 53kVar(1)每年节省有功电费(按照每年12个月每月工作22d,每天12h计算):P×12月×22d×12hx0.6元/kWh=4.08万元冯繭褥(2)每年节省谐波无功电费(无功功率18.00元/kvar/月,按照每年12个月计算):1987年7月毕业于重庆建筑工程大18元/kVAR/月×d×12月=76248元学电气自动化专业,高级工程师,注册电气工程师。河北省建筑智能学会常务理(3)总节省电费费用(按照每年12个月计亨,河北省电气学会会员,北京市绿色建算):筑评价标识专家,北京地区勘察设计行总节省电费费用(RMB)业高新技术企业认定专家。参与编制华北电气标准设计图集,设计工程有河北=a项+b项=4.16万元省白楼宾馆2号楼、上海地铁一号线步行注:以上结果是在测量值和其他估计值的基街、秦皇岛邮政综合营业機、泥河湾博物础上计算而得,测量的误差和估计值的误差将会馆主馆、河北省行政学院培训楼等等,获省、部级设计奖10项。直接影响最终计算结果。本计算仅供参考。中国煤化工CNMHG智能建电气技术27万方敌据