选矿厂谐波治理项目报告

选矿厂谐波治理项目报告 矿山选矿区泵站配电房 谐波测试报告及治理方案 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 目 录 1.谐波测试 ....................................................... 2 1.1测试概况 ..................................................... 2 1.2测试数据 ..................................................... 2 1.3常用谐波治理标准 ............................................ 14 1.4测试结论 .................................................... 16 2.谐波的危害 ........................................................ 16 2.1对输电线路的影响 ............................................ 16 2.2对变压器的影响 .............................................. 19 2.3对无功补偿电容器的影响 ...................................... 20 2.4对继电保护装置的影响 ........................................ 21 2.5对电能表的影响 .............................................. 23 3.治理方案 .......................................................... 23 3.1总体技术方案 ................................................ 23 3.2为何不选用无源滤波器 ........................................ 25 3.3有源滤波器技术现状 .......................................... 26 3.4有源滤波器的选型依据 ........................................ 26 3.5有源滤波器产品特点 .......................................... 27 4 第1页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 1.谐波测试分析 1.1测试概况 由于矿山选矿区泵站散热风机多次损坏、无功补偿柜发热，为弄清事故原因，经库马克和矿山选矿区双方相关人员协商后，于2010年7月7日进行了一次谐波测试。由于负载特性——三相电流基本平衡，这里仅以测得的一相电流和电压数据为基准进行分析。测试情况如下: 测试仪表:CA—8230智能电能质量分析仪，采样间隔为1S。 测试点: 1)1#污水泵用变频器进线端 2)1#变压器低压总出线端 3)3#污水泵用变频器进线端 4)2#变压器低压总出线端 1.2测试数据 1)1#污水泵用变频器进线端(测量时间2010年7月7日10:09分-10:25分) (1)相电压及相电流有效值 相电压平均值为219.1V ,最小值215.7V,最大值得221.3;相电流平均值为129.1A,最大瞬时电流为331A，电压、电流有效值趋势图如下: 第2页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 (2)相电压、相电流波形如下: 红色为电压、绿色为电流 (3)相电流、相电压谐波总畸变率 相电压谐波总畸变率平均值为2.5%,最大值3.2%;相电流谐波总畸变率平均值52%,最大值69%。相电压、相电流谐波总畸变率趋势图如下: 第3页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 (4)相电压、相电流谐波棒形图如下: 红色为电压、绿色为电流 (5)部分采样值的电流谐波数据 相电流数据表(仅列出主要谐波): 第4页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 时间 基波 5次 7次 11次 13次 A A A A A 10:10:06 144.9 58.974 32.023 9.9981 8.8389 10:10:07 110.6 42.581 21.346 8.295 6.3042 10:10:08 144.2 55.517 27.11 11.248 8.3636 10:10:09 111.3 46.301 24.709 9.1266 6.1215 10:10:10 139.8 61.372 33.412 10.904 9.087 10:10:11 138 70.794 42.78 10.35 10.074 10:10:12 111.8 51.204 29.292 8.2732 7.3788 10:10:13 137.6 53.664 28.07 10.32 7.7056 10:10:14 114.5 51.296 29.198 8.3585 7.2135 10:10:15 118.9 45.539 22.829 9.1553 6.6584 2)1#变压器低压总出线端(测量时间2010年7月7日10:30分-10:40分) (1)相电压、相电流有效值 相电压平均值为218.2V ,最小值215.3V,最大值得220.5V; 相电流平均值为577.2A,最小瞬时电流为442A; 最大瞬时电流为756A。 相电压、相电流有效值趋势图如下: 第5页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 (2)相电压、相电流波形如下: (3)相电压、相电流谐波总畸变率 相电压谐波总畸变率平均值为2.4%,最大值3%;相电流谐波总畸变率平均值9.9%,最大值11.3%。 第6页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 相电压、相电流谐波总畸变率趋势图如下: (4)相电压、相电流谐波总畸变率棒形图 第7页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 (5)部分采样值的电流谐波数据 相电流数据表(仅出主要谐波) 时间 基波(A) 3次(A) 5次(A) 7次(A) 11次(A) 13次(A) 10:30:47 585.4 9.3664 46.832 25.758 9.9518 11.123 10:30:48 581.4 11.628 45.349 24.419 11.047 11.047 10:30:49 576.3 11.526 43.223 24.205 9.2208 10.373 10:30:50 573.5 10.323 44.16 23.514 9.7495 10.323 10:30:51 580 9.86 45.24 24.36 11.02 11.02 10:30:52 572.7 9.1632 45.243 23.481 10.881 10.881 10:30:53 574.6 10.917 43.67 24.708 9.1936 10.917 10:30:54 576.9 11.538 43.844 24.807 9.2304 10.384 10:30:55 567.4 10.781 42.555 23.831 9.0784 9.6458 10:30:56 571.4 11.428 46.283 23.427 11.428 10.857 3)3#污水泵用变频器进线端(测量时间2010年7月7日10:45分-10:50分) (1)相电压、相电流有效值 相电压平均值为219.3V ,最小值215.4V,最大值得220V; 相电流平均值为239.5A,最小瞬时电流为220A; 最大瞬时电流为266A。 相电压、相电流有效值趋势图如下: 第8页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 (2)相电压、相电流波形如下: (3)相电压、相电流谐波总畸变率 相电压谐波总畸变率平均值为4.8%,最大值5.2%;相电流谐波总畸变率平均值36.9%,最大值38.3%。 第9页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 相电压、相电流谐波总畸变率趋势图如下: (4)相电压、相电流谐波总畸变率棒形图 第10页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 (5)部分采样值的电流谐波数据 相电流数据表(仅出主要谐波) 时间 基波(A) 3次(A) 5次(A) 7次(A) 11次(A) 13次(A) 10:45:36 224.7 4.9434 75.724 27.413 17.976 7.8645 10:45:37 224.8 5.3952 74.409 27.201 18.209 7.868 10:45:38 224.2 3.5872 74.883 27.128 18.16 7.6228 10:45:39 224.6 6.738 74.118 26.503 17.743 7.6364 10:45:40 224.9 6.747 73.317 26.538 17.767 7.4217 10:45:41 225.3 2.7036 74.574 26.135 18.024 7.2096 10:45:42 224.6 6.0642 72.995 26.503 17.743 7.6364 10:45:43 224.1 5.3784 73.281 26.892 17.704 7.8435 10:45:44 223.6 6.0372 74.235 26.385 17.441 7.6024 10:45:45 223.5 6.0345 75.99 27.044 17.657 7.599 4)2#变压器低压总出线端(测量时间2010年7月7日10:52分-10:59分) (1)相电压、相电流有效值 相电压平均值为220.6V ,最小值217.6V,最大值得224.1; 相电流平均值为415.1A,最小瞬时电流为387A; 最大瞬时电流为459A。 相电压、相电流有效值趋势图如下: 第11页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 (2)相电压、相电流波形如下: (3)相电压、相电流谐波总畸变率 相电压谐波总畸变率平均值为4.5%,最大值5%;相电流谐波总畸变率平均值21.5%,最大值22.4%。 第12页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 相电压、相电流谐波总畸变率趋势图如下: (4)相电压、相电流谐波总畸变率棒形图 第13页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 (5)部分采样值的电流谐波数据 相电流数据表(仅出主要谐波) 时间 基波(A) 3次(A) 5次(A) 7次(A) 11次(A) 13次(A) 10:52:55 411.7 6.1755 72.871 27.172 18.115 11.116 10:52:56 408.4 7.3512 73.104 26.954 18.378 11.435 10:52:57 407.9 8.158 73.422 26.921 19.171 11.013 10:52:58 407.8 8.9716 73.812 26.915 19.167 10.603 10:52:59 408.3 9.3909 73.086 26.948 19.598 11.024 10:53:00 406.8 8.9496 72.004 27.662 19.526 10.984 10:53:01 406.4 10.566 71.12 27.635 18.288 10.566 10:53:02 407.7 9.3771 71.348 26.908 18.754 10.193 10:53:03 407.4 9.7776 72.517 26.888 18.333 10.185 10:53:04 407 8.954 72.039 26.455 18.315 10.175 1.3常用谐波治理标准 GB/T 14549-1993《电能质量公用电网谐波》见下表 表1公用电网谐波电压(相电压)限值 各次谐波电压含有率(%) 电网标称电压电压总谐波畸变率 (KV) (%) 奇次 偶次 0.38 5.0 4.0 2.0 6 4.0 3.2 1.6 10 35 3.0 2.4 1.2 66 110 2.0 1.6 0.8 第14页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 表2 注入公共连接点的谐波电流允许值 谐波次数及谐波电流允许值(A) 标准电基准短路容 压(KV) 量(MVA) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.38 10 78 62 39 62 26 44 19 21 16 28 13 24 6 100 43 34 21 34 14 24 11 11 8.5 16 7.1 13 10 100 26 20 13 20 8.5 15 6.4 6.8 5.1 9.3 4.3 7.9 35 250 15 12 7.7 12 5.1 8.8 3.8 4.1 3.1 5.6 2.6 4.7 66 500 16 13 8.1 13 5.4 9.3 4.1 4.3 3.3 5.9 2.7 5.0 110 750 12 9.6 6.0 9.6 4.0 6.8 3.0 3.0 2.4 4.3 2.0 3.7 谐波次数及谐波电流允许值(A) 标准电基准短路容 压(KV) 量(MVA) 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 0.38 10 11 12 9.7 18 8.6 16 7.8 8.9 7.1 14 6.5 12 6 100 6.1 6.8 5.3 10 4.7 9.0 4.3 4.9 3.9 7.4 3.6 6.8 10 100 3.7 4.1 3.2 6.0 2.8 5.4 2.6 2.9 2.3 4.5 2.1 4.1 35 250 2.2 2.5 1.9 3.6 1.7 3.2 1.5 1.8 1.4 2.7 1.3 2.5 66 500 2.3 2.6 2.0 3.8 1.8 3.4 1.6 1.9 1.5 2.8 1.4 2.6 110 750 1.7 1.9 1.5 2.8 1.3 2.5 1.2 1.4 1.1 2.1 1.0 1.9 IEEE 519-1992标准如下: 表3谐波电压限值 接点处母线电压 电压单次谐波畸变率(,) 电压总谐波畸变率(,) 69KV及以下 3.0 5.0 69.001KV,161KV 1.5 2.5 161.001KV及以上 1.0 1.5 表4谐波电流限值 奇次谐波次数n <11 11,h<17 17, h<23 ,23,h<35 35,h 电流总畸 变率(%) I/ I 奇次谐波谐波含有率 SCL <204.0 2.0 1.5 0.6 0.3 5.0 20<507.0 3.5 2.5 1.0 0.5 8.0 第15页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 50<10010.0 4.5 4.0 1.5 0.7 12.0 100<100012.0 5.5 5.0 2.0 1.0 15.0 >100015.0 7.0 6.0 2.5 1.4 20.0 说明:偶次谐波限制为上述奇次谐波值的25,;ISC,接点处的最大短路电流; IL,接点处最大需求负荷电流(基波)。 1.4测试结论 根据测试数据和谐波治理标准可知: 1)1#污水泵用变频器进线端和1#变压器低压总出线端主要为电流谐波超标，电压谐波不超标 污水泵用变频器进线端和2#变压器低压总出线端电压、电流谐波都超标。 2)3# 2.谐波的危害 2.1对输电线路的影响 谐波对电晕起始和熄灭的影响是峰一峰电压的。峰值电压与谐波和基波的相角关系有关，所以即使有效值电压在限值以内而峰值电压高出额定值也是可能的。因此，在输电线路的中要适当考虑这一影响，以降低事故的可能性。 在电缆输电的情况下，谐波电压以正比于其幅值电压的形式增加了介质的电场强度。这一影响增大了局部放电、介损和温升，缩短了电缆的使用寿命，增加了事故次数。电缆的额定电压等级越高，谐波引起的上述危害也越大。 谐波电流流过导体表面时会产生集肤效应和邻近效应。集肤效应是指导体中有交流电流流过或者处于交变电磁场中，由于电磁感应使电流或磁通在导体中分布不均匀，越接近表面处电流密度或者磁通密度越大的现象。电流频率越高，导体的电导率和磁导率越大，趋肤厚度就越小，这时只要导体的截面积稍大，集肤效应就会相当严重，使导体的电阻增大。 互靠近的导体中流过交流电流时，每一个导体不仅处于自身电流产生的磁场中，同时还处于其他导体产生的磁场中，这时各个导体中电流的分布和它单独存在时不一样， 第16页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 会受到邻近导体的影响，这种现象叫做邻近效应。电流频率愈高，导体靠得愈近，邻近效应愈显著。邻近效应和集肤效应是共存的，它会使导体中电流的分布更加不均匀，使导体的电阻更加增大。 以上两种现象都会使线路或设备产生更多的附加发热，从而影响绝缘寿命。除此之外，由于谐波电流会产生较高频率的电场，这种情况下绝缘的局部放电加剧，介质损耗显著增加，致使温升增加，也会影响绝缘寿命。电流流过导体，其热效应会引起导体发热，其大小由下面的公式决定: 2PIR, ac I为线路电流的有效值，用下式表示: 22222 IIIIIITHDi,，，，，,，…1n1231 THDi式中:,谐波电流的畸变率; IIIn 、、…,2、3…谐波电流有效值; 23n I ,基波电流。 1 可以看出，没有谐波电流时，电流的有效值就是基波电流的大小，但是当谐波畸变率达到100%时，电流的有效值则比基波电流增大将近50%。 R是导体的交流电阻，用下式表示: ac RkRkkR,,，，(1) accdcsepedc k式中:,交流电阻和直流电阻的比值，也叫附加损耗系数; c k ,集肤效应引起的电阻增大系数; se k ,邻近效应引起的电阻增大系数; pe R ,导体的直流电阻。 dc 从式可以看出影响线路损耗的因素有两个:电流和电阻，它们同时又分别受其他因素制约。电流的大小主要由负载情况决定，电阻则受电流频率、导体材质和尺寸的影响。 k一般情况下，由于谐波含量很低，可以忽略高频信号的影响，认为等于0。但是c当谐波畸变率高时，高频信号的影响就必须考虑了。前面已经提到，电流频率越高，集 k肤效应和邻近效应就越明显，也越大。 c 第17页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 线路损耗的增加必然导致线路温度的升高，导线外面包有绝缘层和保护层，温度的分析较为复杂，这里通过分析裸导体实现导线温度的定性判断。对于裸导体，流过一定电流时，其稳定温升有下面的公式: 2IRac,T s,F RI式中:,流过导体的电流; ,导体的交流电阻; ac F, ,导体的总换热系数;,导体的换热面积。 从式中可以看出，对于具体的电线电缆来说，如果假定两种情况下流过电流的有效值相同，那么稳定温升的差异只取决于电阻的大小。 对于电缆和电线来说，由于有厚厚的绝缘层和保护层，热交换的效率必然没有裸导体高，因此流过相同电流时，稳定温升要高一些，谐波电流引起的温升增加量相应也要增大。温度升高会加速电缆线的老化，减短电缆的寿命，严重情况可能会致使相线与中线火地之间发生短路引发火灾，甚至发生爆炸事故。据统计，2000年中国火灾中因电气原因引发的火灾为31933起，占中国火灾总数的26.1%，其中电缆老化引起的火灾占整个电气火灾的50%以上，造成了巨大的财产损失。 在化学反应动力学中,由反应速率方程及Amhenius方程,可知高分子材料的热老化方程为: lg,,，abT T,式中: 、,分别表示材料的寿命(h)和老化温度(K); a ,与规定失效性能相关的常数; b,(0.401×E/R)是与活化能E有关的常数,R是气体常数(8.314 J?mol-1?K-1)。 b,5346b,5394根据资料记载，对于丁苯橡胶热;对于阻燃电缆;对于聚氯乙烯 b,5807电缆。 T,T,假设温度为时的老化寿命为，时的老化寿命为，则对于丁苯橡胶: 1122 5346()，,TT12,TT×212,10 ,1 对于阻燃电缆: 第18页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 5309()，,TT12,TT×212,10 ,1 对于聚氯乙烯电缆: 5807()，,TT12,TT×212,10 ,1 00假设温度为50时三种材料的老化寿命都为20年，那么每升高1，电缆的寿命如下表，表中的数据表示老化寿命，单位为年: 0000000000 温度 50 51 52 53 55 55 56 57 58 59 材料 丁苯橡胶 20.0 17.7 15.8 14.0 12.5 11.2 9.9 8.9 7.9 7.1 阻燃电缆 20.0 17.7 15.7 14.0 12.5 11.1 9.9 8.8 7.9 7.0 聚氯乙烯电缆 20.0 17.6 15.5 13.6 12.0 10.64 9.4 8.3 7.3 6.5 附表 电缆温度与老化寿命对应表 由表中的数据可以看出，三种材料的电缆，随着温度的升高，老化寿命急剧下降， 0当平均温度升高10后，老化寿命仅为正常工作温度下寿命的1/4。 2.2对变压器的影响 谐波电压的存在增加了变压器磁滞损耗、涡流损耗以及绝缘的电场强度，谐波电流的存在增加了铜损。对带有非对称性负荷的变压器而言，若负荷电流含有直流分量，引起变压器磁路饱和，会大大增加励磁电流的谐波分量，它的幅值几乎与直流电流成正比，对于较低次的谐波，这种线性关系更为明显。 谐波电流在变压器中造成的附加损耗可用下式估算: ,2,,PIRK3, ThThT h2, Ih式中 ,通过变压器的次谐波电流; h R ,变压器工频等值电阻; T Kh ,由于 谐波的集肤效应和邻近效应使电阻增加的系数，当为5、7、hT K11和13时，可分别取2.1、2.5、3.2和3.7。 hT 第19页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 对于普通变压器，特别重要的影响是3次及其倍数次零序谐波，这些谐波在三角形连接的绕组中形成环流。除非设计时已经考虑到这些问，否则这些环流将使变压器绕组过热。 对于供给不对称负荷的变压器，还有一个重要问题应当考虑到，即如果负荷电流中含有直流分量，则它将使变压器磁路的饱和度提高，从而使交流励磁电流的谐波分量大大增加。 对电力变压器内?接法的绕组而言，虽然该接法为三次倍数的谐波电流提供了一个通路，但却增加了绕组内的环流。除非在设计时另有考虑，这一额外的环流可能使绕组电流超过额定值。变压器副边输出谐波电压使输电线路热损耗增加，绝缘老化，寿命缩短;据有关部门试验，相同的电缆铺设条件，若通过一般的工频电流，其使用寿命为25年，而含有高次谐波的非正弦电流，其使用寿命只有9年。 2.3对无功补偿电容器的影响 电力谐波和电容器之间的作用是相互的，它不仅在电容器中产生额外的电力损耗，而且可能与电容器一起产生串联或并联谐振。谐波电压在电容器中产生额外的电力损耗: ,23, ctgU()10,,，,nnn2, tg,c式中 —电容;—介质损耗系数; ,Unn—次谐波的角频率; —次谐波电压有效值。 nn 当同一母线上接有电容器和谐波源时，设电源为纯感性的，当下式成立时就会发生并联谐振。 SS SCff, n ff式中 —基波频率; —谐振频率; n SS —系统短路容量; —电容器容量。 SC 因在高频电路中电容阻抗较小故可略去负荷电阻。在此条件下，当下式成立时就会发生串联谐振。 第20页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 2SStL ff,,nSZSctc SZ式中 —变压器容量; —变压器阻抗标幺值 tt SS —负荷容量; —电容器容量 Lc 在电容器的作用下，谐波电流可以被放大2,5倍，而在谐振时可达30倍以上。谐振引起的过电压和过电流会大大增加电容器的损耗和过热，这往往导致电容器的损坏。 2.4对继电保护装置的影响 谐波对继电保护的影响主要表现为使继电器动作特性畸变或效果降低，其后果常是保护装置的拒动或误动，并且由于不同类型继电器的设计和工作原理不用，谐波的影响程度也不尽相同。 ?谐波对电磁型继电器的影响 谐波对各种形式的继电器和保护装置均有不同程度的影响。对于当前推广使用的微机保护来说，由于广泛采用先进的数字滤波电路和数值算法，得到的波形基本上是滤去各主要高次谐波的正弦波，可以认为谐波不能对其动作特性构成影响。然而对目前仍广泛使用的电磁式继电器来说，谐波的威胁是存在的。 常规的电磁型电流继电器的电磁动作转矩为: 2IW2222 ,,,,,,MFLKLKLKILKIpppp11232Rm FL式中 —电磁力; —动片与支点的力臂长度 p I, —磁通; —流入线圈的电流有效值 WR —线圈匝数; —磁通Φ所经过磁路的磁阻 2m 由上式可得电磁动作转矩与线圈电流有效值的平方成正比。实验证明，该型继电器线圈无论通入基波还是通入2,7次单频谐波，只要有效值相同，继电器都会动作。按基波整定的电磁型继电器在谐波的作用下可能误动。虽然，电磁型继电器动作速度慢，定值容许误差较大，在谐波含量小于10%时可认为谐波影响不是主要问题，然而在某些情况下，谐波的含量会大大超过这一允许值。 第21页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 例如变压器空载合闸时，由于断路器三相不同期，三相励磁涌流极不平衡，在同一母线上并列运行的所有变压器零序回路中引起零序涌流，其波形中含有很大的谐波分量，其二次谐波分量有时甚至大于基波分量。这时，虽然其基波电流尚未达到继电器的起动值，但各次谐波综合的有效值已超过整定值，使电磁型继电器起动。由于整个衰减过程达10s以上，超过零序保护动作时间，可使该母线上运行中的投入零序保护的变压器同时误跳。 ?谐波对感应型继电器的影响 感应型继电器的可动部分惯性较大，动作速度慢，谐波转拒对其影响并不严重。这种继电器中的圆盘或圆筒在磁场的作用下都将产生感应电流，该电流和空间中另一磁场相互作用产生电磁转拒，推动圆盘和圆筒。经验证，随着输入电流的频率由50Hz增加到250Hz时，继电器的起动灵敏度将降低，这是由于畸变电流中谐波分量在继电器磁盘上产生了附加转矩所致。由畸变电流产生作用在继电器磁盘上的转矩等于该电流中基波分量和各次谐波分量产生的转矩总和，其中3次谐波和5次谐波电流产生的转矩对继电器的灵敏度影响比较大。谐波电流分量产生的转矩可正可负，因而继电器可能产生误动也可能产生拒动，其后果由各同次频率谐波间的相位差以及谐波分量的有效值确定。 ?谐波对整流型继电器的影响 整流型继电器的主要特点是将输入交流量进行整流，或者将几个输入交流量组合后进行整流，继电器的动作特性取决于整流后的电压信号(电流信号)及其动作判据，以两个电气量的环形整流比相器回路构成的方向阻抗继电器为例进行分析。当电流回路中含有谐波分量时，其动作特性不在是一个圆，而是呈现未一个不规则的封闭曲线由许多凹凸不平点。基本上每隔2π/n时有凹点(或凸点)出现，而且谐波含量越大，凹凸越厉害。主要是因为在电流回路通入含有谐波分量电流时，环形整流比相器输出的交流分量增大，从而造成继电器动作特性损坏不光滑。在某些情况下，如输出线路发生接地短路时，由于电流中谐波分量较大，导致整流型保护装置拒动。 ?谐波对静态型继电器的影响 静态保护所采用的继电器包括通称的静态继电器和固态继电器，主要由无机械运动的电子器件构成。由于在抗干扰和消除谐波影响方面具有较好的有效性，静态保护已日益收到人们的关注。按相位比较原理构成的继电器，被比较的两个交流电量可用积分比相器或微分比相器来实现。由于谐波分量的存在两种比相器均受影响。对于积分式比相器，各半波积分比相器比较的分别是正半周或负半周极性相同的时间。当被比较的两个 第22页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 电量中任意一个含有谐波分量时，其方波被切成碎片，导致积分电压达不到使其后面的触发器翻转所需要的电压值，从而造成保护拒动;对于微分式比较器，它把两个交流量都变成方波，再将其中一个方波通过微分电路产生脉冲去与另一个交流量的方波进行比较，则因谐波的存在而出现多个不应有的微分脉冲，引起交流量过零点的机会增多，可能造成保护装置误动作。例如再相差保护中短路时产生的直流分量与高次谐波分量叠加的结果，使半波比相器有输出，从而导致保护误动。 2.5对电能表的影响 目前，计量中主要采用静电感应式电能表。它是按工频(基波50Hz)纯正弦交流额定工况设计制造的。存在电力谐波时，基波电流和谐波电流都会在电能表转盘上产生涡流，电能表转速所反映的功率是基波和各次谐波共同作用下产生的，即: , PKPkP,，,Wnn11n2, KP式中 —电能表计量的功率; —基波的转矩系数 1W Pkn —基波功率; —次谐波的转矩系数。 1n Kkk 通常，?1，,1，电力谐波的次数越高，幅值越小，越小，在转盘上产1nn 生的转矩也越小。一般情况下，谐波所产生的电度量可以忽略不计，但当用户中有较大的谐波源时，计量点的电压电流畸变较大，总电度量中将含有较多高次谐波所产生的电量，这时电度表已不能真实地反映用户的耗电情况。 3.治理方案 3.1总体技术方案 经测量1#污水泵用变频器进线端、1#变压器低压总出线端主要为电流谐波超标、3#污水泵用变频器进线端和2#变压器低压总出线端均存在较大谐波电流，而且目前电容柜发热严重，为此需要对此进行谐波治理。 由测量数据可知，谐波电流主要为5次和7次谐波，其中1#污水泵用变频器进线端、和1#变压器低压总出线端5次和7次谐波电流最大值分别约为70A、35A, 3#污水泵用 第23页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 变频器进线端、和2#变压器低压总出线端5次和7次谐波电流最大值分别约为75A、30A,，此外考虑到设备安全裕量及经济因素，以及谐波主要由1#污水泵用变频器和3#污水泵用变频器产生，特制定如下方案: 在1#污水泵用变频器和3#污水泵用变频器进线端各挂接一台额定电流为100A，额定电压为380V的有源滤波器，治理后，使谐波电流控制在GB/T 14549-1993《电能质量公用电网谐波》允许的范围内。 有源滤波器安装示意图如下: 高压进线 T1 380V 其电它容有源滤波器1#污水泵负柜载 滤波器1安装示意图 高压进线 T2 380V 其电它容有源滤波器3#污水泵负柜载 滤波器2安装示意图 第24页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 3.2为何不选用无源滤波器 电网谐波主要由变频器产生。而现在市场上销售的和实际使用的通用型变频器，一般为电压源型变频器，即它产生的谐波可等效为一个内阻为零，电压恒定的谐波电源。它与系统变压器组成的谐波回路等效电路图如下图所示: us R R为变压器短路阻抗;Us为等效谐波电压源。 当采用无源并联滤波支路进行滤波时其等效电路如下图所所示: usL1 R C R为变压器短路阻抗;Us为等效谐波电压源;电抗器L1和电容C组成并联滤波支路 由上图可知，对于电压源型谐波，如采用无源并联滤波支路L1及C，不论怎么调谐都无法减小流入系统变压器的谐波，甚至还会产生谐波放大，因此为了解决以上谐波问题只能选择有源滤波器。 些外无源滤波器还有如下缺点: ?滤波效果依赖电网参数 ?易过载、不易扩容、易谐振 ?需多个滤波支路，只能解决少数几种谐波 ?占地面积大 ?总是提供无功功率，而交流变频器等负载不需要无功功率。 第25页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 3.3有源滤波器技术现状 早在1971年，h. sasaki等就首次完整地描述了有源电力滤波器的基本原理，但由于当时是采用线性放大的产生补偿电流，其损耗大，成本高，因而仅在实验室研究，未能在工业中实用。1976年，l. gyugyi等人提出了用大功率晶体管pwm逆变器构成的有源电力滤波器，并正式确立了有源滤波的概念，提出了有源滤波器主电路的基本拓扑结构和控制方法。从原理上看，pwm变流器是一种理想的补偿电流发生电路，但是由于当时电力电子技术的发展水平还不高，全控型器件功率小、频率低，因而有源电力滤波器仍局限于实验研究。 1983年，日本长冈科技大学的akagi h 等人基于pq分解理论，提出了三相电路瞬时无功功率理论，为解决三相电力系统畸变电流的瞬时检测提供了理论依据。与此同时，大功率晶体管(gtr)、大功率可关断晶闸管(gto)、静电感应晶闸管(sith)、静电感应晶体管(sih)、功率场效应管(mosfet)、场控晶闸管(mct)及绝缘栅型双极性晶体管(igbt)等新型快速大容量功率开关器件相继问世;pwm调制技术、微机控制技术、以及数字信号处理技术都取得到了长足的进步。这些都极大地促进了有源电力滤波技术的发展，使有源电力滤波器真正进入了工业实用阶段。 作为改善供电质量的一项关键技术，目前有源电力滤波器在美国、日本等发达工业国家已广泛用于国民经济的各个生产部门，其应用领域正从补偿用户自身的谐波向改善整个电力系统供电质量的方向发展。 我国在有源电力滤波器的应用研究方面，继日本、美国、德国等之后，得到学术界和企业界的充分重视，并投入了大量的人力和物力，但和电子工业发达的国家相比有一定的差距。目前为止，我国有源电力滤波器技术研究还以清华、西安交大等少数几个大学为主，它们都做了大量的工作，也取得了相当的成果，但依然有一些技术需进一步研究并加以完善和改进。 3.4有源滤波器的选型依据 1)有源滤波器要有较宽的工作电压。 2)由于负载谐波电流畸变严重，有源滤波器本身应有强大的谐波抑制能力、抗干扰能力和过流能力。 第26页 共28页 矿山选矿区泵站配电房谐波测试报告及治理方案 3)由于电网谐波变化很快，有源滤波器应有足够快的响应能力。 4)要能同时滤除多次谐波，谐波滤除率应能达到97%以上，此外要能针对主要单次谐波进行单独设定进行根除。 5)有源滤波器应对周围负载的正常运行无任何影响，为此应选用并联型有源滤波器。 3.5有源滤波器产品特点 1)有源滤波器的基本原理如下图所示: 检测补偿对象的电压和电流，经指令电流运算电路计算得出补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波电流抵消，最终得到期望的电源电流。 2)有源滤波器的性能特点 (1)同时滤除多次谐波，并且可以自行设定滤波参数; (2)高效率滤除谐波; (3)正常滤除谐波的时候不产生无功功率; (4)具有可控的无功补偿能力; (5)对于负载的波动和电网结构的变化不受影响; (6) 滤波器容量易扩展，不会过载; (7)并联接线方式，对周边设备正常运行无任何不良影响; (8)使用简单，易维护。 第27页 共28页