有源濾波裝置在變頻器諧波治理中的應(yīng)用
更新時(shí)間：2014-04-12
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淮亞利
安科瑞電氣股份有限公司 嘉定 201801
1 概述
變頻技術(shù)在大量的感性負(fù)載節(jié)能方面有著*的地位，節(jié)約的電能有時(shí)能達(dá)到30%以上，效益十分可觀。隨著變頻器日益廣泛的普及和應(yīng)用，其占電網(wǎng)總負(fù)荷的比例也越來越大。其中大部分額定電壓為三相380V交直交型變頻器。然而，隨之帶來的電網(wǎng)諧波問題也越來越受到各變頻器用戶和供電部門的關(guān)注。由于變頻器的整流部分一般為三相全波不可控整流，直流回路采用大電容作為濾波器。這樣，雖然變頻器的網(wǎng)側(cè)輸入電壓波形基本上是正弦波，但輸入電流式脈沖式的充電電流，含有豐富的諧波，表現(xiàn)在網(wǎng)側(cè)的有5、7、11、13、17、19次等諧波電流，一般以5、7、11次為主。感型負(fù)載在運(yùn)行中需要消耗大量的無功電流，但諧波會(huì)使無功補(bǔ)償裝置不能正常工作，并導(dǎo)致一些現(xiàn)代化的精密控制機(jī)床無法運(yùn)行，因此對使用變頻器的系統(tǒng)采取諧波治理是必須的。針對變頻器工作特點(diǎn)，上海安科瑞電氣股份有限公司設(shè)計(jì)了ANAPF有源電力濾波補(bǔ)償裝置，不但可以濾除變頻裝置產(chǎn)生的諧波，同時(shí)還對系統(tǒng)進(jìn)行了無功補(bǔ)償，滿足了廣大使用變頻器用戶的需求。
2 ANAPF有源電力濾波裝置特點(diǎn)
DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，具有極快的響應(yīng)時(shí)間；先進(jìn)的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴ǎ雀摺⑦\(yùn)行更穩(wěn)定；一機(jī)多能，既可補(bǔ)諧波，又可兼補(bǔ)無功；模塊化設(shè)計(jì)，便于生產(chǎn)調(diào)試；便利的并聯(lián)設(shè)計(jì)，方便擴(kuò)容；具有完善的橋臂過流、保護(hù)功能；使用方便，易于操作和維護(hù)。
3 ANAPF有源電力濾波裝置參數(shù)
接線方式 | 三相三線或三相四線 | |||
接入電壓 | 3×380V ±10% | |||
接入頻率 | 50Hz ±2% | |||
動(dòng)態(tài)補(bǔ)償響應(yīng)時(shí)間 | 動(dòng)態(tài)響應(yīng)＜4ms，全響應(yīng)時(shí)間＜20ms； | |||
開關(guān)頻率 | 10kHz | |||
功能設(shè)置 | 只補(bǔ)償諧波、只補(bǔ)償無功、既補(bǔ)償諧波又補(bǔ)償無功；手動(dòng)、自動(dòng)切換。 | |||
諧波補(bǔ)償次數(shù) | 2-21次 | |||
保護(hù)類型 | 直流過壓 IGBT過流 裝置溫度保護(hù) | |||
過載保護(hù) | 自動(dòng)限流在設(shè)定值，不發(fā)生過載 | |||
冷卻方式 | 智能風(fēng)冷 | |||
噪音 | ＜ 65db(處于柜內(nèi)并運(yùn)作于額定狀態(tài)) | |||
工作環(huán)境溫度 | -10℃～+45℃ | |||
工作環(huán)境濕度 | ＜85%RH 不凝結(jié) | |||
安裝場合 | 室內(nèi)安裝 | |||
海拔高度 | ≤1000m（更高海拔需降容使用） | |||
進(jìn)出線方式 | 下進(jìn)下出 | |||
防護(hù)等級 | IP21 | |||
智能通信接口 | RS485/MODBUS-RTU | |||
遠(yuǎn)程監(jiān)控 | 可選 | |||
外形尺寸(mm) (W×D×H) | 30A | 50A | 7 | 100A |
600×500×1500 | 600×500×1500 | 600×500×1800 | 800×600×2200 | |
重量(kg) | 三相四線 | 三相三線 | ||
30A、50A | 7、100A | 30A、50A | 7、100A | |
280 | 360 | 240 | 290 | |
4 電網(wǎng)的諧波治理與無功功率補(bǔ)償?shù)囊饬x
隨著變頻器的廣泛應(yīng)用，變頻器的諧波治理與無功功率補(bǔ)償?shù)囊饬x逐漸被人們所認(rèn)識。變頻器供電電源按傅里葉級數(shù)可以分解為基波有功電流，基波無功電流，諧波和間諧波電流。
變頻器用量較大的車間，用電容器直接進(jìn)行無功功率補(bǔ)償雖然可以大幅度降低基波無功電流，但是必然出現(xiàn)諧波放大現(xiàn)象。這時(shí)，供電電流和電容器電流中的諧波和間諧波電流大幅度增加，電容器由于超溫和過壓而損壞，供電變壓器溫升加大。為避免諧波放大，諧波治理與無功功率必須同時(shí)進(jìn)行。
污水處理廠用電設(shè)備主要有泵類、攪拌器、鼓風(fēng)機(jī)類等負(fù)載。風(fēng)機(jī)、泵類一般都要求變頻，而變頻器是一個(gè)非常大的諧波源，因此給系統(tǒng)帶來很嚴(yán)重的諧波污染和諧波干擾，造成系統(tǒng)不能正常工作，經(jīng)常性的燒壞電氣元件。同時(shí)系統(tǒng)中也有很多電力電子類元器件，如 UPS、開關(guān)電源等，都是諧波發(fā)生裝置。
項(xiàng)目背景：某污水處理廠變電所負(fù)載主要由變頻器組成，由變頻器帶動(dòng)相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)，由于全部都是變頻器負(fù)載，因此給系統(tǒng)帶來很嚴(yán)重的諧波污染和諧波干擾，造成系統(tǒng)不能正常工作，經(jīng)常性的燒壞電氣元件，為了解決問題，必須進(jìn)行諧波治理。
安科瑞電氣股份有限公司技術(shù)人員經(jīng)過對現(xiàn)場測試結(jié)果研究后，決定采用一臺ANAPF100-400/B有源電力濾波柜進(jìn)行就地補(bǔ)償。安裝示意圖如下：
●項(xiàng)目效果
由上圖可以看出，ANAPF100-400/B有源電力濾波柜投入運(yùn)行后，電網(wǎng)質(zhì)量得到明顯的改善，諧波電流大幅度降低，電網(wǎng)電流諧波基本上被濾除掉，電流波形已經(jīng)接近正弦波，電流畸變率由65.5％降低為13.4％，5次諧波由61.3A降到4.9A。
ANAPF有源濾波器報(bào)價(jià)及主要元件清單
型號：ANAPF100-400/B | |||
參考價(jià)格：12萬元/臺 | |||
主要產(chǎn)品明細(xì)： | |||
序號 | 名 稱 | 型 號 | 數(shù)量 |
1 | APF電氣柜 | 800X600X2200 | 1 |
2 | 變流器 | APFCOV-CVT100 | 1 |
3 | 控制器 | APFMC-C100 | 1 |
4 | 電抗器 | APF-RE.(S)DG-100 | 1 |
5 | 有源電流互感器 | LT208-S7 | 3 |
6 | 濾波器 | DL-1TH1 | 2 |
7 | 斷路器 | CVS160FTM160D4P3D | 1 |
8 | 接觸器 | LC1D150M7C | 1 |
9 | 微型斷路器 | NDM1-63C32 | 1 |
10 | 中間繼電器 | MY4NAC | 2 |
11 | R型變壓器 | R320-0.38/0.22 | 1 |
12 | 諧波檢測儀 | ACR350EGH | 1 |
13 | 電線 | 16mm2 | 若干 |
14 | 電線 | 4mm2 | 若干 |
結(jié)論：和許多變頻器使用場合一樣，泵類、風(fēng)機(jī)等設(shè)備的變頻機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的諧波，對系統(tǒng)變壓器、電容補(bǔ)償裝置以及用電設(shè)備等造成嚴(yán)重危害。使電機(jī)發(fā)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和過熱，使變壓器局部嚴(yán)重過熱，使電容器、電纜等設(shè)備過熱，使絕緣老化，壽命縮短以至損壞。從上述數(shù)據(jù)中可以看出，運(yùn)行電力濾波器前后，電網(wǎng)電流變化十分明顯，達(dá)到了消除電流諧波、改善電源電壓的目的。使得系統(tǒng)更加清潔和穩(wěn)定。
【參考文獻(xiàn)】
［1］ 上海安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊.2013.01.版
作者簡介：
淮亞利，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電，: ：
《ANAPF有源電力濾波裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用圖集》（圖集號：ACR13CDX701）由安科瑞電氣股份有限公司主編，本圖集結(jié)合ANAPF有源電力濾波裝置產(chǎn)品的特點(diǎn)，依據(jù)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范，研究消除供配電系統(tǒng)中的高次諧波問題，達(dá)到改善供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的目的。圖集適用于新建、改建、擴(kuò)建和技改項(xiàng)目中工業(yè)與民用及公共建筑內(nèi)電氣設(shè)備的諧波抑制及綜合治理的設(shè)計(jì)與改造。凡需要圖集的請?zhí)峁┵F單位名稱、部門、地址、、、、等信息，傳真、郵件或至安科瑞淮亞利工程師收，安科瑞電氣免費(fèi)贈(zèng)送。
