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电能质量监测与治理系统

某火车站站房电能质量监测与治理系统

一、谐波的产生

谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时,与所加的电压不呈线性关系,就形成非正弦电流,从而产生谐波。谐波频率是基波频率的整倍数,根据法国数学家傅立叶(M.Fourier)分析原理证明,任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波,每个谐波都具有不同的频率,幅度与相角。谐波可以I区分为偶次与奇次性,第3、5、7次编号的为奇次谐波,而2、14,6、8等为偶次谐波,如基波为50Hz时,2次谐波为lOOHz,3次谐波则是150Hz。

二、谐波治理的意义

谐波问题由来已久,近年来这一问题由于两个因素的共同作用使谐波变得更加严重。这两个因素是:工业界为提高生产效率和可靠性而广泛使用变频器等电力电子装置,使得谐波源大量增加;电力用户为改善功率因数而大量增加电容器组,并联电容器以谐振的方式加重了谐波的危害。

非线性负荷产生的谐波电流注入电网,使变压器低压侧谐波电压升高,低压侧负荷由于谐波干扰而影响正常工作;另一方面谐波电压又通过供电变压器传递到高压侧干扰其它用户。

高次谐波的危害具体表现在以下几个方面:

 (1) 导致输入电源的输入功率因数下降、电能的可利用率下降,从而造成日常的运维成本的增大。相关的统计资料显示:在后接负载量不变的条件下,在釆用适当的谐波电流治理措施后,如果能将输入电流畸变率THD_I从32%下降到9%左右的话,就可将它们的输入视在电流下降10%左右,或使功率因数提高11%。

 (2) 因输入变压器、发电机、电力电缆、电动机和断路器开关的温升增高而导致其故障率增大,迫使它们必须进入降额使用工作状态,从而造成低压供电系统的建设投资成本的增大。

例如,一台负载率为76%的干式变压器,带有6脉冲整流型非线性负载且其输入电流畸变为THD_I=30%左右时,与带电阻性负载时的工作温度相比,变压器绕组的工作温升相对升高70℃。这是由于高次谐波电流产生的高频“趋肤效应” 产生的额外“铜耗”,而导致变压器的工作温度额外升高。

 (3) 谐波电流使开关设备在起动瞬间产生很高的浪涌电流,破坏绝缘,还会引起开关跳脱、引起误动作。保护电器电流中含有的谐波会产生额外转距,改变电器动作特性,引起误动作,甚至改变其操作特性,或烧毁线圈。

 (4) 计算机和一些其它电子设备,通常要求总谐波电压畸变率(THD)小于5%,且个别谐波电压畸变率低于3%,较高的畸变量可导致控制设备误动作,进而造成生产或运行中断,导致较大的经济损失。据IBM统计,电脑“死机”等故障的罪魁祸首,60%与谐波有关。

 (5) 高次谐波由于频率增大,电容器对高次谐波阻抗减小,因过电流而导致温度升高过热、甚至损坏电容器;电容器与系统中的感性负荷构成的并联或串联电路,还有可能发生共振,放大谐波电流或电压,加重谐波的危害。谐波经由电容器组和电网电感形成的并联谐振回路,可被放大到20倍,使电容器无法投入使用。

三、上海成纪电气有限公司生产的有源滤波器介绍


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图1、上海成纪CJAPF外形



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图2、CJAPF原理图

CJAPF主要技术特点

(1)响应速度快、滤波能力强、运行损耗小;

(2)能动态实时滤除全部谐波或多种选定的谐波;同时,可对系统进行无功补 偿,提高功率因素,节能降耗;

(3)安全性好,不存在谐振或电压放大,可自动限制输出电流,保证装置安全

     可靠工作;

(4)智能启动系统,一键并网;

(5)CJAPF创新的采用独有的“3H桥”结构,可以从硬件和软件上实现三相独立控制补偿,适合三相不平衡的工况;

(6)独特的3H桥式结构:把系统线电压分解成相电压处理,大幅提高了设备的可靠性;

(7)CJAPF采用在柜体内区域隔离、强制通风方式,有效地解决了产品的散热问题。

四、某火车站站房用电负载状况

某火车站站房主要用电负载有:信息机房、电子信息屏、中央空调、监控系统、扶梯等设备,这些都是非线性负载。

五、使用上海成纪电气有限公司生产的有源滤波器前后对比

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图3、谐波治理前后电流波形对比


由图3中电流波形我们可以看出治理前,总电流畸变率很高,三相电流畸变率都在20%以上,这样就完全超过了我们国家标准要求的数值。经过使用上海成纪电气的CJAPF以后,谐波电流得到了治理,三相谐波电流畸变率都在2.6%。达到了国家标准要求的电流畸变率在5%以下的要求。经过治理的效果明显。

六、其他行业工程

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