低壓YTSVC型動態(tài)補償裝置在化纖行業(yè)中的應(yīng)用

文/潘友權(quán)

1 某化纖公司低壓配電基本情況

1.1 全廠配電系統(tǒng)圖

該廠建有一座110kV變電站，分別引入兩條110kV供電電源，設(shè)主變2臺，每臺容量為31500kVA，一備一用，10kV采用單母線分段，分列運行方式，并裝有10臺10/0.4kV配電變壓器，分別給紡絲車間、聚酯車間及公用配套設(shè)備供電，配電系統(tǒng)圖如1。

1.2 負荷情況

本項目的電氣設(shè)備主要是二級負荷，具體負荷如表1 所示。

2 電能質(zhì)量評估分析

該廠低壓設(shè)備中約80%采用變頻器控制電機啟動與調(diào)速，變頻器是交流電氣傳動常用的一種控制裝置,是將交流工頻電源轉(zhuǎn)換成電壓、頻率均可變的適合交流電機調(diào)速的電力電子變換裝置，簡稱 VVVF ( Variable VoltageVariable Frequency ）。

變頻器的特點是在接近滿負載狀態(tài)下功率因數(shù)非常高，可以達到0.95以上，由變頻器引起的三相電壓不平衡、電壓波動和閃變比較小，但變頻器是非常典型的非線性設(shè)備，其產(chǎn)生的諧波量較大。在交直交變頻器中，整流器是將交流電變換成直流的電力電子裝置，其輸入電壓為正弦波，輸出電流非正弦，帶有豐富的諧波，其常見特征諧波電流一般為 5 、7、11、13 次含量較高。

該化纖企業(yè)主要機械設(shè)備大多使用了變頻器進行調(diào)速控制，不但提高了控制的精度也節(jié)省了電氣設(shè)備的用電量。但是變頻器在節(jié)約電能的同時，變頻器運行時所產(chǎn)生的諧波也給企業(yè)的電力系統(tǒng)帶來其他的一些問題，其中一些嚴重時還會對企業(yè)的供電安全造成影響，必須加以重視。諧波對配電系統(tǒng)的影響表現(xiàn)如下：

表1 用電設(shè)備負荷表

續(xù)表1：用電設(shè)備負荷表

表2：諧波電流計算值

（1）在企業(yè)正常生產(chǎn)時，在電氣設(shè)備運行上出現(xiàn)一些不正常現(xiàn)象，如低壓總開關(guān)出現(xiàn)不明跳閘現(xiàn)象。

（2）低壓電容補償柜的電容器時有損壞和繼電保護出現(xiàn)一些誤動作情況，多次排查均未發(fā)現(xiàn)明顯故障原因。

（3）電動機繞組發(fā)熱，發(fā)出異響，接線端子出線燒灼現(xiàn)象。

（4）變頻設(shè)備運行時場內(nèi)監(jiān)控設(shè)備出現(xiàn)干擾，屏幕出現(xiàn)大量雪花點。

上述問題給用電安全性，可靠性造成了極大的影響，為了解決上述問題，我司采用電能質(zhì)量測試儀器對該廠的低壓配系統(tǒng)進行了測試，經(jīng)電能質(zhì)量儀器測試發(fā)現(xiàn)諧波電壓畸變率（THDu）超過國標要求，諧波電流5次、7次超過國標要求。在諧波超標的車間低配母線上安裝動態(tài)補償濾波器后達到了治理諧波的目的，諧波治理后電氣元器件損壞率降低，低壓開關(guān)及繼電保護誤動作消除，電纜發(fā)熱情況減少，用電量降低，企業(yè)生產(chǎn)效率提高，得到了較好的使用效果。

根據(jù)該廠負荷情況測得數(shù)據(jù)，采用MATLAB軟件進行仿真分析計算，其110kV側(cè)諧波電流見表2。

由計算結(jié)果可以看出，該公司的非線性負荷產(chǎn)生的諧波電流以 5、7次為主，當項目負荷全部投入運行后，5次、7次諧波電流超出公用電網(wǎng)諧波標準。

3 諧波治理方案

3.1 濾波器設(shè)計原則

（1）濾波器產(chǎn)生的容性無功功率應(yīng)滿足電力部門對補償功率因數(shù)的要求，一般低壓系統(tǒng)補償要求，功率因數(shù)要求達到0.95以上；

圖1：全廠配電系統(tǒng)圖

圖2：紡絲車間一次方案圖

（2）選取濾波電容器額定電壓時應(yīng)考慮系統(tǒng)諧波電壓對電容器疊加影響，留有適當余量來保證濾波電容器可靠運行；主要考慮有以下幾點：母線電壓波動情況；串聯(lián)電抗器對電容器兩端電壓抬升為濾波器外加電壓的n2/(n2-1)倍，n2為電抗器的電抗率（%）；諧波電流通過電容器產(chǎn)生的諧波電壓In/nωc ；

（3）濾波器的分組應(yīng)滿足濾除各次諧波電流大小的要求；

（4）其他還應(yīng)考慮系統(tǒng)大量負荷為變頻器負載，基礎(chǔ)功率因數(shù)比較高；

（5）設(shè)計的濾波器方案應(yīng)進行各種運行方式下的計算機仿真校驗，避免與系統(tǒng)發(fā)生諧振；

（6）對濾波器運行的安全性應(yīng)進行仔細校驗。

3.2 方案設(shè)計

根據(jù)負荷計算結(jié)果，紡絲車間每臺低配變壓器補償容量為620kVar，電容器電壓選擇0.525/√3kV（相電壓），裝機容量為1050kVar，分為5次、7次兩個濾波支路，分別容量為570kVar、480kVar，濾波器采用固定無源濾波方式，考慮到方案的經(jīng)濟性及系統(tǒng)自身無功需求量，配置400kVar的可調(diào)并聯(lián)電抗器（TCR），可以實現(xiàn)220kvar-620kVar的無功調(diào)節(jié)范圍，其中濾波支路經(jīng)斷路器固定接于母線，通過調(diào)節(jié)可調(diào)并聯(lián)電抗器（TCR）的輸出容量（感性無功），實現(xiàn)無功功率的連續(xù)動態(tài)可調(diào)，保證系統(tǒng)實時功率因數(shù)穩(wěn)定在0.96以上。其余車間補償采用復(fù)合開關(guān)自動投切，每臺電容補償柜內(nèi)補償支路配6%串聯(lián)電抗器，能夠有效抑制5次以上諧波。如圖2所示。

3.3 方案的優(yōu)勢

（1）根據(jù)低壓配電系統(tǒng)的負荷特性，設(shè)計動態(tài)補償濾波治理方案，紡絲車間由于變頻器負載較多，諧波含量較大，依靠常規(guī)的電容器，電抗器，難以對諧波進行抑制，甚至會對電容器造成損壞，因此需要采用單調(diào)諧無源濾波器，針對主要的5次，7次諧波進行濾波。其余車間諧波較小，采用6%串聯(lián)電抗器抑制諧波。

（2）紡絲車間采用動態(tài)補償濾波裝置（TSVC），其中濾波器支路不需要投切，經(jīng)斷路器固定接于母線上，避免頻繁投切對系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊，影響電壓質(zhì)量；濾波器配置可調(diào)并聯(lián)電抗器，實現(xiàn)容性無功功率連續(xù)動態(tài)平滑可調(diào)，從而保證濾波效果。

（3）控制器系統(tǒng)從母線進行數(shù)據(jù)采樣，可調(diào)并聯(lián)電抗器（TCR）采用晶閘管控制導(dǎo)通角，無級調(diào)節(jié)輸出容量，響應(yīng)時間小于20ms,可以真正實現(xiàn)柔性補償。

（4）低壓可調(diào)并聯(lián)電抗器（TCR）不涉及晶閘管的串聯(lián)問題，克服了TCR型SVC在中高壓系統(tǒng)因涉及到晶閘管的串聯(lián)問題，因而可靠性很高、使用壽命長。

（5）其余車間采用復(fù)合開關(guān)投切電容器組，利用可控硅電壓過零時導(dǎo)通，電流為零時切除，無電容器投切涌流，運行時可控硅無需承受電流，運行可靠。

4 投運后效果

（1）設(shè)備投運后，其余各配電變壓器低壓側(cè)功率因數(shù)達到0.95以上；

（2）紡絲車間采用動態(tài)補償濾波裝置（TSVC）后，諧波電流降低約70%，低壓側(cè)功率因數(shù)達到0.96以上，110kV側(cè)總的諧波電流大幅下降，滿足GB14594《公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定限值。

5 結(jié)論

（1）化纖行業(yè)大部分負荷為變頻器負載，其含有大量諧波，造成電網(wǎng)電能質(zhì)量很差，威脅配電系統(tǒng)安全運行；

（2）低壓動態(tài)濾波補償裝置（TSVC）可以有效濾除系統(tǒng)諧波，提高了功率因數(shù)補償精度，改善了補償效果。

（3）運行維護成本低，設(shè)備運行安全可靠。