顧橋選煤廠低壓無功補償及有源濾波研究

林勇 淮河能源煤業公司選煤廠分公司顧橋選煤廠

一、無功補償概念

在交流電路中，由電源供給負載率有兩種：一種是有功功率，一種是無功功率。有功功率是保持用電設備正常運行所需的電功率，也就是將電能轉換為其他形式能量（機械能、光能、熱能）的電功率。無功功率比較抽象，它是用于電路內電場與磁場的交換，并用來在電氣設備中建立和維持磁場的電功率。它不對外做功，而是轉變為其他形式的能量。凡是有電磁線圈的電氣設備，要建立磁場，就要消耗無功功率。由于它不對外做功，才被稱之為“無功”。無功功率的符號用Q 表示，單位為乏（Var）或千乏（kVar）。無功功率絕不是無用功率，它的用處很大。電動機的轉子磁場就是靠從電源取得無用功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產生磁場，在二次線圈感應出電壓。因此，沒有無功功率電動機就不會轉動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。

在正常情況下，用電設備不但要從電源取得有功功率，同時還需要從電源取得無功功率。如果電網中的無功功率供不應求，用電設備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，那么，這些用電設備就不能維持在額定情況下工作，用電設備的端電壓就要下降，從而影響用電設備的正常運行。

無功功率不足對供、用電產生一定的不良影響，主要表現在：

（1）降低發、供電設備的利用率。

（2）降低輸變壓設備的供電能力。

（3）造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加，降低了電能質量。

（4）造成低功率因數運行和電壓下降，使電氣設備容量得不到充分發揮。

（5）增加了企業的電費支出，加大了成本。

從發電機和高壓側供給的無功功率，遠遠滿足不了負荷的需要，所以在低壓側要設置一些無功補償裝置來補充無功功率，以保證用電設備在額定電壓下工作。

二、系統諧波數據分析

顧橋選煤廠31#低壓配電室Ⅰ段負荷有3 臺變頻設備，變頻器、可編過程控制器等通常要求總諧波電壓畸變率（THD）小于5%，且個別諧波電壓畸變率低于3%，較高的畸變量可導致控制設備誤動作或通訊故障，進而造成生產或運行中斷，導致較大的經濟損失。本案就以該段為例分析研究。

（一）31AT-1#變壓器主要負荷

31AT-1#變壓器下原安裝有1 臺電容柜和1 臺有源濾波柜，但由于2006 年投用至今年限久遠，且礦中央變電所在高壓側集中補償，所以低壓側的補償柜與濾波柜全部停用。

主要負荷為皮帶機、分級篩、破碎機、合介泵、稀介泵、煤泥泵、空壓機等。其中合介泵、分介泵、煤泥泵為變頻驅動。測量時，設備正常開啟。

（二）諧波允許值及31AT-1#變壓器諧波值

1.國家標準諧波限制值

GB/T14549-93《電能質量公用電網諧波》電壓限值見表1：

2. 31AT-1#變壓器數據分析

根據GB/T14549-93《電能質量公用電網諧波》標準的規定，注入電網的諧波電流允許值是按電流的絕對值計算的。對于690V系統，系統基準短路容量和最小短路容量都為10MVA 時，各次諧波電流值對比表可以看出31AT-1#變壓器在設備運行時，其中 3次諧波電流9.82A；5 次諧波電流84.77A；7次諧波電流38.47A；11 次諧波電流11.91A總諧波電流94.83A。5 次諧波電流超過標準允許值，7 次諧波電流含量偏大。

諧波對電力系統或并聯的負載產生種種危害，危害的程度決定于諧波量的大小和現場條件。它們將導致電網中的電力品質下降，使各種設備出現故障。

三、設計考量

31AT-1#變壓器容量為1600KVA，系統原始功率因數均按照0.77 考慮，變壓器按當前負荷率考慮，目標功率因數按0.95考慮，系統存在5、7 次諧波，選擇6%電抗率。

（一）無功需求量

31AT-1# 變壓器無功補償需求量為318kVar。

考慮到諧波電壓與電抗器串聯后電容器電壓的升高，選取電容器額定電壓為900V。

補償裝置額定容量計算：

（二）諧波治理

由于系統主要產生5 次及以上諧波，對設備及安全生產造成隱患，應進行諧波治理，在電容器前段加裝6%調諧電抗器，安全提高系統功率因數值，同時吸收系統諧波，防止諧振。

四、31AT-1#變壓器改善效果理論計算

如表1 所示。

表1

綜上，從改善效果理論計算的結果來看，在增加了計算容量的無功功率補償裝置和有源濾波器后，視在電流和無效電流明顯降低，變壓器損失、電壓降也減小了，功率因數和變壓器裕度都有了顯著升高，設計方案達到了既定目標。