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纺织行业中谐波治理分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-07-10  来源:中国建筑电气网  作者:何建成 黄寿强
随着科学技术的发展,随着工业生产水平和人民生活水平的提高,非线性用电设备在电网中大量投运,造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。它不仅增加了电网的供电损耗,而且干扰电网的保护装置与自动化装置的正常运行,造成了这些装置的误动与拒动,直接威胁电网的安全运行。
 
国内某上市公司纺织企业以提供色纺纱线为主营业务,高档新型的坯纱线、染色纱线,半精纺和气流纺色纺纱线。提供多品种、小批量和快交货的产品服务,并流行趋势、各种原料和产品的认证、吊牌、技术咨询等服务。主要纺织设备均为现在世界一流的技术装备,主要由德国、日本等国家引进,在这些设备中大量采用各种变频器设备进行控制,很好的提高了控制设备的精度也大大降低了设备耗电量。但同时也产生了大量的谐波对配电设备的正常使用有很大影响。
 
1 现场数据测试分析
 
根据用户提供的运行情况,低压配电室电容器组通电投运时,串联电抗器就出现啸叫声,电抗器表面温度很高达到90度以上,电容器回路熔断器烧坏,并导致相间短路。目前用户无法正常投入电容使用,回路母线有变色过电流现象。
 
1.1 现场测试情况
 
2013年7月对纺织生产线各配电系统进行了谐波测试,谐波测试结果后附,从测试结果看纺织生产线各配电室谐波均较严重。
 
(1)1号配电室1#变压器母线段AA4柜测试点如下图:
由以上测试数据可以看出,变压器母线段功率因数为0.83,功率因数较低。谐波电压、电流影响较大,谐波电压总畸变率为6%。谐波电流总畸变率为18.2%,五次谐波电流最高215.1A。七次谐波电流最高为50.1A。
 
(2)2号配电室1#变压器母线段AA4柜测试点如下图:
由以上测试数据可以看出,变压器母线段功率因数为0.96,谐波电压、电流影响很大,谐波电压总畸变率为7.7%,谐波电流总畸变率为26.3%,七次谐波电压畸变率为4.9%。五次谐波电流最高为544.5A。七次谐波电流最高为104.4A。十一次谐波电流最高为118.6A等。
 
2 谐波对比和分析
 
(1)国家标准GB-T14549电能质量-公用电网谐波谐波允许值
 
(2)数据分析
 
1#低压配电室的AA4变压器母线段有大量五、七次谐波电流,且系统功率因数较低。另补偿柜接触器、熔断器选择均为125A,长期运行在谐波较大的环境下,系统元件会受谐波电流影响,产生温升从而使基波载流减少、绝缘降低,一旦柜内元件对于谐波的耐流能力有限,受谐波影响会出现过流、过压冲击,元件因此容易出现损毁。
 
2#低压配电室的AA4变压器母线段功率因数较高,谐波电压、电流严重超标,过大的谐波使调谐滤波器组无法投入,大量的谐波会对系统中所有配电设备及母线造成重大安全隐患,并减少设备使用寿命。
 
3 故障原因分析
 
谐波与无功电流不同。无功电流只影响电网的电压,并增加供电系统的铜损,通常不会影响用户,也不会影响计量精度。而谐波的影响可以用“无孔不入”来形容。在电网被污染的情况下,所有电网中的设备与负荷均会受到影响。谐波与无功还有一点不同:无功电流在没有补偿的情况下会一直传送到发电机,而谐波电流通常全部被电网中的设备与负荷吸收掉。
系统谐波会使各用电设备损失增加,对配电室柜体而言,谐波将使断路器、熔断器等主回路元件出现过温,尤其在触点接触部位,过温熔毁、拉弧等现象常有发生。谐波还会使调谐滤波器组中的滤波电抗器出现磁饱和现象噪音过大,电抗器长期处于磁饱和状态,则会对系统产生谐振危害。同时电抗器严重发热,将导致绝缘烧毁,引发相间短路。增加变压器铜损、铁损和漏磁损,提高变压器温升和噪音,致使变压器与铜排搭接处过热发紫。谐波电流在电力电缆会产生集肤效应,过载导致过热破坏电缆绝缘。谐波还会使开关设备发热、提高温升、过载跳闸或过热烧毁,降低设备使用寿命。谐波会影响控制系统错误判断,使控制系统失控崩溃。给工厂生产带来重大安全隐患及生产损失。
 
谐波还会造成电网的功率损耗增加、设备寿命缩短、接地保护功能失常、遥控功能失常、线路和设备过热等,特别是三次谐波会产生非常大的中性线电流,使得配电变压器的零线电流甚至超过相线电流值,造成设备的不安全运行。谐波对电网的安全性、稳定性、可靠性的影响还表现在可能引起电网发生谐振、使正常的供电中断、事故扩大、电网解裂等。谐波会引起变电站局部的并联或串联谐振,造成电压互感器等设备损坏;造成变电站系统中的设备和元件产生附加的谐波损耗,引起电力变压器、电力电缆、电动机等设备发热,电容器损坏,并加速绝缘材料的老化;造成断路器电弧熄灭时间的延长,影响断路器的开断容器;造成电子元器件的继电保护或自动装置误动作;影响电子仪表和通信系统的正常工作,降低通信质量;增大附加磁场的干扰等。
 
4 整改方案
 
(1)提高调谐滤波器组的目标功率因数,使更多的支路投入来吸收更多的系统谐波,改善电抗器磁饱和临界状态。
 
(2)加装合理的专用滤波设备对系统谐波进行专项治理,以避免谐波对系统的危害。,滤除主要的5次谐波电流和7次谐波电流,使得总畸变率降到5%以下。设备投运后不对其它的设备产生影响,不会引起补偿装置与系统谐振,确保无功补偿设备安全可靠的运行。提高功率因数到0.93,降低损耗,并能抑制谐波放大。
 
安装谐波治理装置后,有效的降低了谐波电流,增加了变压器的有效容量,可增加相应的带载能力,减少扩容所需的投资。可有效的降低变压器的损耗,提高变压器的安全运行系数,保证对谐波敏感的保护装置和器件不发生误动作。起到节能降耗的目的。节电率达10%~30%,谐波滤除率为70%~90%减小集肤效应,热损、铜损、铁损、磁损、噪音大为下降,符合国家对能源节约和降耗的指示和可持续发展的要求。
 
根据测试数据分析,对1#、2#低压配电室变压器母线段进行专项谐波治理。1#配电室两段母线上均加装190A的有源滤波器对系统谐波进行滤除。在2#配电室两段母线上均加装800A的有源滤波器。初期改造先加装400A有源滤波器。有源滤波器柜设计安装与现有配电系统并柜安装,治理点放在电容器和第一个负载之间。再将连接电缆与主母排连接即可使用。
 
5 投资回报分析
 
拟在1#低压配电室两台变压器侧各安装有源滤波器。有源滤波器和调谐滤波器组投入正常后电流下降190A左右,功率因数从0.82提高到0.93,节省电量12.5%。此配电室每月电量在56.8万元,每月节省电费7.1万,每年总计节省85.2万元。配置的丹佛斯AA006A190AT4二台有源滤波器共计投资58万,可在9个月内收回投资。有源滤波器和调谐滤波器组投入后可降低铜母排和出线电缆及配电设备的运行温度,延长配电设备使用寿命3~5年,减少维护人员对设备的故障维护,大大降低备品备件的数量。
 
参考文献
1 GB/T 14549-93《电能质量公用电网谐波》
2 程浩忠等编著.《电能质量》ISBN7-302-13645-9.清花大学出版社,2006年9月
3 《工业与民用配电设计手册》ISBN7-5083-3034-x 中国电力出版社,2005年10月
 
 
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