顧橋選煤廠低壓無功補(bǔ)償及有源濾波研究

林勇 淮河能源煤業(yè)公司選煤廠分公司顧橋選煤廠

一、無功補(bǔ)償概念

在交流電路中，由電源供給負(fù)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(shè)備正常運(yùn)行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量（機(jī)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(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換，并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)的電功率。它不對(duì)外做功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰俊７彩怯须姶啪€圈的電氣設(shè)備，要建立磁場(chǎng)，就要消耗無功功率。由于它不對(duì)外做功，才被稱之為“無功”。無功功率的符號(hào)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)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(chǎn)生磁場(chǎng)，在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此，沒有無功功率電動(dòng)機(jī)就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會(huì)吸合。

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

無功功率不足對(duì)供、用電產(chǎn)生一定的不良影響，主要表現(xiàn)在：

（1）降低發(fā)、供電設(shè)備的利用率。

（2）降低輸變壓設(shè)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(zhì)量。

（4）造成低功率因數(shù)運(yùn)行和電壓下降，使電氣設(shè)備容量得不到充分發(fā)揮。

（5）增加了企業(yè)的電費(fèi)支出，加大了成本。

從發(fā)電機(jī)和高壓側(cè)供給的無功功率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了負(fù)荷的需要，所以在低壓側(cè)要設(shè)置一些無功補(bǔ)償裝置來補(bǔ)充無功功率，以保證用電設(shè)備在額定電壓下工作。

二、系統(tǒng)諧波數(shù)據(jù)分析

顧橋選煤廠31#低壓配電室Ⅰ段負(fù)荷有3 臺(tái)變頻設(shè)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(gè)別諧波電壓畸變率低于3%，較高的畸變量可導(dǎo)致控制設(shè)備誤動(dòng)作或通訊故障，進(jìn)而造成生產(chǎn)或運(yùn)行中斷，導(dǎo)致較大的經(jīng)濟(jì)損失。本案就以該段為例分析研究。

（一）31AT-1#變壓器主要負(fù)荷

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

主要負(fù)荷為皮帶機(jī)、分級(jí)篩、破碎機(jī)、合介泵、稀介泵、煤泥泵、空壓機(jī)等。其中合介泵、分介泵、煤泥泵為變頻驅(qū)動(dòng)。測(cè)量時(shí)，設(shè)備正常開啟。

（二）諧波允許值及31AT-1#變壓器諧波值

1.國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)諧波限制值

GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》電壓限值見表1：

2. 31AT-1#變壓器數(shù)據(jù)分析

根據(jù)GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，注入電網(wǎng)的諧波電流允許值是按電流的絕對(duì)值計(jì)算的。對(duì)于690V系統(tǒng)，系統(tǒng)基準(zhǔn)短路容量和最小短路容量都為10MVA 時(shí)，各次諧波電流值對(duì)比表可以看出31AT-1#變壓器在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)允許值，7 次諧波電流含量偏大。

諧波對(duì)電力系統(tǒng)或并聯(lián)的負(fù)載產(chǎn)生種種危害，危害的程度決定于諧波量的大小和現(xiàn)場(chǎng)條件。它們將導(dǎo)致電網(wǎng)中的電力品質(zhì)下降，使各種設(shè)備出現(xiàn)故障。

三、設(shè)計(jì)考量

31AT-1#變壓器容量為1600KVA，系統(tǒng)原始功率因數(shù)均按照0.77 考慮，變壓器按當(dāng)前負(fù)荷率考慮，目標(biāo)功率因數(shù)按0.95考慮，系統(tǒng)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(bǔ)償需求量為318kVar。

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

補(bǔ)償裝置額定容量計(jì)算：

（二）諧波治理

由于系統(tǒng)主要產(chǎn)生5 次及以上諧波，對(duì)設(shè)備及安全生產(chǎn)造成隱患，應(yīng)進(jìn)行諧波治理，在電容器前段加裝6%調(diào)諧電抗器，安全提高系統(tǒng)功率因數(shù)值，同時(shí)吸收系統(tǒng)諧波，防止諧振。

四、31AT-1#變壓器改善效果理論計(jì)算

如表1 所示。

表1

綜上，從改善效果理論計(jì)算的結(jié)果來看，在增加了計(jì)算容量的無功功率補(bǔ)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(shù)和變壓器裕度都有了顯著升高，設(shè)計(jì)方案達(dá)到了既定目標(biāo)。