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690V有源滤波器在实际中的应用案例
发布时间：
2021-07-14
企业背景
某知名上市公司，主导产品为白卡纸、文化纸、箱板纸、石膏护面纸、造纸木浆的生产、销售。公司在全国30个省、市、自治区设有办事处，产品远销东南亚等国家和地区。
该上市公司具有年产百万吨机制纸的生产能力，信息传媒用纸、书写纸是国家免检产品，企业信息化建设列入全国五百强。公司非常重视科技研发，近年来不断加大研发投入、科技人才的引进和培养，并与多家科研院所建立了合作关系，现拥有多项发明、专利，并承担了国家科技部的火炬计划建设。公司获得国际质量体系认证和“采用国际标准产品标志证书”，产品质量标准与国际接轨。
项目主要设备及测试数据
01现场情况
公司的生产离不开造纸机，由于在造纸机与电源之间串入相配套型号ABB变频器，即可实现电动机转速的调节。但由于变频器是非线性设备，运行中必然会产生高次谐波而对电动机造成不良影响。在变频调速工况下运行的电动机，其输入电流的频率是个变量，通过改变输入电流的频率即可实现电动机转速的调节。但由于输入电流频率的变化，故对电动机输出的轴功率会造成影响。
但在变频调速工况下运行的电动机，由于输入电流含有颇丰的高次谐波，因为会因谐波电流产生附加损耗。同时因谐波电流影响，而使输出轴功率有所下降，运行效率降低，温升增高等异常情况。另外，谐波电流产生的附加磁场，相对于转轴是高速度旋转的，它产生的轴电势较高，会击穿轴承的油膜，使轴电流流过轴承而造成损害。电动机的线圈间存在着分布电容，高次谐波电压输入时，使各线圈之间的电压分担不均匀，导致承担高电压线圈绝缘老化加速，从而使首匝线圈绝缘损伤。在变频调速拖动系统中，变频器输出电压的幅值是额定电压的3倍，再加上变频器电压变化率(du/dt)很高，它所引起的振荡使电动机线圈收到应力变得更大，导致线圈绝缘老化。在开关频率很高工况下，变频器和电动机之间连接电缆，若是长度过长时会产生驻波，将导致电动机端电压的升高，这种高电压也会加速线圈绝缘的老化，而影响电动机的使用寿命。
02测试设备及测试数据
主要测试设备
先进的电能质量功能、前所未有的电能分析性能
将 Fluke 435 II 三相电能质量分析仪作为您的保险单。无论设备发生任何问题，有了 F435 II三相电能质量分析仪，您就可高枕无忧。配备有高级的电能质量测量功能和电能量损失成本计算功能，此型号可解决任何用电问题。
电参数波形数据捕获–捕捉快速的 RMS 数值以查看每个波形，从而可以确定电压、电流和频率的数值如何相互作用
功率逆变器效率– 功率逆变器效率
电能量评估 – 量化判断节能设备安装前后能耗的改善情况
一线故障排除 – 快速诊断屏显问题以恢复在线运行状态
预防性维护 – 在电能质量问题引起停机前进行监测和预测
长期分析 – 发现难以察觉的问题或间歇性问题
负载研究 – 增加负载前验证电气系统的容量
改造前使用GE无源滤波治理现场谐波如下图，谐波治理效果不够理想；改造后使用我司有源滤波后如图，谐波治理效果明显。
变压器名称主变6AA0202变压器规格：2500kVA 10/0.7kV
改造效果：对低压配电室6AA0202变压器进行电能质量及谐波治理之后，功率因数提升至0.95以上，同时含量最大的5次谐波由改造前的22.6%下降到4.8%。
变压器名称主变5AA0204变压器规格：2500kVA 10/0.7kV
改造效果：对低压配电室5AA0204变压器进行电能质量及谐波治理之后，功率因数提升至0.95以上，同时含量最大的5次谐波由改造前的42.2%下降到2.5%。
变压器名称主变6AA0608变压器规格：2500kVA 10/0.7kV
改造效果：对低压配电室6AA0608 变压器进行电能质量及谐波治理之后，功率因数提升至0.95以上，同时含量最大的5次谐波由改造前的29.3%下降到19%。
评估依据
谐波标准及用户允许值
01
国家标准谐波电压限值
国家标准GB/T 14549-93《电能质量 公用电网谐波》规定的公用电网谐波电压限值见下表；10kV变电站0.4kV母线负荷注入系统的各次谐波电流在0.4kV母线谐波电压畸变率应小于下表所列出的0.4kV电压等级的谐波电压限值。
公用电网谐波电压限值(相电压)
02
国家标准谐波电流允许值
国标中规定在核定基准短路容量下注入系统公共接点的各次谐波电流允许值如下表所示。国标0.4kV基准短路容量规定10MVA,10KV基准短路容量规定100MVA。
注入公共连接点的谐波电流总允许值Ihp(A)
产品特点及主要功能
有源电力滤波器的作用
01
增强电力系统的运行安全可靠性
您是否遇到过这样的问题：
◇变压器运行时，无故出现剧烈过热现象，甚至导致变压器烧毁的严重事故；
◇电力系统保护装置无故动作、PLC系统经常烧毁、切除系统电力或保护装置在应当动作时没有动作，造成电力系统失去保护而造成巨大损失；
◇尚在使用年限内的电缆线路频繁发生因绝缘老化引起的系统接地故障；
◇平常使用的空调等电器设备经常发生开关烧毁的故障；
◇使用的计算机、电视机等显示设备显示失真，屏幕晃动；
◇照明设备经常无故的忽明忽暗
等等……
以上这些问题，大多是由于电网中存在的谐波引起的。
更为严重的问题是——发生了事故后，由于用户缺少测量手段，许多因设计缺陷引起的隐患，却往往使事故责任无法确认。
使用了有源电力滤波器，可以为您很好的解决以上的这些问题。
02
在节能增效方面的作用
电力系统中存在的谐波会降低各种电力设备的运行效率，使用有源滤波设备可以节省部分能源损耗。
谐波会产生一部分的谐波无功功率需求，由于普通的无功功率补偿设备无法针对谐波进行补偿。所以在实际上，谐波产生的无功功率需求未被治理，对各种电力设备的运行产生一定的影响，使用有源滤波设备可以在此方面进行改善，对普通无功补偿设备的补偿作用起到一定的辅助功能，使用有源滤波设备，节能能达到5%。
03
在降耗减排方面的作用
电力系统中存在的谐波，会给用户带来大量的发热损耗。譬如：
◇电网中的谐波会使线路损耗增加2倍：
◇会使变压器局部严重过热，铜耗、铁耗增加2.5倍；
◇谐波使变压器、电容器、电缆等设备过热、绝缘老化，降低使用寿命；
◇谐波使大部分电力设备故障剧增增加用户的维修成本。
使用有源电力滤波设备可以为您挽回这方面的损失。
项目总结
通过监测，该上市公司现场5次、7次等谐波频次含量较大；通过江苏斯菲尔电气的690V有源滤波装置的投入使用，来自动跟踪补偿负载产生的谐波电流，使得N线电流明显降低、各次谐波电流得到有效抑制，提高了供电系统的稳定性，消除了谐波对通信系统影响的危害，收到了良好的运行效果，保证整个系统安全可靠运行。
通过在该上市公司的应用，690V有源滤波装置的投入使用保证了该上市公司的谐波电流下降幅度非常明显并且使各台变压器的进线柜处功率因数提高到0.98，在容量足够的情况下，现场的电流畸变率由26%下降至5%左右，受到用户一致好评。
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