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一、前言
    电网谐波对电气设备的正常运行危害很大,它可导致电容过流损坏,电动机力矩不稳,继电保护装置误动作,计算机等敏感电器发生功能错误。
    向电网注入谐波电流的电气设备主要有晶闸管电路和功率变频装置,家用电器如电视机等也产生谐波电流。
    当谐波电流 超出规程允许值,或者谐波电流虽然不大,但电气化设备受到干扰时,通常应采取技术措施加以防治,例如提高谐波源设备的电压等级,对谐波源设备集中供电,改变其工作时间等,但是上述方法并不能保证完全奏效,同时还要付出相应的改造费用。
解决谐波问题的最佳途径是设置滤波回路,将谐波完全或部分吸收,以保障电气设备安全运行,同时还可以提高电网功率因数,收到良好的经济效益。
由我公司引进技术开发成功的NLK型低压电网滤波补偿成套装置,有400V、525V和660V三种规格,适用于一切工业及民用用户,具有设计合理、滤波效果好、保护齐全、工作稳定可靠等特点。

补偿滤波装置的主要部分
●电容器组
●滤波电抗器
●电路开关
●接触器
●热保护装置
●放电装置
●无功控制器(选配)
主要性能及特点
●补偿基波无功功率
●吸收谐波电流
●防止电网谐振
●改善电压质量
●组装式结构,扩展方便
 
 
本资料列出的技术数据只是常用部分,我们还可以根据用户实际情况和要求,进行特殊设计。
二、技术数据
安装地点 :室内,靠墙或离墙
连接方式 :电缆或母线
每柜回路数 :3(最多)
额定电压 :400V,525V,660V
额定频率 :50HZ
额定电流 :见选型表
额定功率 :见选型表
放电元件 :放电电阻或线圈
控制电压 :220V
整体功耗 :〈3W/KVAR
防护等级 :IP20B
冷却 :自然空冷

工作条件:海拔高度≤200m
        :环境温度+40℃~—10℃
        :相对温度90%(+20℃时)
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型号意义:
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三、选型表

选型表(一)   400V  50Hz

额定功率 回路数 基波电流 吸收的谐波电流(A) 柜数
(kvar)   (A) 5 7 11/13  
120 2 190 85 85 - 1
180 2 280 170 85 - 1
240 2 380 170 170 - 2
300 2 476 255 170 - 2
360 3 569 255 170 85 2
480 3 758 340 170 170 3
540 3 852 340 255 170 3
600 3 948 425 255 170 4
720 3 1137 510 255 255 4
840 3 1327 595 340 255 5
900 3 1432 680 340 255 5

注:可设计其他容量规格。
选型表(二)   525V  50Hz

额定功率 回路数 基波电流 吸收的谐波电流(A) 柜数
(kvar)   (A) 5 7 11/13  
180 2 158 140 70 - 1
240 2 210 140 140 - 2
300 3 261 140 140 70 2
340 3 314 210 140 70 2
420 3 365 210 140 140 3
480 3 418 280 140 140 3
540 3 470 280 210 140 3
600 3 523 350 210 140 4
720 3 627 420 210 210 4
780 3 679 420 280 210 5
900 3 785 560 280 210 5

注:可设计其他容量规格。
选型表(三)   660V  50Hz

额定功率 回路数 基波电流 吸收的谐波电流(A) 柜数
(kvar)   (A) 5 7 11/13  
165 2 215 100 50 - 1
220 2 286 100 100 - 2
275 2 358 150 100 - 2
330 3 428 150 100 50 2
385 3 498 150 100 100 3
440 3 570 200 100 100 3
495 3 641 200 150 100 3
605 3 783 250 150 150 4
660 3 855 300 150 150 4
770 3 998 350 200 150 5
825 3 1070 400 200 150 5

注:可设计其他容量规格

四、滤波回路选择

    首先求出补偿所需的无功功率,然后根据谐波源特性或计算结果确定滤波回路的数量。表一给出了不同谐波电流含量时所需的电容器基波容量。设定值为交流负载自然功率因数
clsφ=0.76,变流器负载自然功率因数clsφ=0.8, 补偿后功率因数提高到clsφ=0.95.

表一  补偿功率选择  400V

变压器功率
(kvar)
变压器电流
(A)
交流电流
(A)
变流器电流
(A)
所需无功功率
(kvar)
400 577 288=50% 173=30% 121
173=30% 288=50% 115
0 460=80% 108

500 722 361 217 151
217 361 144
0 577 135

630 909 455 273 190
273 455 182
0 727 170

800 1154 577 346 241
346 577 231
0 923 216

1000 1443 722 433 301
433 722 289
0 1154 270

1250 1804 902 541 376
541 902 360
0 1443 337

1600 2309 1155 693 482
693 1155 462
0 1847 431

五、结构及外形尺寸

    柜体采用国际标准型材组装,螺栓连接,美观坚固,分合方便。也可根据用户要求,配用GGD或PGL等柜体。每柜最多可安装三个滤波回路,电缆或母线连接。如果多个同频率滤波回路并联,采用并联接触器连接(见图1,250Hz回路),以便平衡两个回路的电流分配。

    各滤波回路的投切采用按钮操作,信号灯显示工作状态。投入时操作顺序为从低次向高次,切除顺序为从高次向低次,各回路设有闭锁电路,防止误操作。

    滤波柜为自然空冷,如果安装地点环境温度较高,可配置风扇。
放电线圈可在电容器切除后30S内,将端电压降低到50V以下。
注:对于特大容量滤波器,也可以设计成组装框架结构。

    滤波柜外形尺寸见图2

六、无功功率与谐波

    当电网电压为正弦波形,并且电压和电流同相时,电阻性电气化设备从电网吸收的功率P等于电压U和电流I的乘积,即:
P=U*I
    电阻性电气设备包括白枳灯、电热器等。
    电动机和变压器运行时需要建立磁场,这部分能量不能转化为有功功率,因此称之为无功功率Q。
由于线圈电感的作用使电压和电流过零点发生变化,电流滞后电压一个角度φ。在选择变配电设备时应按视在功率S,即有功功率和无功功率的几何和。

    无功功率的传输加重电网的负担,使电网损耗增加,因此需要对其进行就近或就地补偿,而并联电容器可以补偿或平衡电气设备的感性无功功率,当容性无功功率QC等于感性无功功率QL时,电网只传输有功功率P。根据国家有关规定,高压用户功率因数应达到0.9以上,低压用户功率因数应达到0.85以上。电网的功率平衡关系见(图3)。

功率因数为有功功率和视在功率的比值:
clsφ=P/S
无功功率为:
QL=  S2—P2
如果选择电容器功率QC=QL,则功率因数为1。实际工程中应根据负荷情况和当地供电部门的要求,确定补偿后应达到的功率因数值,然后计算电容器安装容量:
QC=P(tanφ1 —tanφ2)
谐波电流

如果用户安装有晶闸管变流器设备,则会产生以下问题:
1、变流器需要感性无功功率
2、向电网注入谐波电流
由于变流器的控制角α的作用,使电流和电压发生相位移,形成感性无功功率QK,最大值为变流器的额定功率。

    变流器除了需要无功功率外,还向电网注入谐波电流,其频率由变流电路的脉动数(即一个电网周期内的换向次数)决定,例如最常用的三相桥式电路,其脉搏动数P=6。
通过对变流器网侧电流进行富立叶分解,除了含有基波电流外,还含有有一系列的谐波电流(图5)。特征谐波电流的次数为:
f:基波频率(50HZ)
 :变流器脉动数
 :正整数(1,2,3…)
    谐波电流在电网阻抗上产生同频率的电压降,并叠加在基波正弦电压上,使电压发生畸变(图6)

    在接有谐波源负载的电网上直接连接电容器,会出现其它方面的问题。
    因为电容器容抗和电网阻抗形成一个并联谐振回路,在谐振频率下其阻抗达到很高的数值,如果谐波电流频率与并联谐振频率相同或接近,则导致产生很高的电压降,电网和电容器支路流过很大的谐波电流,其数值甚至达到电网原有谐波电流的数十倍,称为谐波放大。谐波放大可导致电器设备(尤其是电容器)的损坏(图7)。
    为了避免谐振现象,需要在电容器支路中串联电抗器,以形成串联谐波频率回路,谐振频率在电网最低次谐波频率以下,通常电抗器阻抗约电容器容抗的6~7%。这种电容器串联电抗的回路称为失谐滤波回路,主要用于防止谐振,保护电容器,只吸收少部分的谐波电流。
如果变流器功率大于总功率的30%,或者电网谐波含量超过有关标准规定的极限值,则需要设置调谐式滤波器。
调谐式滤波器的设计原理是在特征次谐波频率下,使电抗器的阻抗等于电容器的容抗,即:

    此时回路阻抗接近于0,以便吸收有关谐波。
    一般针对5、7、11和13次谐波设置滤波回路,滤波器的频率阻抗曲线见图8。滤波效果取决于回路的调谐精度和品质因数,以及电网的短路阻抗。
    滤波器除了吸收谐波外,还提供基波容性无功功率(图9)。
调谐式滤波器的主要特点:
●补偿基波无功功率
●吸收谐波电流
●防止电网谐振

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七、用户调查表
  用户在确定设置滤波装置之前,请首先画出电网结线草图(参见图1),并按以下内容填写各项数据。
●低压母线短路功率
SKMAX = MVA
SKMIN = MVA
●变压器
额定功率S =KVA
额定电压UE =KV (高压侧)
UE =KV(低压侧)
短路电压U E =(%)
●三相负载
额定功率P =KW
功率因数cos =
功率 =
●谐波源负载
谐波源种类(例如 变流器,变频器...);
脉动数P =
控制角
有功功率
功率因数 cosψ=
基波电流
起动倍数
●电网中有无音频控制信号,频率是多少?
●预期达到的功率因数是多少?
●以前谐波对其它电气设备有无干扰?
●有无谐波测量数据?
 
 
 
 
八、技术术语
●揩波
频率为基波频率F1整数倍的正弦电量Fν。
●谐波次数V= fν/f1。
谐波频率与基波频率的比值,
●移相角
电压和电流过零点时的相差角度
●功率因数cos
有功功率和视在功率的比值。
●畸变系数
各次谐波电压的向量和与基波电压的比值。
●畸变电压
谐波电流在电网阻抗上产生的电压降。
●滤波器品质因数
在谐振频率下滤波回路有功电阻与无功电阻的比值(Q=Z/R)
●滤波度
滤波回路吸收的谐波电流与谐波源产生谐波电流的比值。
●滤波回路
电容器和电抗器形成的串联回路,其谐振频率与某次谐波的频率相一致。
●脉动数
变流器在一个电网周期内换向的次数。
经营项目
●高压电力系统SVC静补设备
●高压电网谐波滤波设备
●低压电网谐波滤波设备
●低压电网分相无功补偿屏
●电网谐波测试仪器
●电网监测保护系统

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公司地址:河北省保定市高新技术开发区火炬产业园
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