電路板生產(chǎn)線諧波治理方案

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一、 背景概述：

蘇州某公司電路板生產(chǎn)線用電設(shè)備主要為大功率的變頻器，整流裝置等非線性負(fù)荷，非線性負(fù)荷在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生了大量的5次、7次電流諧波，經(jīng)系統(tǒng)阻抗形成電壓波形畸變，故造成了電容器組不能正常投切、補(bǔ)償支路元器件經(jīng)常損壞，電容器組衰減、老化快，注入公共連接點(diǎn)的諧波污染公用電網(wǎng)等問(wèn)題。

二、 檢驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析：

          根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T14549-93《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，對(duì)4只電力變的諧波治理提出如下建議：

1、 TR1變諧波特別嚴(yán)重，在基波電流1200A的情況下，5次電流諧波高達(dá)210A，嚴(yán)重超過(guò)國(guó)標(biāo)限值。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)了解，負(fù)載總電流最大時(shí)可達(dá)到1800A左右，故5次電流諧波可能增至270A左右，電壓總諧波畸變率預(yù)計(jì)超過(guò)國(guó)標(biāo)5%的限值。

2、 TR2、 TH4、TH5三臺(tái)主變均出現(xiàn)5次電流或電壓超標(biāo)現(xiàn)象，現(xiàn)有的普通電容補(bǔ)償柜投入后與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，并導(dǎo)致諧波電流放大，影響生產(chǎn)用電設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

三、諧波濾除治理方式：

   1、因現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況與負(fù)載性質(zhì)

      特建議：TR1、TR4變采用有源濾波方式（WAPF）

                    TR2、TR5變采用無(wú)源濾波方式（WXL-A型TSF無(wú)源濾波）

四、諧波濾除裝置設(shè)計(jì)方案：  

1、濾波補(bǔ)償（WXL-A型TSF）裝置的主要技術(shù)指標(biāo)

1.1 濾波補(bǔ)償系統(tǒng)接入整流變壓器的二次側(cè)。

1.2 對(duì)于5、7次諧波電流吸收率達(dá)到70%以上，相應(yīng)次數(shù)的諧波電壓滿足GB/T14549-93要求。

1.3 響應(yīng)時(shí)間≤20mS。

1.4 補(bǔ)償?shù)钠骄β室驍?shù)≥0.95。

1.5 補(bǔ)償過(guò)程中電網(wǎng)電壓波動(dòng)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549-93要求，即：滿負(fù)荷到輕負(fù)荷補(bǔ)償變化引起的一次側(cè)電壓波動(dòng)≤2.5%。

1.6 補(bǔ)償系統(tǒng)具有以下安全運(yùn)行措施：

 系統(tǒng)：過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、欠電壓保護(hù)、接地保護(hù)。

 電容器：過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)及缺相保護(hù)。

 電感（電抗）：過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)。

1.7 補(bǔ)償裝置系統(tǒng)總功率損耗：P損小于1.5%*Q總（Q總為補(bǔ)償總量）。

1.8 系統(tǒng)不產(chǎn)生無(wú)線電（射頻）電磁干擾。

1.9 運(yùn)行方式：全自動(dòng)，連續(xù)工作。

1.10顯示參數(shù);PF,U,I,S,Q,P,工作狀態(tài)等11種指示。

2、有源濾波（APF）裝置的主要技術(shù)指標(biāo)

（1） 低壓動(dòng)態(tài)有源濾波補(bǔ)償裝置（APF）為封閉式戶內(nèi)成套設(shè)備，其功能為用于動(dòng)態(tài)抑制諧波，同時(shí)可進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，它能對(duì)大小和頻率都變化的諧波以及變化的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償。

（2） 動(dòng)態(tài)有源濾波補(bǔ)償裝置要求采用技術(shù)成熟的器件，能自動(dòng)根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行方式的變化和負(fù)載的波動(dòng)調(diào)整輸出，以抵消電網(wǎng)中的諧波。

（3） 動(dòng)態(tài)有源濾波補(bǔ)償裝置應(yīng)獨(dú)立于電網(wǎng)阻抗及系統(tǒng)阻抗之外，不受電網(wǎng)阻抗和系統(tǒng)阻抗變化的影響。

（4） 動(dòng)態(tài)有源濾波補(bǔ)償裝置能濾除2~25次各次諧波，可設(shè)定需要濾除的諧波次段和濾除諧波的目標(biāo)值。

（5） 動(dòng)態(tài)有源濾波補(bǔ)償裝置應(yīng)具有不等容并聯(lián)擴(kuò)容的功能，投入后方便擴(kuò)容?？赏瑫r(shí)進(jìn)行濾波和無(wú)功補(bǔ)償，濾波和補(bǔ)償容量應(yīng)滿足要求。

（6） 濾波器在濾波的同時(shí)必須避免過(guò)補(bǔ)償，即動(dòng)態(tài)有源濾波補(bǔ)償裝置可以做到只濾波而不產(chǎn)生無(wú)功功率，完全避免過(guò)補(bǔ)償，也可以通過(guò)設(shè)定目標(biāo)功率因數(shù)，將濾波后剩余的能量用于無(wú)功補(bǔ)償。

（7） 動(dòng)態(tài)有源濾波補(bǔ)償裝置應(yīng)具備完整的保護(hù)裝置，包括過(guò)載、過(guò)電流、短路等，以及具備系統(tǒng)自診斷功能。

（8） 三相負(fù)荷電流不平衡時(shí)，動(dòng)態(tài)有源濾波補(bǔ)償裝置可正常補(bǔ)償并消除負(fù)荷不平衡現(xiàn)象。

（9） 該裝置需具有遠(yuǎn)程通信接口，用于連接監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)在線電力監(jiān)控功能，接口為開放型 。

（10） 動(dòng)態(tài)有源濾波補(bǔ)償裝置應(yīng)具有液晶顯示器和操作鍵的人機(jī)界面，液晶顯示及操作界面應(yīng)置于成套裝置表面，方便進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)改變、信息查看等操作，并能顯示運(yùn)行狀況、測(cè)量數(shù)據(jù)、故障報(bào)警等信息。

（11） 動(dòng)態(tài)有源濾波補(bǔ)償裝置自身的高頻載波不能回饋到電網(wǎng)，對(duì)其它系統(tǒng)和設(shè)備沒(méi)有干擾。

（12） 動(dòng)態(tài)有源濾波補(bǔ)償裝置的控制系統(tǒng)包括指令電流運(yùn)算電路和電流跟蹤控制電路。指令電流運(yùn)算電路主要作用是對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，得出指令信號(hào)。對(duì)動(dòng)態(tài)有源濾波補(bǔ)償裝置進(jìn)行控制管理，包括：對(duì)濾波參數(shù)進(jìn)行編程、同時(shí)濾除多種諧波的選定、不同功能的優(yōu)先次序設(shè)定、無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓β室驍?shù)設(shè)定、相平衡、零無(wú)功功率濾波。

（13） 該裝置供電電源將輸入電源轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)有源濾波補(bǔ)償裝置自身需要的控制電源，一般由進(jìn)線變壓器、交流濾波器、開關(guān)電源、電源板和防雷元件等組成。進(jìn)線采用斷路器或熔斷器，實(shí)現(xiàn)裝置內(nèi)的過(guò)載、過(guò)電流、短路保護(hù)。裝置內(nèi)具有過(guò)載、過(guò)壓、過(guò)熱、缺相、短路、控制電壓欠壓、抗干擾等保護(hù)功能及外部輸出警報(bào)、跳閘端口。

（14） 當(dāng)系統(tǒng)中諧波電流大于濾波裝置的額定容量時(shí)，濾波裝置應(yīng)具備瞬時(shí)過(guò)載200%的能力而不發(fā)生停機(jī)或損壞現(xiàn)象。

（15） 過(guò)壓保護(hù)：防止系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)電壓，在系統(tǒng)發(fā)生過(guò)電壓時(shí)閉鎖動(dòng)態(tài)有源濾波補(bǔ)償裝置輸出，同時(shí)有相應(yīng)的報(bào)警。

（16） 溫度保護(hù)：包括外殼溫度過(guò)熱保護(hù)功能和芯片溫度過(guò)熱保護(hù)功能，當(dāng)內(nèi)部溫度超過(guò)預(yù)定值時(shí)，閉鎖動(dòng)態(tài)有源濾波補(bǔ)償裝置輸出，并發(fā)出告警。

（17） 防雷保護(hù)：柜內(nèi)配有防雷元件，防止雷擊對(duì)濾波器造成的損壞，當(dāng)防雷元件故障時(shí)，應(yīng)提供報(bào)警信息。

（18） 裝置可監(jiān)測(cè)以下參數(shù)（包括但不限于以下內(nèi)容）：

1) 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)消除濾波能力（百分比）

2) 線路電流基波與各次諧波含量

3) 電流畸變、頻率等

4) 功率因數(shù)

5) 液晶顯示：電網(wǎng)電壓、電流，各次諧波電流值、電壓畸變率、故障報(bào)警等信號(hào)。

工作原理：

APF型有源電力濾波器，是采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和基于高速DSP數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)制成的新型電力濾波治理專用設(shè)備。它由指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路兩個(gè)主要部分組成。指令電流運(yùn)算電路實(shí)時(shí)監(jiān)視線路中的電流，并將模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入高速數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，將諧波與基波分離，并以脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào)形式向補(bǔ)償電流發(fā)生電路送出驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)IGBT功率模塊，生成與諧波電流幅值相等、極性相反的補(bǔ)償電流并注入電網(wǎng)，對(duì)諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償或抵消，主動(dòng)消除電力諧波，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力諧波的治理。

    技術(shù)特點(diǎn)：

功能全面：可同時(shí)實(shí)現(xiàn)智能濾除諧波、動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償、平衡三相負(fù)載功能；

性能優(yōu)良：擁有近乎完美的諧波濾除效果;連續(xù)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，使

功率因數(shù)提高至0.95以上；保證負(fù)載平衡和設(shè)備安全運(yùn)行；

   技術(shù)先進(jìn)：可連續(xù)、動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，40μS響應(yīng)負(fù)荷變化，10mS完成補(bǔ)償；

             濾波性能不受系統(tǒng)阻抗影響

   不會(huì)與系統(tǒng)阻抗發(fā)生串聯(lián)或并聯(lián)諧振，相反還能抑制系統(tǒng)已有諧振。

五、濾波補(bǔ)償總?cè)萘康拇_定:

       計(jì)算公式：Q = P(-)

       根據(jù)現(xiàn)有的補(bǔ)償容量及考慮諧波濾波容量，通過(guò)仿真計(jì)算，對(duì)濾波電路的基波補(bǔ)償容量確定如下：

        1、WAPF:

    TR1變300 A(150*2柜=300)

                  TR4變200 A

        2、WXL-A型:

    TR2變240 KVAr

                  TR5變320 KVAr

        WXL-A型:濾波補(bǔ)償支路的確定和基波容量分配：

              TR2變：

                   濾波補(bǔ)償支路6條    每條基波補(bǔ)償量40KVAr；

              TR5變：

                H5  濾波補(bǔ)償支路1條    基波補(bǔ)償量120KVAr；

                H4  濾波補(bǔ)償支路4條    基波補(bǔ)償量50KVAr