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玻璃工厂供电系统设计中的谐波治理

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第34卷第19期 继电器 Vo1.34 No.19 2006年10月1日 RELAY Oct.1,2006 83 玻璃工厂供电系统设计中的谐波治理 吴梦杰 (中国凯盛国际工程有限公司蚌埠玻璃工业设计研究院,安徽蚌埠233018) 摘要:在400 V低压配电系统中随着非线性负载的比例逐渐加大,其负载性质发生深刻变化。即使在三相正 弦波形的作用下,三相相线电流发生非正弦畸变从而产生高次谐波电流。着重阐述了孟加拉国NGIL250t/d 浮法玻璃生产线工程中采用调谐滤波装置治理高次谐波技术,使出口电压为400 V的三台容量为1370 kW天 然气发电机组和三台1 050 kW柴油机发电机组主接线得以简化,使之节约电力设备一次性投资30%以上,并 且在技术上确保供电可靠性和用电质量。 关键词:谐波源;谐波电流;调谐滤波器;谐波治理 中图分类号:TM714 文献标识码:B 文章编号:1003-4897(2006)19-0083-02 0引言 联运行,发电机选6。3 kV高压配电系统。熔化成型 工段设置两台容量为1 600 kW・A的变压器,退火 优化电气工程设计就是在技术上保证供电可靠 切裁及公用车间设置两台容量为1 250 kW-A的 性和上乘的用电质量,在进行孟加拉NGIL250t/d浮 变压器。变比均为6.3/0.4 kV。 法玻璃生产线工程设计中,谐波治理问题是优化设 根据供配电设计原则:①满足用电设备对供电 计必要解决的技术问题之一,因为该问题已成为各 的可靠性的要求和对电能质量的要求;②系统主接 行各业在电气设计和电气设备选型时关注的重要环 线方式简单。操作安全可靠,运行灵活,检修方便; 节,它是供配电质量的重要指标。 ③投资少,运行费用低,我们对这两个方案进行了综 l 工程概况及方案比较 合I生的技术指标与经济指标分析论证。方案一,采 用400 V发电机直配电系统,在经济指标上占有绝 孟加拉国NGIL250t/d浮法玻璃生产线工程为 对优势,如不计变压器每年的年运行费用,仅电力设 日熔化量250 t的浮法原片玻璃生产线和一座镀膜 备一次性费用包括: ̄)4oo V发电机与6。3 kV发电 钢化玻璃深加工生产线。由于孟加拉国NGIL厂外 机的差价;②降压变压器投资;③6.3 kV配电装置 电系统属于农用三类电网,供电可靠性极差,所以该 费用;④需增加的400 V配电屏和控制设备费用;⑤ 厂设自备发电机,自给自足,自成一体,不用外电网 10 kV电缆等费用,方案一仅为方案二投资的60% 的电源。 ~70%。再从技术上分析,方案一的发配电系统主 浮法玻璃厂按联合厂房设计,负荷分布较为集 接线简单,系统运行可靠性较高。设置三台容量为 中,全厂装机容量为10 000 kW,计算负荷浮法线为 1 370 kW天然气发电机组,三台1 050 kW柴油机发 3 000 kW,钢化镀膜玻璃深加工生产线3 000 kW,发 电机组,分两段母线并联运行,系统运行非常灵活, 电容量拟选择7 000~8 000 kW。按常规国内小型 既能满足高峰负荷,又能保证低谷负荷,互换性能很 热电站设计,这种容量规模的都是采用发电机出口 好。由于主车间的负荷占全厂负荷的85%,位于发 电压为6。3 kV等级,孟加拉国家所建工厂自备发电 电机直配电间旁,负荷矩小,电压损失在5%以内。 机组出口电压一般为6。3 kV或400 V,我们在设计 只有氮站设有3X250 kW大容量电机,距发电机配 中,对供电系统作出二个方案进行分析比较。 间约150 m左右,采取适当调整发电机电压和放大 方案一:采用三台容量为1 370 kw燃气机组, 电缆截面等措施即可解决。就方案一来说技术上存 三台1 050 kW柴油机组,分两段母线并联运行,发 在一个严重的问题,就是来自浮法锡槽硅炭棒电加 电机电压选400 V的直配电系统。 热的可控硅整流装置产生的高次谐波,对发电机及 方案二:采用四台容量为1 300 kW天然气发电 其他电力设备的影响。如果此问题解决好了,则方 机组,两台1 000 kW的柴油机发电机组,分四段并 案一为最佳方案;如果解决不好,则此方案将因不满 维普资讯 http://www.cqvip.com

继电器 足对供电质量及可靠性的要求而被淘汰。方案二发 电机采用6.3 kV电压等级,虽然也存在谐波问题, 但降压变压器起了一定的隔离作用,减小了谐波对 发电机的直接影响和对其他电力设备的干扰。且电 压等级不同,谐波干扰的程度也不同,即是说,系统 电压越高,允许接入整流设备的容量越大。 2谐波的潮流分布及对电力设备的影响 浮法联合车间锡槽硅炭棒(约2 500 kW),电源 采用可控硅调功装置,在玻璃厂电站系统中构成谐 波源。谐波电流与基波电流分布一样,它有各自频 率分量的谐波电流,其中最严重的是5次和7次谐 波。基波的始端是发电机,末端是各种各样的用电 设备以及并联补偿设备。其功率则是用于作功的有 效功率。与基波不同的是谐波功率的始端是非正弦 电流设备,这里是整流设备,末端是发电机和其他用 电设备,不论在末端或中间环节,消耗的谐波功率都 是无效损耗,即不作功,只会引起设备发热。 谐波对电力设备的影响: 1)对发电机的影响。当发电机给整流装置供 电时,其整流装置产生的高次谐波电流直接返馈给 发电机,在发电机的定子绕组,转子绕组和激磁绕组 中引起感应电流,使之发热产生损耗,导致输出功率 降低。特别是5次和7次谐波电流严重时,会与基 波磁场相互作用引起振荡力矩产生机械振荡。 2)对电力电容器的影响。由于高次谐波引起 电容器并联谐振,有异常电流流入电容器,导致过热 从而破坏电容器绝缘以至电容器永久损坏。 3)对继电保护的影响。由于高次谐波过电压 过热引起仪表损坏,导致保护装置误动及动作特性 变化。 3谐波治理 按照国内外谐波治理理论和实际使用,其滤波 大致分以下三种:①有源滤波器。有源滤波器可以 快速滤除2—5O各阶次谐波,因造价过高投资较大, 目前主要用在电视台、飞机场、计算中心大楼等场 合。②无源滤波器。有针对性的滤除某次谐波,针 对3次或5次、7次危害大的谐波电流,每套滤波器 只能滤除一种谐波;若全部滤除各次谐波,滤波设备 数量多,但滤除谐波效果较好。③调谐滤波器。在 补偿电容器上串联一定比例的电抗器配合使用,可 抑制和削减高次谐波电流,投资较小,保证电容器的 无功补偿作用,完全避免由于谐波电流引发的谐振 现象。玻璃生产线电力系统中,谐波是存在但是就 其数量及严重程度来讲,比较适合选用调谐滤波器。 玻璃厂自备发电站电力系统条件: 1)三台容量为1 300 kW天然气发电机组,三 台1 000 kW柴油机发电机组,功率因数0.8(滞 后),电压400 V,短路阻抗X” =17.7%。 2)发电机最大运行方式是六台发电机并联运 行,最小运行方式为两台发电机并联运行。 3)配电站两段母线上各接300 kvar功率因数 补偿电容器。 根据谐波理论值的计算和模拟测试结果,5次 和7次谐波电流分量最严重,电压5次和7次畸变 率高达7.47%和5.5%,根据总电压畸变率 (THDtx)等与各次谐波电压有效值的百分比,THD ̄x :10.5%,超过了国家标准规定值。我们专门针对 5次和7次谐波,选择了5次7次谐波调谐式滤波 器,兼顾理论计算和生产运行实际情况,5次谐波系 数(指谐波实际值理论计算的比值)取0.8,7次谐 波系数取0.6。在设计中,选用芬兰NOKIA公司调 谐滤波器,调谐滤波器的电压等级为400 V,其选型 根据负载需要的无功补偿量一致来配套,用调谐滤 波器代替传统意义上的电容柜,作为该系统治理谐 波的主要装置。 4滤波器的使用效果 由于选用芬兰NOKIA公司调谐滤波器装置投入 运行后,玻璃厂的自备发电系统功率因数电容补偿装 置各项指标均可达到国家规定的标准要求。系统电 压总畸变率THDtx<2.8%;5次谐波电流<31 A;7 次谐波电流<22.5 A;11次谐波电流<20.5 A;13次 谐波电流<15.7 A;系统功率因数不小于0.94。谐波 治理取得明显效果。 5 结论 由于玻璃厂电力系统高次谐波的存在,在设计 中考虑了谐波治理,一套滤波装置价格为10.5万 元,而使用发电机容量在6 000 kW左右的系统规模 能采用发电机出口电压为400 V的直配电系统,这 不仅节约了投资又保证了系统供配电质量。在工程 设计中,考虑方案时经济指标是十分重要的,但更重 要的是首先满足技术指标,经济和技术指标并进。 精心设计,才能使设计优化。 (下转第88页continued on page 88) 维普资讯 http://www.cqvip.com

88 继电器 [2] LI Kui,YAO Fang,LU Jian—guo,et a1.Test and Analysis 8 结论 of Reliability for Electromagnetic Relay Electrical Con— 本文针对过载保护继电器的工作特点和失效模 tacts[A].Proceedings of the Annual Holm Conference on 式,确定了过载保护继电器可靠性验证试验的可靠 Electrical Contacts,IEEE.Piscataway:2000.79—82. 性指标;根据过载保护继电器的可靠性要求、抽样理 [3] LUO Yan—van,LU Jian—guo,LI Zhi—gang.Stud),on Methods 论和产品的实际应用情况,选取了定时或定数截尾 of Reliability Test for Switches[A].The Proceedings of In— ternational Relay Conference.1999. 试验方案,制订了抽样检查方案,确定了可靠性验证 [4] GB14048.6—1998低压开关设备和控制设备:接触器 试验的试验内容、失效判据以及试验程序;利用自行 和电动机起动器[M].北京:中国标准出版社,2001. 研制的过载保护继电器可靠性试验装置,对典型产 GB14048.6-1998 Low—voltage Switchgear and Controlgear 品进行了可靠性验证试验。 Contactors and Motor—starters[M].Beijing:China Stand— 过载保护继电器可靠性验证试验的研究对切实 ard Press,2001. 保证和提高产品质量和可靠性具有重要意义。 收稿日期:2006-02—16 参考文献: 作者简介: [1] 陆俭国,王景芹.低压保护电器可靠性理论及其应用 赵靖英(1974一),女,博士研究生,讲师,目前主要从事 [M].北京:机械工业出版社,2004. 智能电器及电器可靠性和教学工作;E—mail:zhaojy931@ey— LU Jian—guo,WANG Jing—qin.Reliability Theory and Its oU.con Application of Low—voltage Protective Apparatus[M]. 刘帼巾(1972一),女,博士研究生,副教授,目前主要从 Beijing:China Machine Press,2004. 事电器可靠性和教学工作。 Reliability compliance test of over-load protective relay ZHAO Jing—ying ,LIU Guo-jin 一, WANG Hai—tao ,ZHANG Zhe (1.Hebei University of Technology,Tianjin 300130, China;2.Postdoctoral Research Work Station of Delixi Group Co.,Ltd,Wenzhou 325604,China; 3.Tianjin University,Tianjin 300072,China) Abstract: Over—load protective relay is widely applied in electirc control system.Its reliability directly affects running of system. Reliability compliance test is an important approach for improving reliability of products.On the basis of adopting protective Success ra— tio as relibaility characteristic value,limited timing or limited number turncated test is chosen.Sampling and checking plan is de— signed.The test contents,the failure criterion and test program of reliability compliance test are determined.In addition,the reliability compliance test for typical products is carried out. Key words:over—load protective relay; reliability compliance test;protective success ratio;time or failure curtailed test plan (上接第84页continued from page 84) 吴梦杰(1949一),男,本科,工程师,研究方向为玻璃生 产企业配电系统中谐波问题及谐波冶理。E—mail:wmjctiec@ 收稿13期:2005—11—30; 修回13期:2006-06—30 163.con 作者简介: Harmonic wave control technology and optimized design of power supply system for glass plant wU Meng—jie (Bengbu Glass Design&Research Institute,China Triumph International Engineering Co.,Ltd,Bengbu 233018,China) Abstract:With non—linear load proportion increasing gradually in low voltage power distribution system,its load property changes a lot.Even under the action of 3-phase sine wave,3--phase conductor current generates non-sinusoidal distortion,resulting in generating higher harmonic current.This paper describes the technology of control higher harmonic wave by adopting single—tuned wave filter in Bangladesh MG 250t/d float glass production line project.With this technology,it makes main wiirng reduced concerning 3 sets of 1 370 kW natural gas generating units with outlet voltage of 400 V and 3 sets of 1050 kW diesel generating units,which saves more than 30%of the investment for power equipment and at the same time ensures reliability and quality of power supply. Key words:harmonic source;harmonic current;tuning filters;harmonic wave control 

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