轧机的无功补偿及谐波治理的

轧机的无功补偿及谐波治理的（精选9篇）

篇1：轧机的无功补偿及谐波治理的

轧机的无功补偿及谐波治理的

轧机的无功补偿及谐波治理的 1450可逆成功案例

以1450型直流可逆轧机为典型案例，针对大、中、小型冶金轧钢企业，可逆直流轧机的运行特点以及由于运行工艺状况（可逆直流晶闸管调速非线性负荷）对电网造成的电网电压波动，电流、电压谐波超标严重，功率因数低下等电能质量现象，并以详细的设计数据及仿真模型，具体分析电能质量的严重状况，同时以详实的企业运行实况，描述在可逆直流轧机非线性动态负荷典型工况下，谐波治理及动态无功补偿方案及实施效果。并针对企业所取得的各项经济效益和对社会所做的贡献进行简单的概述。概述

随着电力电子技术的飞速发展，我国的工矿企业中，电力电子器件的大量应用，可控、全控晶闸管作为主要开关元件，电力电子器件的整流设备，变频、逆变等非线性负荷设备的广泛应用，谐波问题亦日益广泛的提出。诸如谐波干扰、谐波放大、无功补偿失效及谐波无功电流对供电系统的影响等。上述电力电子设备是谐波产生的源头。谐波电流的危害是严重的，主要有以下几个方面：

（１）谐波电流在变压器中，产生附加高频涡流铁损，使变压器过热，降低了变压器的输出容量，使变压器噪声增大，严重影响变压器寿命；

（２）谐波电流的趋肤效应使导线等效截面变小，增加线路损耗；

（３）谐波电流使供电电压产生畸变，影响电网上其它各种电器设备不能正常工作，导致自动控制装置误动作，仪表计量不准确；

（４）谐波电流对临近的通讯设备产生干扰；（５）谐波电流使普通电容补偿设备产生谐波放大，造成电容器及电容器回路过热，寿命缩短，甚至损坏；

（６）谐波电流会引起公用电网中局部产生并联谐振和串连谐振，造成严重事故及不良后果。工程概述 2.1简介

工厂主要设备为两台1450可逆轧机，因采用晶闸管整流、直流可逆调速等原因造成用电谐波超标，功率因数过低，对周边电网用户造成很大谐波干扰，为此进行设备改造以提高功率因数，治理谐波，节约能源，提高电网质量，降耗增容。

该钢业公司安装了两套动态无功补偿滤波装置，安全运行个月以来，得到客户及当地供电局的高度认可——系统功率因数达到0.90以上，谐波含量满足国标要求。

2.2工程背景 2.2.1工程供电系统

图１工程供电系统图 2.2.2（1450）轧机一次供电系统

图２（1450）轧机一次供电系统图

通过以上系统图得知：该公司110KV变电站通过一台16000KVA变压器为两台1450轧机供电。

该轧机因采用晶闸管整流及直流调速等原因造成用电谐波严重超标，功率因数过低，给用户造成很大的经济负担，同时对周边电网用户造成很大谐波干扰，为此该公司及当地供电局决定进行设备改造以提高功率因数，治理谐波，节约能源，提高电网质量，降耗增容。2.3工程设计概要

图３（1450）轧机现场图片

2.3.1轧机（1450）轧机运行主要参数

（１）轧机为长期间断运行，根据钢板轧制厚度要求变速变向、变输出功率运行，运行时间大约为1～2小时/每卷带钢。

（２）轧机分为主轧机及左、右卷取机、开卷机等系统控制，独立运行。主轧机整流变压器容量为4000KVA，数量2台，电压比10KV/0.8KV*2，直流电动机2000KW，数量4台，电枢电压800VDC，单台电枢电流2174A，效率92%，负荷率80%；卷取机整流变压器容量为 3150KVA，数量2台，电压比10KV/0.8KV*2，直流电动机1250KW，数量4台，电枢电压800VDC，单台电枢电流1359A，效率92%，负荷率80%。

2.3.2（1450）轧机谐波测试数据

（以1450轧机一台主轧电动机电流谐波含量为例）

（１）电流谐波含量棒图

图4.1 图４.2 图4.3 图４电流谐波含量棒图

图5电流、电压曲线图

表１电流谐波含量针对5、7、11、13次谐波数值

5次谐波

7次谐波

11次谐波

13次谐波

2.3.3设计补偿方案计算（以主轧机为例）

主机直流电动机2000KW*2，电枢电压800VDC，电枢电流2655A，效率取90%，负荷率取100%（１）基波补偿容量

有功功率：

P=U I =3168KW 视在电流：

I =I ×0.816=2655×0.816×2=4333A 视在功率：

S = ×U ×I = ×750×4333=5628KVA % % 7.2

36A % 10.1

52A

112.0

%

157.3

%

7.08

5A % 15.1A相（基波1550A）20.58

A

235A

%

8.9

47A

115.0

%

6.15

97.47A

318.9

%

14.08

A

145.2B相（基波1625A）19.68

A

228.8

%

9.9%

319.8

%

14.39

A

156.9A

C相（基波1585A）20.13

A

228.08319.06功率因数：COSφ = P / S1=3168/5628=0.57 无功功率：

Q1= =4651KVAR 实际基波补偿容量：4000KVAR（２）谐波补偿容量

Kvar 实际谐波补偿容量：3000KVAR

（３）变压器副边安装容量为4500KVAR动态无功补偿装置补偿后 补偿后无功功率： Q =4651－4000=651Kvar 补偿后视在功率： S = 3234kVA 补偿后功率因数：COSφ =3168/3234=0.98

通过以上计算，该轧机变压器补偿选用我公司DC-CFKPII动态无功功率补偿滤波装置：

装置内配置多路5次滤波器和7、11、13次滤波器，在提高功率因数的同时还按国家标准滤除谐波电流。

2.3.4 DC-CFKPII滤波装置系统图

2.3.5该工程仿真设计

（１）系统电流、电压仿真图（以5、7、11、13次谐波为主要参考量）图7.1系统电流波形 图7.2母线电压波形

（２）滤波器组和系统阻抗仿真图

图８阻抗特性曲线

（３）滤波器组投入前后电流仿真图（以5、7、11、13次谐波为主要参考量）图9滤波器组投入前后电流仿真图

通过以上仿真计算表明：5、7、11、13次谐波得到大幅度治理，使其完全符合国标要求。

2.4 DC-CFKPII滤波装置投入前后实际运行效果及经济效益 2.4.1 DC-CFKPII装置投入前后电流棒形图、波形图及谐波含量： 图10.1补偿前A相谐波电流棒形图 图10.2补偿后A相谐波电流棒形图 图10.3补偿前B相谐波电流棒形图 图10.4补偿后B相谐波电流棒形图

图10.5补偿前C相谐波电流棒形图 图10.6补偿后C相谐波电流棒形图 图10.7补偿前电压、电流波形图 图10.8补偿后电压、电流波形图

表２补偿前后主轧机功率变化对比表（轧制过程三道次实测数据）补A相（基波B相（基波C相（基波偿前 1550A）

1625A）

1585A）

5次20.318.19.319.8

20.1319.谐波 58% 9A

68%

A

3%

06A 7次15.23514.228.814.3228.谐波 1% A 08%

A

9%

08A 1110.157.8.9

145.279.9156.次谐波 15% 32A

4%

A %

9A 137.2112.7.0

115.056.1597.4次谐波 3% 06A 8% A

%

7A 补A相（基波

B相（基波975A）

C相（基波951A）

偿后 930A）

5次7.7

71.6

8.583.46

6.39

60.7谐波 % A 6%

A

%

6A 7次7.367.8

6.159.87

7.72

73.4谐波 1% A 4%

A

%

A 111.6

15.3

2.0

19.69

2.7

426.0次谐波 5% 4A 2%

A

%

5A 130.9

8.7A

0.9

8.87A

1.31

12.4次谐波 4% 1%

％

5A 补偿前后电流谐波对比表（以5、7、11、13次谐波为例）

补前

补后

备注

国标

162A

115A 73A 64A

注：国标值是根据

实际短路容量换算后值

（见附件二）视在功率

2148KVA S 有功功率

1224KW 主轧主机 Q 功率因数 视在电流

1560A A

通过以上数据表明；DC-CFKPII滤波装置投入后，治理前后电流谐波下降率效果是明显的，尤其对于5、7、11、13次谐波，针对钢业公司选用的是6相12脉波整流变压器，理论证明，对12脉波整流变压器反映到一次侧10KV电网时其5、7次电流谐波理论值应为零。只有11、13次谐波在10KV网侧可以记录，但从上表记录可以看出其值已很小，同时功率因数达到0.9以上，5、7、11、13次谐波达到国标。

2.4.2

DC-CFKPII无功补偿及滤波装置投入后其经济效益：

（１）功率因数从小于0.57提升到0.92以上，电费由每月罚款十几万变为每月奖励数千元。

（２）谐波得到治理，大大减少了运行中电气故障及电子元件的损坏。

（３）该公司16000KVA变压器得到增容，由另一台16000KVA变压器所带的负荷均转接到同一台变压器上运行，该企业停掉一台16000KVA变压器，该变压器每月节省占容费约

950A

COSΦ=0.57

COSΦ=0.93

P 无功功率

1765kvar

482kvar

1224KW

1316KVA

24万元。现转接过来的各型轧机直流调速系统均安装了FTFC动态无功补偿及谐波治理装置，该装置运行以来，为客户创造了相当可观的经济效益。

2.5 DC-CFKPII动态无功补偿工作原理及特点

2.5.1DC-CFKPII动态无功补偿工作原理

CFKPII系列动态无功补偿滤波装置，主要由监控终端、开关模块、电容器、电抗器、断路器、机柜等构成，控制器采用前馈式检测（三相平衡负荷、采集单相信号；三相不平衡负荷，采集三相信号），以负载的实时无功功率为投切物理量，应用瞬时无功控制理论及网压支持算法，在20ms内完成信号数据采集、计算、及控制输出；投切开关接到投切指令后，在小于10ms内完成零电流投入，投切无涌流，对电网无冲击，并且在主电路和开关中采取措施，避免了投切电容的冲击，使运行更加稳定、安全、可靠。

对于谐波含量比较大的系统中DC-KPII装置由电容器串联滤波电抗器组合而成，在工频呈电容性，改善功率因数，在所设计的谐振频率时形成串联谐振，使此L-C回路在此频率时形成非常低的阻抗，而能吸收大部分的谐波电流，从而改善系统中电压和电流的谐波畸变率。在实际工作中，负载特性和容量不尽相同，根据情况，设计不同的用途（单调谐、双调谐、高通、组合等），不同谐振频率（5次7次11次13次等），不同容量的谐波滤波器，滤波型一般需要非标准设计。（见系统图2.3.4）

2.5.2

DC-CFKPII动态无功补偿及谐波治理装置的主要特点（１）快速投切技术，无电流冲击，并且达到TCR同等补偿速率；（２）占地面积小基建成本低，低压操作安全，维护容易；（３）装置不产生谐波，铁心电抗器无射频干扰；（４）可以有效减少供配电系统损耗，节能效果显著；（５）可以解决用户的增容问题；

（６）可以滤除用户谐波，净化电网，供配电系统及自动控制系统运行更为安全可靠；（７）零电流投切，不会产生振荡现象。系统响应时间≤30ms；（８）装置补偿故障时自动退出，不会影响整个供电系统；（９）采用防暴、自愈、滤波型电容器；

（１０）该装置具有过流、过压、三相不平衡等保护功能，并能在无人坚守的情况下正常运行。

2.6 设计依据标准

GB/T14549-93

《电能质量，公用电网谐波》； GB/T15576-2008

《低压成套无功功率补偿装置》 GB3983.1-89

《低电压并联电容器》； GB7251.1-2005

低压成套开关设备和控制设备 GB4208-93

外壳防护等级（IP代码）

GB3797-89

电控设备第二部分装有电子器件的电控设备 GB4720-84

电控设备第一部分低压电器电控设备 GB12747-91

自愈式低压并联电容器 2.7.结论

（１）无功功率动态补偿谐波治理的理论是可行的；

（２）DC-CFKPII智能型动态无功补偿晶闸管滤波装置整体设计是合理的，设计参数是基本正确的，并能保证可靠运行。装置结构先进，技术含量高，产品符合有关国家标准要求；

（３）装置投入后节能效果明显，视在功率下降38.7%，变压器及电网系统线损下降≥39%，变压器增容≥39%；

（４）装置投入后谐波治理效果明显，电压及电流谐波指数均能满足GB/T14549-93“电能质量公用电网谐波”国标要求。

参考文献

1.中国国家标准GB/T14549-93《电能质量·公用电网谐波》中国标准出版社。2.刘进军，王兆安 LC滤波的单相桥式整流电路网侧谐波分析.电力电子技术1996.2 3.王兆安，杨军等．谐波抑制和无功功率补偿机械工业出版社 4.天津电气传动设计研究所，电气传动自动化技术手册机械工业出版社 5.杨啸天主编，电力系统谐波分析、测量、评估计算与抑制及滤波新技术务实全书.中国电力科技出版社 6.苏文成，金子康．无功补偿与电力电子技术机械工业出版社

篇2：轧机的无功补偿及谐波治理的

1谐波产生的原因和危害

1.1谐波产生的原因

非线性负载量过大是广播电视工程中谐波产生的主要原因。电流在传输过程中超过了负载，不能满足使用需求，形成了电磁干扰。谐波震荡在电流的形成阶段出现，随着电机结构和线路进入用电设备中，从而产生影响。针对发电过程中产生的谐波并没有较好地处理方法，当前的处理方法通常都是针对运行阶段来设计的，因此，虽然能够进一步的减少谐波，但是并不能从根本上解决谐波问题。除此以外，谐波的产生方式还有很多种，比如电路开关电源、设备内部的铁芯电力装置之中，例如，交流弧式的焊机、炼钢过程中使用的电炉设备等。

1.2谐波的危害

谐波问题早已引起了界内外众多人士的重视，这主要是由于其往往会增加电气设备的热能损耗量，使得功率快速降低、设施设备快速老化，并且在耗能量上升的同时，容易造成烧坏、爆炸事件，从而加大安全事故的发生率，这些都是谐波带来的危害。因为各种电力电子装置被广泛应用，越来越多的人开始重视和关注谐波的危害。另外，谐波的产生还会降低设备的功率，在广电工程中电气设备会得到频繁使用，而传播信号的稳定性会受到设备工作效率的直接影响，一旦有谐波振动出现在系统中，并且没有及时进行解决的话，会严重影响电设备导通功率.解决此问题的主要方法就是采用功率补偿，但是需要注意的是在之前要详细测量干扰设备运行的电流参数，通过分析后确定最终功率补偿参数。

2无功补偿装置分析

2.1无功补偿装置的重要作用

无功补偿装置的`作用表现在以下几个方面。首先，根据实际需求的不同无功补偿装置可以将负载功率与供电系统的因数进行提高，使设备的容量得到缩小，进而使功率的耗损量得到最大化的降低。其次，无功补偿装置可以增强供电的质量，例如，在较长距离的电流线路当中，选择合适的位置，并将动态的无功补偿装置放置于此，输电系统的稳定性就能够被大幅度地改善，从而提高了输电系统的输电能力。最后，无偿补功能够让有功和无功负载相对平衡。所以说，为了进一步满足广播电视工程的用电需求，就必须有效应用无偿补功装置。

2.2无功补偿装置存在的问题分析

众所周知，采用电容补偿的方式来增强功率因数是现在广播电视工程的主要方式，以此保证使用功率因数能够满足电网的需求，但是这也导致了谐波严重超标问题的产生。我们应当意识到在这个时候电容补偿也会出现缺陷，比如，当进行电容补偿而产生谐波电流时，通常会迅速增加电容器的电流有效值。另外，受到谐波电压的影响，电容器的电压最高值也会进一步加大，进而损坏电容器。除了上述内容以外，无功补偿装置还会导致电容器和装置系统之间有谐振出现，从而使谐波的发生率大大增加。此类情况不但会损坏电容器，还会对其他的设施设备造成严重影响，甚至会造成该系统的崩溃。

2.3无功补偿装置

安装滤波器能有效治理谐波问题，对平衡无功补偿和谐波治理有重要意义，其通常是根据谐波源的参数和安装点的特性和用户的要求来专门设计的。SVC（静止无功补偿装置）是一种可以综合治理电压波动、谐波、闪变和电压不平衡的重要设备。APF（有源电力滤波器），是一种新型的动态治理谐波和无功补偿的电力电子设备，可以对频率和幅值都发生变化的无功电流和谐波进行补偿，目前主要应用在低压配电系统上。

3无功补偿治理方案

3.1补偿方案

无功补偿分为分散补偿、集中补偿以及就地补偿三种类型：。①集中补偿一般运用于变电站与配电站的工作活动中，但是其关键在于补偿线路和变电站、配电站两者的无功需要、稳定电压的需要以及完善分散补偿、就地补偿之后所剩下的无功。一般情况下，在广播电视工程的系统中无功功率是总装机容量的30%，无功补偿与工程大小成正比。②分散补偿往往运用于配电站以及配电室之中，其主要是针对用电网络面积较小的用电网络展开无功补偿，且补偿量往往依据具体情况而决定。③就地补偿主要针对大容量的负载进行，在负载的附近进行相关配置，该种方式可以尽可能地节约电力能源的损耗。通过对无功补偿进行研究，可以发现以上三种补偿方式的配合使用，可以将无功补偿用到一个非常合理的度。

3.2滤波装置

一要考虑到无功补偿，二要考虑到治理谐波的问题，三要符合广播电视工程的用电需求，平衡无功补偿和谐波问题就成了解决问题最大的关键，也是大部分维修工程师的长期工作目的和科研目标。当前情况下，安装滤波器是最主要的谐波治理方案，不但能够对谐波进行滤除，还能够与无功补偿结合在一起。

3.2.1无源滤波器

作为滤波电路之一，无源滤波器主要由三大部分组成，分别是电容设备、电阻设备以及电感器。为了能够达到滤除一次或多次谐波的目的，可以将电感器和电容电阻结合。将滤波器的电感和电容设备进行串联，理论上会得到较为优秀的过滤效果。另外，针对无源滤波器在工作过程中往往会因为突然停电而无法进行正常工作的情况，我们会在电力系统的电源开关中放置UPS，可以有效避免这种事故的出现。通常来说，广播电视工程往往会使用部分变频器、计算机以及整流开关等设备来实现日常工作，但是这却极易造成大量谐波的出现，大大降低了电力系统的可靠性与稳定性。所以，无源滤波器的安装方式通常采用并联安装，在每一个重要设备的母线上面都进行安装，通过采用分段治理来对谐波进行有效的控制，该种方法作为一种既便利又节省资源的新型方法值得被更为深入地推广、运用。

3.2.2有源滤波器

有源滤波器是一种电力电子装置，运行过程中，滤波会通过流通的电流而顺利进入到电路的网络之中，能够有效作用到负载产生的谐波，并且能够抵消处理电流。采用有源滤波器虽然能够取得一定的效果，但是电磁波会干扰电源线，所以，为了使低压电力系统可以稳定的运行，可以通过电力电子变流器来控制系统，从而进行跟踪和处理滤波。

4结语

广播电视工程中的谐波会产生较多的危害，而导致谐波产生的原因有很多种。为了更好的解决广播电视工程中的谐波问题，需要工程师们在现有的方法上不断地思考和创新，提高电力系统的稳定性和安全性，减少谐波问题所带来的危害。

参考文献：

篇3：轧机的无功补偿及谐波治理的

电力电子技术的迅猛发展和电力电子设备的广泛应用,已经给石油工业的发展带来了深刻的变化。随着电动钻机的日趋增多,如何充分利用电传动装置的优越性,同时又能进一步减低能耗,显得越来越重要。

目前在石油钻井行业中,电动钻机分为直流电驱动钻机和交流变频驱动钻机,无论哪种电动钻机都是采用开关元件的开关动作来完成能量的变换,因此都存在谐波较大的问题。对于直流电驱动钻机来说,除谐波较大之外,其功率因数还严重偏低,通常在0.5以下。众所周知,谐波的危害表现为引起电气没备(电机、变压器和电容器等)附加损耗和发热,使同步发电机的额定输出功率及转矩降低、变压器温度升高、效率降低、绝缘加速老化、使用寿命缩短甚至损坏,降低继电保护、控制以及检测装置的工作精度和可靠性等。谐波注入电网后会使无功功率加大,功率因数降低,甚至有可能引发并联或串联谐振,损坏电气设备并干扰通信线路的正常工作。无功功率较低导致能耗加大,同时由于电动钻机的动力主要来自于自备柴油发电机组,功率因数偏低更是加大了柴油消耗,因此提高发电设备的利用率,进一步降低能耗是目前需待解块的问题。为响应国家节能减排的号召,同时节约钻井生产成本,在直流电动钻机电控系统中加配无功补偿装置已势在必行。

2 加装无功补偿及谐波治理装置的作用

石油钻机加装无功补偿的作用主要体现在以下4个方面:

(1)通常由于功率因数较低,无功电流较大,一台柴油机组可以提供足够的有功功率,但由于此时无功电流已超出了一台发电机的额定电流容量,因此必需开动两台柴油发电机组。在加装无功补偿装置后,无功电流可由无功补偿装置提供,可少开一台柴油发电机组,从而降低了多开一台车的损耗。

(2)使柴油机工作在低燃油消耗率区域。CAT3512B在额定功率时,燃油消耗率为213克/千瓦小时。

(3)由于谐波会缩短设备使用寿命,因此在进行无功补偿的同时,对谐波进行抑制,从而减少谐波造成的设备损坏。

(4)由于无功电流流过供电电路时,会产生大量的热量,加大能耗。加装无功补偿装置后,降低了供电变压器及输送线路的损耗,提高供电效率,改善供电环境。

3 常用无功补偿装置的分类

3.1 接触器投切电容器(MCS)

采用接触器投入切出电容器与电抗器的串联回路,在进行无功补偿的同时,也对谐波进行抑制,适用于较平稳负荷,投入切出不需太频繁的场合。

3.2 晶闸管投切电容器(TSC)

采用晶闸管投切电容器与电抗器的串联回路。比上面MSC型在工作的可靠性、寿命及响应时间等有所提高,可适用于投入切出频繁的场合。

3.3 固定电容器+晶闸管控制电抗器(FC+TCR)

采用开关投入电容器与电抗器的串联回路(FC)对无功进行全补偿,同时对预定的谐波进行抑制。另外通过晶闸管控制电抗器(TCR)动态连续的调整无功,适用于变化性质的负荷以及谐波较为严重的场合。

3.4 有源型谐波抑制及无功补偿装置(APFC)

采用可关断电力电子器件,计算机控制及PWM技术,是目前最先进的谐波抑制和无功补偿方案。造价较高,主要用于对供电质量要求较高的场合。

4 方案比较及选择

表1说明各种补偿装置之间的比较。

从表1可以看出TSC方案结构相对简单,造价相对较低,适合电动钻机的负荷特性。综合以上各种因素,最后决定选用TSC型,该类型即可满足钻井生产无功补偿的需要,同时成本又相对较低。

5 装置在石油钻机上的应用

该装置的组成及工作原理如图1所示。

5.1 主电路的组成

系统主电路由一面进线开关控制柜及四面5、7、11、13等次谐波的动态滤波及无功补偿柜等组成。容量分配为624kvar、624kvar、312kvar、156kvar。该动态滤波无功补偿装置采用分组滤波补偿的方法。电容器容量根据实际所需补偿容量的大小分为若干小组,每组为角内控制的三角形接法,三角形的每条支路由滤波电抗器、滤波电容器、反并联的晶闸管组和RC吸收电路组成,由晶闸管控制电容器的投切。每条支路为一LC参数,使各组的每条支路分别在某次谐波频率处产生谐振,这种串联谐振呈现的阻抗最小,所以该次谐波电流绝大部分就会流入这一滤波电路,很少流入电网,从而达到滤除该次谐波的目的。

由于各组的LC支路对50Hz工频而言都呈现容性,所以在实现滤除各次谐波的同时,又可向用户负载提供容性无功功率。由于装置提供的容性无功功率的大小是根据用户的实时需要提供的,所以可以使用户负载与电网交换的无功功率减小到限定的范围之内,从而改善用户的功率因数,抑制由于无功冲击引起的电压闪变及电压波动。

5.2 控制电路的组成

控制电路用于控制可控硅的导通以实现电容器组的投切。上述过程是在智能无功功率监控终端采集实时数据的控制之下,决定投切电容器的容量和最佳的投入时刻,从而为系统提供了近似连续可调的容性无功功率和实时动态补偿。

5.3 技术特点

(1)TSC型无功补偿装置采用工业级微处理器芯片和交流采样技术,实现了实时数据采集、通讯、电网谐波分析和无功功率补偿等功能。

(2)采用晶闸管无触点自动投切,无噪音,能连续频繁投切滤波器组而不影响开关寿命和电容器寿命。

(3)快速检测系统的无功功率,根据系统所需的无功量进行快速实时补偿。

(4)可利用LCD液晶屏显示,实时显示系统电压、功率因数、投入系统的滤波器组数、补偿电流等数据。

(5)动态响应时间快,响应时间不超过20 ms。

(6)投切时无暂态冲击,无合闸涌流,无电弧重燃,无需放电即可再投。

(7)保护功能齐全,具有过压、欠压、过流、欠流、过热、掉电等保护功能,运行可靠性高。装置设有多级保护,保护开关使用高性能断路器,确保补偿装置在任何情况下不会影响钻井供电系统正常供电。

(8)分多级补偿,保证了补偿精度,确保钻井供电系统功率因数达到0.92以上。

(9)模块化构成,各个补偿柜可独立工作,互不影响,某一补偿柜出现故障后,其他补偿柜可正常工作。

6 使用效果

该套系统在ZJ50D钻机施工的2000米至3000米井段使用二个月,设备状况良好,在钻井生产的各种工况下均能正常工作,功率因数从0.4到0.5之间补偿到0.9以上,从而大部分时间只需开动一台发电机组,大大提高了设备利用率。

从以上图中可以看出电流波形基本恢复为正弦波,电压波形换向缺口明显减小。谐波含量明显降低,达到国家标准。

7 经济性分析

由于选用了TSC型方案,在满足了钻井生产的需要的基础上,投资成本相对较低。

石油钻井施工的大多数时间只需开动一台柴油发电机组,因此可少开一台发电机组。由于CAT3512B的空载油耗为70L/h,少开一台发电机组每天至少可节约燃油1480L。

由于少开一台发电机组,从而节约了设备的配件、维修及保养费用,每年大约可节约10万元左右。

基本消除了谐波的危害,大提高了设备的使用寿命,减小了设备故障停机率。

由于少开发电机组,大幅降低了废气排放,减小了噪音污染。

由于采用了无功补偿装置,使功率因数及谐波含有率满足了国家标准,为今后加装网电设备打下基础。如今后采用国家大电网供电,能源消耗成本将会减少为现在的一半。

摘要：由于石油电动钻机功率因数较低,同时还产生大量的谐波,为提高电能质量,保障设备安全运行,降低能耗,提高电气设备利用率,需加装无功补偿及谐波治理装置。TSC型补偿装置,可满足钻井生产无功补偿的需要,同时投资成本又相对较低,经济效益明显,适用于石油钻井行业。

关键词：石油钻机,无功补偿,谐波治理

参考文献

篇4：轧机的无功补偿及谐波治理的

【关键词】电炉;谐波;无功补偿

1.谐波对供电系统的影响

大量高新技术企业对供电质量和可靠性具有严格的要求。在大型机器制造厂，0.1s的电压突降就可能造成异常的生产状况和质量破坏;几分之一秒的不正常供电就可能使当今自动化设备控制的连续精加工生产线造成大规模的混乱，其损失是难以估计的，这些用户对不合格电力的容许度只有1～2周波。总之非线性负荷产生的畸变波-谐波污染对电网电力设备的危害是极其严重的，主要表现在如下几个方面：（1）导致中性线电流过大，造成中性线发热甚至发生火灾;（2）加大线路损耗，使电力电缆过热、绝缘老化，电力电缆产生过负荷或过电压;（3）大大增加电网发生谐振的可能，谐振产生的过电压和过电流会引起更严重的事故;（4）变压器产生发热，损耗增加，同时降低变压器容量;（5）损害电网中的敏感用电设备;（6）使电容器过载发生，加速电容器老化和损毁;（7）对继电保护和自动控制装置产生干扰和造成误动作或拒动，造成区域性停电事故;（8）畸变电流在旋转电绕组中流通，使电机产生附加功率损耗而过热，产生脉动转矩和噪声;（9）引起计量仪表，特别是感应式电能表產生计量误差;（10）对通信、电子设备产生干扰。

由于现有技术的局限性，电炉存在生产率降低和电能质量得不到保证的问题。作为一种特殊的非线性冲击负荷，在冶炼过程中，会产生大量谐波、负序电流，产生无功冲击并导致电压波动和闪变，冶炼功率因数低等电能质量问题，降低供电系统的可靠性，危害其他设备的安全运行，也影响电炉自身的产量、质量，使电耗、电极消耗增大，从而成为电网的主要公害之一。因此必须采取综合治理措施，提高供电电网的电能质量，达到国标和电业管理部门的规定，是决定电炉（如LF炉、电弧炉等）是否被允许生产和能否正常安全生产的关键因素。因此，积极有效地治理谐波，已经成为越来越紧迫的技术课题。

2.电炉应用企业节电无功补偿及谐波治理的措施

无功补偿方式很多，目前大部分采用并联电容器，由于电容器是静止的，具有无噪音、消耗量小、安装方便等优点，因此应用的比较广泛。在本行业大多采用电容器高压侧补偿或在炉前进行低压补偿这两种方式。

2.1高压集中补偿

高压集中补偿是将电容器安装在变电所（开关站）的35KV（66KV）或10KV的母线上，这种补偿方法只能补偿母线电源侧线路的无功功率，而对变电所（开关站）及变压器负荷侧的无功得不到补偿。其向量分析如下图所示。

2.2低压集中补偿

电炉的低压补偿装置，是将电容器安装在冶炼变压器的低压出线端短网上，这种补偿装置较高压补偿范围向后移到变压器的二次出线端，把变电所母线至变压器之间的线路和冶炼变压器的无功功率进行了补偿。这种补偿装置虽然比高压补偿扩大了范围，对改善供电质量起到了一定作用，但是目前常用的方法是将电炉变的二次低压通过一个升压变压器升高到上一级电压供补偿电容器用，这种补偿方式需要增加一台升压变压器，电容室，电抗器，放电线圈，冶炼变压器至升压变压器之间的铜管和维修工作量。

电炉变压器的二次电压一般来说只有120伏～200伏左右，但某些电炉变压器的二次电压在240伏～390伏之间，而电流则高达几万安培，从变压器二次出线端至电炉电极短网的感抗很大，电压降高达20伏以上，无功损耗占的比例也很大，但这一段且未在低补范围内。

2.3炉前低压补偿

炉前低压补偿是将电容器安装在短网和电极铜瓦之间，它可以补偿铜瓦前所有高低压线路和变压器的无功压降，从上图可以看出，它的补偿范围大，效果好，是电炉无功补偿的优选方案。

3. 经济效益分析

3.1补偿后效能

综合补偿后主要效能：吨产品平均降低电耗1%～3%;在一次电流减小的同时提高有功功率，增加产量8%～10%;消除冶炼系统电流谐波和三相功率不平衡，优化冶炼系统电能质量;提高功率因数，月功率因数罚款改变为月奖励;提高产品合格率;增大炉前变压器出力和过负荷能力。

3.2经济效益

3.2.1降低变压器的占有率。通过低压滤波无功补偿装置可降低变压器的占有率，变压器的电流下降，扩充变压器容量，充分发挥投资效率，减轻变压器长期超负荷的负担，延长了变压器的使用寿命，减少了日常维护费用。为企业创造了较大的效益。3.2.2降低有功损失。电炉变压器通过加装低压滤波补偿装置后线路中的无功电流大大减少，从而大大减少了有功损失，降低了变压器有功损失（铜损）及降低线路损失。变压器的损耗中的铜损和实际运行电流的平方成正比，所以电流的降低，变压器的有功损耗一定随之下降。线损降低率与变压器铜损降低率是29%，大大节省了线路损失，减少了系统中的有功损失，节省了电能。3.2.3治理谐波所产生的效益。滤除谐波，改善用电环境，提高产品质量，确保了设备正常运行。当系统存在谐波时：会增大有功损耗。谐波使设备绝缘强度降低，减少设备的使用寿命。谐波是变压器产生噪音的重要来源。谐波会增大变压器、电动机的涡流损失。由于集肤效应，谐波会增大线路、变压器的阻值，变成√h倍，这样大大增加了线路损耗，给企业造成了浪费。通过谐波治理，给企业创造了经济效益。3.2.4改善电压质量。在线路中电压损失△U的计算如下：△U=（P*R+Q*X）/1000U，当线路中的无功功率Q减少以后，电压损失△U也就减少了，从而稳定了线路电压，提高电压质量。3.2.5消除力率电费。电炉变压器未投用滤波及补偿装置前功率因数平均为0.8左右，功率因数没有达到国家标准。功率因数小于0.8时罚款比例为直接电费的5%，通过安装滤波补偿装置可消除力率电费。功率因数超过0.9，还会产生奖励电费。

4.结束语

电炉变压器安装低压滤波补偿装置后消除了力率电费，改善了电压质量，延长了设备的使用寿命，减少了设备日常维修费用，提高产品质量，减少投资等间接效益。

作者简介

篇5：轧机的无功补偿及谐波治理的

[摘要]供配电系统中谐波的危害已经广为人知，本文就煤矿供配电系统谐波的成因与危害做了简要探讨，并提出了一些针对性的治理措施。

[关键词]煤矿 供配电系统 谐波

供电质量包括系统电压、频率的合格率，峰值、超限电压持续时间、停电时间，以及电网谐波含量等诸多方面。其中谐波问题一直是主要的电能质量问题。谐波广泛存在于供配电系统各个环节，谐波电流会在公用电网引起电压畸变，也会对企业内部电网其它电气设备产生不利影响，甚至造成危害。治理好谐波，不仅能降低电能损耗，而且能延长设备使用寿命，改善电磁环境，提高产品的品质。

在一个理想的交流电网中，各相电压随时间作周期性变化，并且呈正弦波形，煤矿企业或其他用电企业，都非常希望电压保持理想正弦波形。但是实际上由于某些具有非线性特性的电网元件的影响，使电网电压偏离正弦波形，特别是近年来电力电子装置在我国煤炭工业中的应用日益广泛，煤矿供配电电网中愈来愈广泛地使用变频设备、整流设备等电力半导体装置。电力半导体装置是非线形负载，其电压、电流波形实际上不是完全的正弦波形，而是不同程度畸变的非正弦波。根据傅立叶级数分析，可分解成基波分量和谐波分量。谐波主要由谐波电流源产生，当正弦基波电压施加于非线性设备时，设备吸收的电流与施加的电压波形不同，电流因此发生畸变，谐波电流注入到煤矿电力系统中，这些非线性设备就成为煤矿电力系统的谐波源。

一、煤矿供配电系统中谐波的原因和危害

煤矿供配电系统中的主要谐波源是含半导体的非线性元件，如为矿井提升机、通风机、主排水泵、带式输送机、架线式电机车等设备节能和控制用的电力电子设备，诸如各种变频器、交直流换流设备、变流器、整流设备等。煤矿供电网络谐波的危害主要是造成电网的功率损耗增加，设备寿命缩短，接地保护功能失灵，遥控功能失常，线路和设备过热等，还会引起变电站局部的并联或串联谐振，造成电力互感器，变电站系统中的设备和元件产生附加的谐波损耗，使造成供电网络设施损坏、元器件老化，造成电子保护装置误动作，增大附加磁场的干扰等。

当谐波电流流经变压器时会导致铜损和杂散损耗增加，谐波电压则会使铁损增加。还可导致变压器的基波负载容量下降，效率降低以及变压器铁芯振动，噪声增加寿命缩短；谐波电流和电压会造成电动机铁损和铜损的增加引起额外温升，导致电动机效率降低，同时还产生附加转矩增加噪声，造成电动机振动而降低使用寿命；谐波会造成电容器过电流，使电容器与供配电系统产生并联谐振或串联谐振，这将造成电容器迅速发生故障。同时，电容器会放大谐波，增大谐波对矿井供配电系统的影响；在导体中非正弦波电流与具有相同方均根值的纯正弦波电流相比，会引起额外温升，减小额定载流量，引发导体绝缘破坏或烧毁；此外，谐波会对通讯和信息系统产生干扰，降低信号的传输质量，不仅影响声、像的清晰度和信息传输的准确性，严重时还会造成设备损坏，危及人身安全；另外，矿井供配电系统中的谐波电压和电流，会导致供配电系统中各类保护及自动装置产生误动或拒动，破坏微机保护、综合自动化装置，还会使仪表和电能计量出现较大误差，谐波如果不经过治理直接进入上级电网，将会给电网带来严重的谐波污染。

二、煤矿供配电系统谐波治理

鉴于谐波存在多方面的危害，对矿井安全生产和生活存在很大隐患，根据国家对谐波污染的治理要求，采取必要而有效措施，避免或补偿已产生的.谐波尤为重要。在矿井供配电系统中，应积极采取消除或抑制谐波危害的防范措施。

1、电力电缆的选择。在矿井供配电系统电力电缆截面的选择中，应考虑谐波引起电缆发热的危害。对于连接谐波主要扰动源设备的配线，确定电缆载流量时应留有足够裕量，必要时可适当放大一级选择电缆截面。

2、合理选择变压器。正确合理地选择变压器的接线方式，能阻止不平衡电流和3N次谐波电流从原边传到电源配电系统中。在三角形/星形变压器里，不平衡电流和3N次谐波电流在原边绕组内循环流动而不会传入电源配电系统中。矿井供配电系统中各级变压器应多采用三角形/星形变压器。在根据负载确定电力变压器额定容量时，应考虑谐波畸变而留有裕量。在矿井设计中一般应保证变压器负荷率在70%～80%，该裕量可防范谐波引起的变压器发热危害。

3、无功补偿电容器的配置。在有谐波背景的矿井供配电系统中，不能采用常规的补偿系统来进行无功补偿。为避免电容器组与系统产生串联谐振或并联谐振，必须采用调谐式电容器组。调谐式电容器组即在补偿电容器中加串调谐电抗器。电抗器的主要作用是避开谐波电流可能出现的频率。这种电抗器被称为调谐电抗器，带有这种电抗器的电容器组则被称为调谐电容器组。使用调谐电容器组的目的不是为了显著地降低谐波畸变，而是为了确保电容器组不会因为诸如系统阻抗、投入段数、系统配置、负荷状况等原因而发生谐振。

4、谐波补偿装置进行补偿。对矿井中的主要谐波源，如：大功率提升机、通风机、带式输送机的变频设备，在运行过程中会引起较严重的高次谐波污染。为了拟制变频器在运行中产生的谐波，需增加谐波补偿装置，使输入电流成为正弦波。传统的谐波补偿装置是采用LC调谐滤波器，它既可补偿谐波，又可补偿无功功率。但其补偿特性受矿井供配电系统阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧坏。另外，它只能补偿固定频率的谐波，效果不甚理想，但该装置结构简单，目前仍被广泛应用。电力电子器件普及后，运用有源电力滤波器进行谐波补偿将成为主要方法，有源滤波器的工作原理是从补偿对象中检测出谐波电流，然后产生一个与该谐波电流大小相等、极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含有基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响。

参考文献：

[1]刘燕燕，亓跃峰、电网谐波危害分析及在煤矿生产中的应用[J]、现代电子技术， ， （18）、

篇6：轧机的无功补偿及谐波治理的

煤矿开采自动化程度的日益提高, 虽然提升了煤矿的生产效率和安全生产水平, 但是同时也带来了严重谐波污染问题。谐波不但对各种电气和电子设备带来了危害, 增大了企业经营风险, 而且造成附加损耗增加, 增大了企业运行成本。谐波还会对固定式无功补偿设备带来严重危害, 造成无功补偿设备出力减少。因此, 在治理煤矿谐波污染的同时, 对无功功率进行动态补偿十分必要[1]。混合型滤波器在消除谐波污染的同时, 可以动态调节无功补偿量, 该装置能在电压较低时输出容性无功, 在电压较高时输出感性无功。把混合型滤波器应用在煤矿电网, 能抑制冲击负荷引起的谐波和电压波动, 有利于暂态电压恢复到稳态电压水平, 对于煤矿安全生产具有非常重要的意义。

1 谐波及无功缺失对煤矿的危害

大量非线性负荷接入煤矿电网, 会产生高次谐波, 高次谐波和基波相互叠加, 将使电网电压发生畸变, 降低电能质量。谐波的危害有:a) 由于谐波的集肤效应明显, 造成线路损耗增加, 直接增加了煤矿企业的电费;b) 对变压器和电动机危害很大, 会产生附加损耗, 造成变压器和电动机温升增加, 出力下降;c) 产生噪声和过电压, 加速变压器和电动机绝缘老化, 影响变压器和电动机的寿命, 甚至会损坏矿用变压器和电动机;d) 降低断路器的遮断性能, 引起电弧重燃, 造成短路事故, 甚至引起断路器爆炸;e) 危害井下通信, 当通信线路与供电线路距离很近时, 产生的噪声会降低通信质量, 甚至引起信息丢失, 使通信系统无法正常工作;f) 引起保护装置误动或拒动。产生误动时, 会降低供电可靠性;拒动时, 会引起越级跳闸, 造成煤矿大面积停电事故;g) 引起局部并联谐振和串联谐振, 导致谐波放大, 造成电容器等设备烧毁[2]。

鉴于谐波的危害性, 在抑制煤矿电网谐波的同时, 动态补偿煤矿电网的无功功率, 不但可消除谐波危害, 而且提高了供电质量和功率因数, 减少了电能损耗, 确保了电网电压稳定, 提高了煤矿电网安全水平。

2 常用的煤矿谐波治理和无功补偿设备

以前, 谐波治理和无功补偿往往是分开进行的, 谐波治理主要采用无源滤波器和有源滤波器。无源滤波器由电感和电容组成, 该滤波器原理简单, 不需要外接直流电源, 可靠性较高;缺点是只能消除固定的谐波次数, 受电网系统参数影响较大, 容易与其它滤波回路发生谐振, 对无功补偿效果不大。有源滤波器不但可以对谐波进行动态治理, 也可以对无功进行动态补偿, 不受系统结构变化影响, 响应比较迅速, 既可对一个谐波源和无功源单独进行补偿, 也可对多个谐波源和无功源集中进行补偿, 但有源滤波器成本较高, 限制了它的大规模应用[3]。

对煤矿电网进行无功补偿, 常用的无功补偿装置主要有并联电容器组、静止无功发生器、静止无功补偿器等, 并联电容器投资少, 维护方便, 但只能补偿感性无功, 容量无法连续调节, 还容易与电网阻抗发生谐振而将谐波电流放大, 且体积庞大, 占用面积太多[4]。静止无功发生器通过改变组合电容器和电抗器所吸取的无功电流来控制电压, 既可提供滞后的无功功率, 又可提供超前的无功功率, 调节速度快, 运行范围较宽, 受电力电子器件的耐压水平和容量限制比较厉害[5]。

3 煤矿谐波治理和无功补偿方案

考虑到煤矿非线性负荷多, 且负荷变动特别大, 不适宜采用固定容量进行无功补偿, 加上谐波治理装置需具有一定的补偿裕量, 如果要想滤除不同次数的谐波, 同时进行动态无功补偿, 就需要综合考虑。单独使用无源滤波器虽然成本低, 但滤波次数有限, 并且不能根据负荷变化进行动态无功补偿, 易发生谐振, 不能满足煤矿供电节能性及安全性等需求。单独使用有源滤波器虽然效果不错, 但造价高。

为了降低煤矿谐波危害和无功补偿装置的投资, 本文采用有源滤波器和无源滤波器的组合 (混合滤波器) 进行治理。混合滤波器由并联有源滤波器与无源滤波器串联而成, 首先用大容量无源滤波器滤除主要谐波, 然后用小容量有源滤波器滤除其它各次谐波, 以达到降低成本和提高效率的目的。

4 实例分析

随着大型非线性设备在煤矿应用得越来越多, 加上设备频繁启动, 造成的谐波及无功危害越来越严重。混合滤波器能迅速滤除各种谐波并动态补偿无功, 且容量能够平滑调节, 能避免欠补或过补。至于补偿装置的设置问题, 为了从技术上和经济上更加合理, 应将大容量冲击性负荷集中在某段母线进行供电, 在该段母线上装设混合型无功功率补偿及滤波设备, 并在滤波器上设置3个滤波通道, 分别滤除5次、7次、11次滤波, 而将该段母线上原有滤波及无功功率补偿设备改接在另外一段母线上, 以解决另外一段母线上的滤波和无功补偿问题。

改造前, 煤矿电网的功率因数大概在0.65~0.78之间, 远远低于功率因数0.9, 2010年1月到5月每个月的电费、功率因数、增收系数及罚款数额如表1所示。

从表1可看出, 由于谐波污染和无功缺失, 1月至5月平均每月多支出电费都在10×104元以上, 增加了煤矿经营成本。

改造后, 6月到10月每个月的电费、功率因数、减少系数及奖励数额如表2所示。

从表2可看出, 伴随着混合滤波器的应用, 功率因数达到了0.9以上, 节省了大量电费。除此之外, 由于延长了电气设备使用寿命, 提高了煤矿生产安全水平, 这个效益是无法估算的。

5 结语

介绍了煤矿谐波及无功缺失的危害, 分析了常用煤矿谐波治理和无功补偿设备的优缺点, 经过综合比较后, 采用了混合滤波器进行谐波和无功的综合治理。实际应用表明该方法消除了大量谐波, 提高了供电质量, 直接提高了煤矿安全生产水平, 节省了大量电费, 也提高了煤矿企业经济效益。

参考文献

[1]白丽华, 李荣生.煤矿供电系统的无功功率补偿及谐波治理[J].煤矿机电, 2013 (3) :93-95.

[2]张志强.煤矿供电系统无功功率和谐波治理[J].电力学报, 2009 (4) :306-310.

[3]罗安.电网谐波治理和无功补偿技术及装备[M].北京:中国电力工业出版, 2009.

[4]杨意.基于SVC的煤矿井下低压无功补偿及谐波治理[D].山东:山东科技大学, 2012.

篇7：钢铁企业的无功补偿与谐波治理

【关键词】冶金企业；无功；谐波；防治；效益

1. 概述

电力系统中大量的负荷是电感性的，因此我们将吸收感性无功功率的负荷称为“无功负荷”，而将吸收容性无功功率的设备称为“无功电源”。无功补偿就是吸收或供给适度可变的无功功率，以改善交流电力系统的供电质量。冶金设备具有容量大、大部分为感性负载、电流冲击大、起制动频繁、快速性、自动化程度高、工作连续性等特点，是用电的大户。用电设备大量使用直流电动机和变流器驱动、交流电动机变频调速驱动、变压器、电抗器、电力电子装置等非线性负载。

2. 常用的无功补偿的方法和作用

企业常用同步补偿机、同步电动机、同步发电机、并联电容器、静止无功补偿装置、静止无功发生器。通过无功补偿，可以提高供电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗；稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。在长距离输电线中合适的地点设置动态无功补偿装置还可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力。在电弧炉炼钢、轧机等三相负载不平衡的场合，通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功及无功负载。

3. 谐波的产生及危害

（1）谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解得到的大于基波频率数倍的各次分量，通常也称为高次谐波。每个谐波都具有不同的频率、幅度与相角。谐波可以分为偶次与奇次谐波，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。

（2）谐波源是指向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备，其中主要的谐波源是各种电力电子装置，如整流装置、交流调压装置。电压源型变频器的逆变部分使用的是快速电力电子半导体器件如IGBT，使得变频器从电网中吸取的是由频率相同的基波和频率大于基波频率的谐波组成的非同期正弦波电流。

（3）造成电力系统的无功冲击、电压闪变、波形畸变及谐波危害的根源主要来自系统外部用电负荷，因此解决电力系统的无功补偿及谐波治理应首先从源头抓起，改善用电设备的自然功率因数和减小用电负荷的谐波是根本措施，同时采用人工补偿和滤波方法。

4. 无功补偿谐波治理方法

4.1设置并联电容器。

电容器大量用于电力系统的无功补偿和谐波滤波。其补偿方式有以下几种。

4.1.1就地无功补偿及滤波。

在低压负荷侧采用低压并联电容器串接电抗器对单台用电设备进行补偿。

4.1.2分散无功补偿及滤波。

对负荷分散和功率因数较低的车间变电所，采用低压并联电容器串接电抗器，安装在各个低压电气室，可减少线路损耗和提高变压器的输出功率。

4.1.3集中无功补偿和滤波。

在总降变电所或功率因数较低、负荷较大的配电室的高压母线上集中安装高压电容器组串接电抗器，如图5中的C4、L4部分。目前大中型钢铁企业普遍采用这种方式。

一般无功补偿装置同时具有谐波滤波作用。

4.2静止型动态无功补偿及谐波滤波器SVC（static var control）。

（1）静止无功补偿装置简称SVC（StaticVarCompensator）是指没有运动部件的无功补偿装置。由于使用晶闸管的静止无功补偿装置具有优良的性能，近年来，在世界范围内其市场一直在迅速而稳定地增长，已占据了静止型无功补偿装置的主导地位。因此SVC往往专指使用晶闸管的静止无功补偿装置，包括晶闸管控制电抗器（TCR），晶闸管投切电容器（TSC），以及这两者的混合装置（TCR+TSC）或者晶闸管控制电抗器与固定电容器的混合装置（TCR+FC），晶闸管控制电抗器与机械投切电容器的混合装置（TCR+MSC）等。

（2）SVC的作用在于保持系统电压稳定，减少电压闪变；吸收动态无功功率，减小损耗；提高功率因数；吸收高次谐波，减少谐波公害；补偿三相负荷的不平衡特性；提高供电系统的动态和静态稳定性，保证供电质量。

4.3LC无源滤波器。

LC滤波器也是无源滤波器，是抑制滤波的一种传统、常用的方法。是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的滤波装置，与谐波源并联使用。这种方法即可补偿谐波，又可补偿无功功率，而且结构简单，一直被广泛使用。这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。

4.4有源滤波器APF（active power filter）。

有源电力滤波器是一种新型动态无功补偿滤波装置，由自关断电力电子器件构成。与无源滤波器的最大区别在于，它向交流电网注入补偿电流，其幅值与负载注入电网的谐波电流的大小相等，相位差180°，以抵消负载所产生的谐波电流。它由静止功率变流器构成，具有电力电子变流器的高可控性和快速响应性，能有效地解决无源滤波器存在的缺点，是电力系统无功补偿谐波治理的发展方向。

5. 冶金企业的无功补偿及谐波滤波技术

钢铁企业的用电设备，按工艺大致可分为高炉、转炉或电弧炉、初轧、热带连轧、棒线材连轧、冷轧及有色金属电解等，普遍采用直流电动机晶闸管变流器供电或交流电动机变频调速，普遍存在无功冲击大，功率因数低，谐波含量大，电压波动和闪变，电力损耗大，吨钢耗大等问题。为此，普遍对用电设备应用多重化多相变流技术和设置无功补偿及谐波滤波器，对改善电网供电质量、节省电能、提高用电设备出力、降低吨钢耗起到了积极作用。轧机、电弧炉等冶金设备使电网电压发生波动和闪变，三相不平衡，电网功率因数低，线路损耗增加，谐波含量超标，已造成谐波公害，严重危害电力系统的安全运行和电气设备的安全经济运行。因此，解决好电力系统的无功补偿和谐波治理问题对于保证电力系统电能质量及安全运行、降低损耗、提高用电设备出力等具有重要意义。

5.1隔离干扰源，减少谐波侵入。

针对电控系统，我们采取了隔离的方法。所谓隔离干扰，是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，便它们不发生电的联系。首先我们将变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立。在变频器的输入侧安装隔离变压器，切断谐波电流。其次我们将电动机和变频器之间的电缆全部加穿钢管敷设。

5.2改造电力电子装置，减少谐波含量。

针对除尘风机等大力率用电设备进行了改造，增加辅助控制来减少或消除谐波，主要采用的技术方法有：

（1）在变频器交流输入侧设置交流电抗器，增大整流阻抗使整流重叠角增大，减小高次谐波。

（2）在整流桥和滤波电容之问串联直流电抗器进行滤波，提高功率凼素。

5.3安装电力滤波器，提高滤波性能。

为了降低变频器输出的高频电压强度或改善电磁兼容性能及电机的运行工况条件，净化电网，电力滤波器能有效地抑制谐波的传导干扰。滤波器一方面起到改善电网的平衡度，提高传动系统的性能，维护电机的使用周期，另一方面也保证了电机稳定运行，满足生产的要求。为了抑制谐波，可以选择在电源与变频器输入侧之间加装滤波器。通过仿真和实验数据，，它具有以下主要功能作用：

（1）增大输入阻抗来有效抑制高次谐波电流。

（2）减少电源浪涌对变频器的冲击。

（3）减少三相电源不对称对变频器的影响，提高输入电源的功率因数。

（4）降低进线电流的波形畸变率。也可以选择在变频器输出侧安装滤波器，它具有以下主要功能作用：降低变频器IGBT开关时的电压峰值及du/dt值；减少电缆容性充电电流，增加电缆的临界长度。

6. 结束语

篇8：轧机的无功补偿及谐波治理的

利用电容器进行无功功率补偿技术来挖掘现有电力资源 (包括发电和输配电设备等) 潜力, 是一种既少花钱又见效快的节能有效措施。其通过无功补偿控制器, 根据配电系统无功功率多少或功率因数高低来控制并联补偿电容器进行投切, 原理简单、投资少、使用方便、运行经济, 可以保证电压合格率和合理的功率因数。

但随着科学技术的不断进步, 一些新型电子设备的应用, 在大量消耗无功功率的同时还会产生一定形式的谐波。由于谐波的产生和存在, 电力电缆产生集肤效应和邻近效应造成过热, 无功补偿装置不能正常投切情况也时有发生。如接触器 (过零投切开关) 经常损坏, 电力电容器运行时间不长就漏油、击穿、鼓肚, 熔断器经常熔断等情况;当谐波注入系统电网一定量时将无法正常开启电力设备和无功补偿装置, 严重者将发生设备烧毁甚至爆炸等事故。

综上所述, 谐波对无功补偿柜及供电系统的危害越来越严重, 设计既能治理谐波问题又能进行无功补偿的方案越来越多的受到大家欢迎。然而, 很少有人注意到谐波治理及无功补偿的自身能源消耗, 而且方案不同其对能源的消耗差距也比较大。在一个提倡节能设计的社会, 当然是自身附加损耗越低, 越受用户欢迎。

1 无功补偿

1.1 正确无功补偿的意义

正确补偿无功功率, 其可以减少设计容量, 减少投资, (有谐波源负载时:其可减少谐波对补偿装置及其他设备的干扰以及对电能的消耗) , 增加电网中有功功率的输送比例, 以及降低线损。其补偿目的要达到提高和改善电能质量, 降低电能损耗起到节能作用, 进而可以减少用户电费支出。无功补偿作为配电设备的主要设备之一, 其作用是不可替代的。

1.2 影响功率因数的主要因素

功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中, 除消耗有功功率外, 还需要无功功率。当有功功率P一定时, 如减少无功功率Q, 则功率因数便能够提高。在极端情况下, 当Q=0时, 则其功率因数为1, 故提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。

2 影响无功补偿质量的主要因素

2.1 谐波及谐波产生的原因

工矿企业供配电系统中的高次谐波除来自外部电网 (称为背景谐波, 以电压的形式存在) , 谐波产生的主要原因是由于非线性负载所致, 如市政给排水工程中曝气风机、各种水泵以及搅拌器等设备的交流变频装置和直流传动装置, 这些装置都是利用电力半导体技术将工频正弦波通过整流、斩波和逆变等措施, 变成直流或频率可调的交流电。当电流经负载时与所加的电压不呈线性关系就形成非正弦电流, 即有谐波电流产生。

2.2 谐波的含量及危害

由于谐波的产生将改变电源原由50~60 Hz的电压性质, 从而产生附加的谐波损耗, 使变配电和用电设备效率降低, 加速电缆绝缘老化而使其容易被击穿, 影响自动化装置动作的准确性, 对通信线路和控制信号造成电磁及射频干扰等。

按有关规定, 谐波的含量大于15%为严重污染电力网, 在这种情况下一般电器都无法正常工作, 这就必须采取谐波治理措施;电力网谐波含量在8%~10%为中度污染, 这时一般用电设备还可以工作, 但对于特殊用电设备就不能正常工作了, 如无功补偿装置就是此种情况, 向电力网投切的一般电力电容器没有抗谐波功能, 如果此时电力网谐波含量在8%~10%以上投入电力电容, 那么电力电容将在谐波的作用下发生谐振, 并在电容内部产生数倍于额定电流的谐振电流, 于是就会发生无功补偿装置在运行很短的时间内电力电容器就被击穿而失去电容容量, 谐波的干扰也将使无功补偿装置中的小型断路器 (熔断器) 、接触器 (复合开关、可控硅调节器) 、热继电器等电器保护元件过热、失灵、熔焊、误动作、接地保护装置功能失常, 由于上述情况的出现将严重影响无功补偿质量。

针对现行设备 (谐波源) 的用电要求, 必须应用新的技术, 在治理谐波的同时进行无功补偿。

3 谐波治理与无功补偿自身电能消耗

目前国内及国际相关应用技术主要分为以下几种:有源滤波补偿方式、无源滤波补偿方式、有源与无源混合滤波补偿方式、其他创新滤波补偿方式。

不同的谐波治理无功补偿方案其自身能源消耗差异较大:以无源滤波无功补偿的主要元件 (电抗器) 与创新式滤波无功补偿的主要元件 (削峰扼流器、消谐阻抗器) 其消耗电能进行比较。

3.1 无源滤波无功补偿主要元件消耗功率

图1所示为无源滤波补偿方案图。

以总补偿容量为300 kvar为例:在补偿电路中, 系统电压为0.4 k V, 电力电容支路投切容量为30 kvar共10路 (备注:无源滤波中的主要元件电抗器使用在0.4 k V电路中, 一般压降在3 V以上) , 以最低3 V计算每个支路每小时消耗的电能为:

本公式计算结果保留一位小数精度。

按上述补偿总容量300 kvar, 分10个支路每天工作10 h, 每年按300天计算其消耗电能为:W=389.7×10×10×300=11 691 k W·h。

如若按现在工业电价计算电费为 (备注:工业用电电费每度为0.882元) :11 691 k W·h×0.882元=10 311.462元 (保留两位小数) 。

通过上述计算, 每年无功补偿的部分元件自身电能消耗及电费支出是相当惊人的。

3.2 创新式滤波无功补偿

如图2所示, 在同等情况下对消耗电能进行计算:创新式滤波元件中的主要元件为FG削峰扼流器+ZK谐波阻抗消谐器在0.4 k V电路中, 一般压降在0.02 V以下, 以最高0.02 V计算, 每个支路每小时消耗的电能为:

本公式计算结果保留一位小数精度。

按上述补偿总容量300 kvar, 分10个支路每天工作10 h, 每年按300天计算其消耗电能为:W=2.6 W·h×10×10×300=78 k W·h。

如若按现在工业电价计算电费为 (备注:工业用电电费为每度0.882元) :78 k W·h×0.882元=68.80元 (保留两位小数) 。

通过上述计算结果显示, 创新式的滤波补偿对电能的消耗是极少的。

经过上述两种方案对比, 可以明显看出, 无源滤波的主要元件 (电抗器) 的能耗与创新式滤波元件中的主要元件 (FG削峰扼流器+ZK谐波阻抗消谐器) 的电能消耗相差很大, 支出的电费也很多。

4 结语

无功补偿装置已经成为各级配电系统中不可缺少的主要设备之一, 但随着非线性负载设备的使用越来越多, 这些谐波源的负载对无功补偿设备的危害也越来越大。谐波是引起电能质量问题的最重要因素, 要解决谐波问题又能挖掘电力潜力, 就必须设计滤波补偿方案;在确定方案前, 一定要了解电网以及产生谐波的负载情况, 即负载源会产生几次谐波、谐波污染程度、电流和电压的畸变情况, 有针对性的设计方案。只有在长期工作中积累经验, 妥善设计, 因地制宜地采用最合理的方案, 谐波问题才能得到解决, 选用正确的谐波治理补偿方案, 不仅治理了电网的谐波问题, 同时也提高了电能质量, 减少了电费的支出, 应用正确的谐波治理补偿方案, 对提高无功补偿质量, 净化电网环境有着重要意义。针对电网系统谐波的含量及不同奇次谐波的治理, 现阶段使用较多的滤波补偿方案, 但真正的效果并不很理想, 其投资成本较大而且对电能的消耗也很多。

篇9：轧机的无功补偿及谐波治理的

【关键词】配电系统 谐波治理 无功补偿优化设计

电力系统具备稳定的储备和有功、无功容量，才能维持系统良性运行，在额定电压和频率之间向用户提供电能。随着电力系统不断扩大规模，用电设备的增加给配电侧电能质量带来很多问题，如10KV配电线路由于使用年限过长而导致的线损情况、配套变电站由于从建设到运行后，数量逐渐变少的问题，部分线路的输送距离超出配电线路的最大负荷容量的问题，线路的末端电压增加的问题等。对于10KV配电网电能质量，改善配电网的谐波问题、进行无功补偿设计优化已经成为迫在眉睫的课题。

一、无功补偿的工作原理

阻感性负载是电力系统的重要组成，多见于厂房中的变压器、电抗器、民用设施中的电冰箱、空调等，这些电器设备的等效电路如图所示：

图（a）中，电流iRL 表示流经R-L串联电路的电流；，电流ic表示流经并联电容补偿器的电流。i表示电路的总电流，端口电压为u，从补偿的结果看，电压并联电容补偿功率分为欠补偿和过补偿两类。

过补偿带来的负面效应包括电容器损耗增加、线损，调节好电容器的电容补偿量就能避免补偿现象的发生。

二、无功补偿的方法

就地补偿比较适合低压配电网及设备，通过改善供电功率因数和电压质量来提高用电设备的工作质量。例如将电容器组装在电动机等设备附近，进行补偿装置的方式在配电网中目前是被一致认可并且广泛使用的。

第一，将电容器分开安装在配电木线上，由于其功率因数比较低，可以减少线损，提高终端变电所的供电质量，对低压母线等的补偿是比较有效的。

第二，将电容器组装在六至十KV母线上，以获得较高的功率因数。这种集中补偿能够保持较为平衡的无功功率。该方法可以补偿较大宽度的调节尺度和补偿容量，并且同样可以减少线损和提高功率因数。

第三，在对10KV 配电网进行无功补偿时，首先应该根据电网的实际情况来进行无功补偿方式的选择，要综合考虑无功补偿的特性、技术等。无功补偿装置对重要配电网的无功补偿方式可采用干式自愈型并联电容器，这种无功优化配置的原则，是最大程度地减小无功功率传输，特别是避免远距离传输[1]。

三、谐波的危害

谐波电流对电路的损耗是随着些波频率的高低而变化的，当波频率较高时，就会引发线损的程度加大，给电网和用电设备带来损伤甚至是事故。谐波的分布电容放大，会导致谐波电流加大，还会引发电缆的老化，增加电网的负荷；谐波还会导致电网的电压基波超过正常限值导致电晕损耗。

四、谐波治理对策

受端治理是谐波治理对策之一，常用的治理方法包括：?将谐波源从电网规划设计开始设计为较大容量的供电点或者电网供电。?利用滤波器改变电容器的串联电抗器，或者限定电容器某些支路，放大组织谐波等。?对谐波感应灵敏的设备加强保护，通过增强设备的抗谐波干扰能力改善设备性能，保证谐波环境下设备依然能正常工作。

主动治理是从谐波自身治理入手，在源头上将谐波降低或者阻止其产生。主要治理方法包括：?改变变流装置，增加变流装置的相数或者脉冲数、多脉整流或准多脉整流技术，例如如换流变压器等。?对谐波装置过于集中的地方进行分散或者交替处理，改变谐波源的配置。?将多个变流器进行联合处理，利用多个方波的叠加来消除频率较低的谐波。④利用三次倍数的谐波或者谢波源，将电流增加的矩形波形上，利用谐波的叠加注入降低给定的部分谐波。⑤采用脉宽调制技术来调整较高频率的谐波，使波形接近正弦波。⑥采用高功率因数变流器等，减少谐波的产生，降低变流器功率因数。

被动治理的方法是使用外加滤波器阻碍电力系统的谐波流入负载端，以達到阻碍谐波的产生的目的，主要的治理方法包括：?采用谐波附近的滤波器来吸收谐波电流，同时运用无功功率补偿的方式来进行补充处理。?采用并联或者串联型APF的有源滤波器来达到补偿和隔离谐波的目的。?采用混合型有缘滤波器可以形成低阻抗支路来阻抗分流回路，减小谐波电流流向电网。

五、实例分析

以某电力公司10KV线路为例，该配电网线路长度14公里，主要工业负荷为洗煤厂、石料厂等。该配电线路中导线型号为LGJ-70，没有安装无功补偿装置。该电力公司10KV配电网存在的问题包括：?线路长、负荷重；?线路末端电压低、昼夜变化大；?线损严重，谐波严重，公路因数偏低；④电容损伤严重。在对该10KV侧电压谐波等进行测量后，得出的结论是：侧电压谐波畸变率超过国际标准限值，电压偏差过大，谐波较大。

谐波治理和无功补偿优化设计方案：针对上述问题，有三种备选方案可供选择。一是采用电压器调节电压的方法；二是安装串联电容器调整电压；三是采用滤波器来调增无功电压。对该10KV 配电线路进行实地考察和综合分析后，结合线路上谐波源众多、容量大、谐波叠加情况较重等情况，决定采用滤波补偿装置的方式比较适合。通过滤波装置可以改善线路的电压波动，尤其是针对其昼夜电压变化大的情况，能够有效地取出电网谐波。同时改善电压质量，降低线损，补偿无功，提高线路功率因数。

滤波器装置的保护方式包括速断、过流、过电压保护等[2]。该10KV线路1号安装点设置在距离电源点的14公里处，2号安装点设置在距离电源点8公里处，1号安装点设备投入运行后，补偿的无功电流为114A，提高的电压为0.54KV，2号安装点设备投入运行后，补偿的无功电流为67A，提高的电压为0.2KV.两套设备使得末端电压的总体高数为0.74KV，有效地改善了末端电压较低的问题。

1号安装点在进行无功补偿后功率因数为0.95，每度电大约0.5元，按照线路公里14公里计算，每年节能损耗74万元。2号安装点功率因数在补偿后为0.96，按照线路8公里计算，每度电0.5元，每年节约电能24万元。两套无功补偿装置在节能方面可以节省98万元，大大提高了经济效益。

结语：

10KV 配电网的无功补偿和谐波治理设计及方法有很多，需要根据具体的配电网的情况，在无功补偿原理、方法，谐波问题造成的问题以及处理对策进行详细的测量、研究和讨论方可定论。本文所举10KV配电网线路的无功补偿和谐波处理的优化设计方案的实施和效果，在实际运行后证明了该方案下的无功补偿和谐波治理方案，对于提高该配电网的电能质量、电力系统经济效益方面，都具有很高的应用价值。

【参考文献】

[1]张超.变电站谐波治理及无功补偿的应用[J].城市建设理论研究，2014，（14）.