电能质量问题解决方案用户说明书.doc
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1、目录前 言1第一章 电能质量问题专家解决方案41.1 钢铁冶金行业41.2 电气化铁道及城市轨道交通行业71.3 供热行业81.4 制药行业81.5 矿业行业91.6 电力系统行业101.7 有色金属行业111.8 硅材料加工行业121.9 石化行业141.10 烟草行业151.11 水泥行业151.12 水解决行业161.13 纺织行业161.14 汽车及船舶制造行业171.15 通信行业181.16 医院、剧场、体育馆配电系统19第二章 TSVC高压静止型动态无功补偿器202.1 产品介绍202.2 基本原理202.3 系统组成212.4 技术参数212.5 技术优势222.6 选型说明2
2、32.7 应用领域232.8 应用案例23第三章 TAPF低压有源电力滤波器263.1 产品介绍263.2 基本原理263.3 系统组成263.4 技术参数283.5 技术优势283.6 选型说明293.7 应用领域303.8 应用案例30第四章 TPPF无源电力滤波器314.1 产品介绍314.2 基本原理314.3 技术参数324.4 系统组成324.5 技术优势334.6 选型说明334.7 应用领域33第五章 TPVC高压并联无功补偿器345.1 产品介绍345.2 基本原理345.3 系统组成345.4 技术参数355.5 技术优势355.6 选型说明355.7 应用领域35第六章
3、订货须知36附录一 针对电能质量问题的政策法规37附录二 南京钛能电气有限公司供电自动化解决方案产品目录38前 言 公司简介南京钛能电气有限公司是集电能质量问题综合治理及电气自动化领域的科研开发、生产和服务于一体的江苏省高新技术公司、软件公司。公司凝聚了一批数年从事电力自动化专业的技术和管理人才,所研制的设备有数万套已投入运营,最长连续安全可靠运营时间已超过十年,产品广泛应用于电力、水利、铁路交通、石油化工、煤炭矿山、冶金钢铁等行业。公司于2023年通过ISO9001:2023质量管理体系认证,2023年通过复评换证审核。公司锐意进取、开拓创新,与清华大学、华中科技大学等科研机构保持长期密切合
4、作,以先进的技术和优质的产品,致力于中国的电网纯净和电气自动化工程,为各工矿公司和电力部门的节能降耗和安全生产做出奉献。 电能质量问题解决方案研究背景随着现代工业的发展,电力负荷出现了很多新的种类和特点。一方面,电力系统中出现了很多诸如电力机车、电弧炉、轧钢机等大容量的非线性和冲击性负荷。这些负荷的存在严重恶化了电力系统的运营条件,导致了诸如功率因数低下、电压波动和闪变、三相不平衡、电力谐波问题,面临来自电力公司日益严厉的处罚制度;另一方面,以精密机械加工、工业过程自动化、数据信息解决设备等为代表的新型工业负荷在电力负荷中的比重越来越大,因恶劣的电能质量导致的生产经营损失越来越严重。表1列举了
5、各种类型的电能质量问题以及产生的因素和具体的危害。解决日益严重的电能质量问题已成为电力电子技术、电气自动化技术和电力系统领域所面临的重大课题之一,受到越来越多的关注。南京钛能电气有限公司一直致力于电能质量整体解决方案的研究。公司依托清华大学在柔性交流输电系统(FACTS)方面的雄厚技术优势,形成了具有自主知识产权的先进核心技术,并建立了科学的、完善的现代管理体制。我公司根据用户实际需要,制定最具性价比的解决方案,帮助用户解决现存的电能质量问题,在节能降耗提高生产效率的同时,为用户发明显著的经济和社会效益。目前,我公司所提供的解决方案涵盖了从0.4kV35kV之间的所有电压等级。表2列举了电能质
6、量谐波治理和无功补偿方面的重要产品概况,各产品的具体介绍可参考本书第25章内容。表 1 电能质量问题及其重要影响影响类型特性指标产生因素导致后果无功功率功率因数电机类感性负载非线性负载1、增长了无功和有功损耗;2、来自供电部门的高额罚款(功率因数调整电费),加大了公司的生产成本;谐波间谐波谐波频谱电压电流畸变率非线性负载固态开关负载1、 引发局部串并联谐振,使供电中断、电网解裂等;2、 电容器经常损坏;加速设备绝缘老化;3、 断路器灭弧时间延长,影响开断容量;4、 变压器、电动机、电力电缆严重发热;5、 导致继电保护和自动控制装置误动作;干扰电子仪表计量和通信质量;三相不对称不平衡因子三相负荷
7、分布不均匀1、 三相电压不对称;2、 影响变换器及其控制系统正常工作产生某些附加的非特性谐波;3、 导致旋转电机受到负序磁场作用产生附加振动发热;4、 负序电流和负序电压会导致继电保护装置误动或拒动;电压波动和闪变波动幅值出现频率电弧炉、电机类负载启动1、 功率因数很低;2、 导致电机负荷转矩变化,影响自动化生产线正常工作;3、 产生高次谐波,导致电压畸变。陷波连续时间、幅值调速驱动器1、 计时器计时错误;2、 通信干扰;谐振暂态波形、峰值连续时间线路、负载电容器组的投切破坏设备绝缘,损坏电力电子设备;脉冲暂态上升时间、峰值连续时间闪电点击线路感性电路开合破坏设备绝缘瞬态电压上升或下降幅值、连
8、续时间波形远端发生故障、电机启动敏感负载不能正常运营表 2 南京钛能电气有限公司电能质量治理产品产品名称电压等级重要功能合用场合典型负载TSVC静止型动态无功补偿器635kV1、 动态补偿无功;2、 克制重要次数谐波;3、 克制电压闪变和波动;4、 动态克制三相不平衡;5、 实时监测系统电能质量;6、 完善的后台系统;合用于冲击性负荷、无功波动大、功率因数低、电压波动和闪变频繁、谐波污染严重的场合电弧炉、轧机、电力机车、提高机等TAPF有源滤波器0.40.69kV1、 动态补偿无功;2、 动态克制系统所有谐波;3、 克制电压闪变和波动;4、 动态克制三相不平衡;5、 克制中性线电流;6、 克制
9、系统谐振;7、 实时监测系统电能质量;合用于负荷变化快、谐波含量高且频谱范围宽、电容器无法正常投切、功率因数低的场合变频器、大容量UPS、中频炉、铸锭炉、焊机、可控硅调光系统、大型直流电机、电梯、变频空调、精密仪器和敏感设备等TPPF无源滤波器0.435kV1、 手动/自动补偿无功;2、 克制重要次数谐波;3、 克制电压闪变和波动;4、 克制三相不平衡;合用于负荷变化较慢、某一次或几次谐波超标、功率因数低的场合整流器、单晶炉、真空炉等TPVC并联无功补偿器635kV1、 手动/自动补偿无功;2、 克制电压闪变和波动;合用于负荷变化较慢、功率因数低、谐波含量小的场合不需要经常调速的电动机负载如循
10、环水泵、风机、空压机等第一章 电能质量问题专家解决方案1.1 钢铁冶金行业钢铁行业中广泛运用了各类交直交型、交交变频的轧机、各类辊类负载、电弧炉、转炉、中频炉、矿热炉、压焊机、钢水运送车等设备,它们对电能质量影响很大,下文列举其中具有代表性的几种负载作具体电气特性说明,提供的电能质量解决方案供用户参考。 电弧炉n 负荷特性电压波动和闪变:冶炼初期,电极与炉料之间的电弧极不稳定,时起时灭,导致供电系统交替工作在开路和带载状态,电流时断时续。冶炼后期,由于下方炉料的熔化,导致上层炉料的坍塌,极易导致电极间的突发短路,电流时大时小。据记录,电炉电流的变化范围可达电炉变压器额定电流的0300%,而频率
11、范围则在0.1Hz30Hz之间。 功率因数低下:为了克制电压波动和闪变,电炉变压器的短路阻抗甚至高达30%40%,或者与串联电抗器配合使用。因此,电弧炉负荷属于典型的高感负荷,供电系统的功率因数非常低下,典型值为0.70.8,极限情况甚至达成0.1,为此,公司不仅需要面对来自电炉部门高额的罚款,并且导致冶炼期延长,生产效率减少,有功损耗增长。 三相不平衡:在熔化期,电弧炉的三相电弧各自无规则变化,导致三相电流极不对称。据记录,电炉负荷产生的负序电流正常情况下可达电炉变压器额定电流的25%,一相断弧时可达56%,两相短路并出现第三相断弧时可达86%。 高次谐波:电弧炉负荷的伏安特性呈现明显的非线
12、性关系,会向电网注入大量的谐波电流,导致谐波污染。据记录,电弧炉的谐波电流成分要为27次,其中2、3次最大,其平均值可达基波分量的5%10%。n 推荐方案:TSVC静止型动态无功补偿器根据实测或者估算的补偿容量选择TSVC静止型动态无功补偿器 (技术介绍详见本说明书第二章),滤波通道一般配置2次、3次、4次和5次。如下图所示:n 用户收益 减少网络损耗,减少来自电力部门的罚款; 克制电压波动和闪变; 减少谐波注入水平; 减少负序电流注入水平; 稳定电压,缩短冶炼时间,提高生产效率; 平衡电弧电流,消除三相不平衡; 延长冶炼电极的使用寿命; 减少能源损耗和成本; 减少原材料的消耗; 轧机n 负荷
13、特性 典型的时变负载,有功和无功功率波动大,容易导致电压波动和闪变; 传动装置的变频器产生大量谐波,如不进行治理,将流入系统中去,导致变压器、电机、电缆发热、振动,减少使用寿命; 功率因数低下;n 推荐方案:TSVC静止型动态无功补偿器根据实测或者估算的补偿容量选择TSVC静止型动态无功补偿器,滤波通道一般配置3次、5次、7次和11次。如下图所示:n 用户收益 稳定电压水平,改善设备的运营条件; 提高功率因数,减少网络损耗,免受电力部门的罚款; 减少能耗,提高设备运用率; 消除谐波注入现象,减少设备损耗,防止系统谐振。 矿热炉n 负荷特性矿热炉重要指硅铁炉、黄磷炉、电石炉、铁合金炉等重要以电阻
14、方式加热的冶炼炉,是一种耗电量巨大的工业电炉。 功率因数低下;大多数矿热炉的自然功率因数都在0.70.8 之间,较低的功率因数不仅使变压器的效率下降,消耗大量的无用功,且被电力部门加收高额电力罚款; 三相不平衡;由于电极的人工控制以及堆料的工艺,导致三相间的电力不平衡加大,最高不平衡度可以达成20以上,冶炼效率的低下; 谐波含量较小,一般不超过10%; 负荷波动较小;n 推荐方案: TPVC高压并联无功补偿为了解决矿热炉功率因数低下的问题,推荐采用TPVC高压并联无功补偿的方式来解决,通常是在高压端进行无功补偿。该装置接于炉变压器的高压端或高压母线侧,在补偿无功的同时还具有滤除部分谐波的功能,
15、不仅可以满足无功补偿的需要,通过滤波,注入电网的谐波也能达成标准。该装置安装无需长时间停产,合用已安装生产中的矿热炉的无功补偿,可杜绝由于功率因数低而被加收的电费力率调整费。 n 用户收益 提高功率因数; 减少电网不平衡; 减少电耗 520; 提高产量 510; 1.2 电气化铁道及城市轨道交通行业 电力牵引负荷n 电力牵引负荷的电气特性 电压波动和闪变:对特定的牵引变电站来说,仅当机车通过时属于带载运营,其余时段则相称于空载。因此,机车牵引负荷属于大容量冲击性负荷。对于特定的机车来说,其负荷呈现明显的时变特性,负荷大小与机车的载重量、线路坡度、牵引或再生制动的运营方式密切相关,负荷的大幅度变
16、化导致牵引变电站母线出现剧烈的电压波动和闪变。 谐波问题严重:电力机车通常采用单相整流供电方式,负荷电流中的谐波含量非常丰富,涉及所有的奇次谐波,因此牵引变电站大都需要装设滤波器。 功率因数低下:电力机车属于典型的感性无功负载,起动和制动时消耗的无功功率较大。同时,变电站空载时会出现“无功反送”现象。由于电力部门对无功计量普遍采用“反送正计”的政策。据记录,牵引变电站的月平均功率因数一般在0.60.8左右,每年需要面临来自电力部门的巨额罚款。 三相不平衡:电气化铁路属于典型的单相负荷,负序问题严重是牵引负荷的一个典型电气特性。n 推荐方案:TSVC静止型动态无功补偿器根据实际测算或者估算的补偿
17、容量,选择相应的TSVC静止型动态无功补偿器,滤波通道一般配置3次、5次、7次和11次。如下图所示:n 用户收益 克制电压波动和闪变; 提高功率因数,减少网络损耗; 实时跟踪无功变化,避免无功倒送; 实现平衡化补偿,消除三相不平衡; 响应速度快,可以消除谐波注入及变化;1.3 供热行业n 负荷分析重要是采用变频传动的锅炉,运营时产生大量的谐波。n 推荐方案:TPPF无源滤波器+TAPF有源滤波器集中滤波方案在低压系统,配置无源滤波器补偿低次谐波和无功功率,配置动态有源滤波器集中补偿高次谐波,以达成最佳的治理效果。n 用户收益 有效提高功率因数,避免罚款; 降耗节能,减少生产成本; 彻底滤除谐波
18、,提高电机的运营效率; 消除系统谐振隐患,保证供电系统的安全性和可靠性;1.4 制药行业n 负荷分析重要是空压机、泵类负载。负荷波动不大,但功率因数较低,一般只有0.8左右,谐波含量较小。n 推荐方案:TPVC高压并联无功补偿器在高压侧作无功集中补偿。n 用户收益 提高功率因数,避免电力罚款; 降耗节能,减少生产成本;1.5 矿业行业本行业中,广泛使用矿井提高机、各类粉碎机、破碎机、球磨机、电铲类负载等。 提高机n 负荷特性 典型的时变负载,有功和无功功率波动大,容易导致电压波动和闪变; 传动装置的变频器产生大量谐波; 功率因数低下;n 推荐方案:TSVC静止型动态无功补偿器根据实测或者估算的
19、补偿容量选择相应的TSVC静止型动态无功补偿器,滤波通道一般配置3次、5次、7次和11次。如下图所示:n 用户收益 提高电压质量;电压质量的好坏直接关系电气设备的安全运营.提高机直流系统向电网注入谐波电流,使电压正弦波形发生畸变,并引起晶闸管电路触发不同步,电动机力矩不稳,电网谐振等事故,提高机等大功率负载频繁起动,无功冲击导致电网电压产生波动,对井上下电器设备产生干扰。 减少损耗,提高主变压器运用率;在未投动补滤波装置时,电网自然功率因数很低,负载所需的有功功率和无功功率均由电网提供,使变压器和电网线路的损耗增长,同时带负荷能力减少。投入动补滤波装置后,电网和主变压器仅传输有功功率,可提高效
20、率,减少损耗。 调控运营,防止过补;以往在煤矿地面变电所设计中,通常在6/10kV母线并接电容器组,对电网进行固定式补偿。由于提高机为短时循环工作制的负载,一个提高机循环分为加速、等速、减速和休止几个工作状态,各阶段所需功率均不同,而电容器组只能输出恒定无功功率,导致有时无功不够,有时过补现象。采用TCR动态补偿, 可根据负载无功的变化进行动态补偿,使电网始终处在最佳状态。1.6 电力系统行业 远距离电力传输全球电力目前正在趋向长距离输电,同时带来的问题是高能量损耗。n 推荐方案:TSVC静止型动态无功补偿器TSVC应用于远距离输电,可以明显提高电力系统输配电性能,这已在世界范围内得到了广泛的
21、证明,即当在不同的电网条件下,为保持一个平衡的电压时,可在电网的一处或多处适合的位置上安装TSVC静止型动态无功补偿器。n 用户收益 稳定弱系统电压 减少传输损耗 增长传输能力,使现有电网发挥最大效率 提高瞬变稳态极限 增长小干扰下的阻尼 增强电压控制及稳定性 缓冲功率振荡 变电站 在区域电网中,一般采用分级投切电容器组的方式来补偿系统无功,改善功率因数,这种方式只能向系统提供容性无功,并且不能随负载的变化而实现快速精确调节,在保障母线功率因数的同时,容易导致向系统倒送无功,抬高母线电压,危害用电设备及系统稳定性。n 推荐方案:TSVC静止型动态无功补偿器TSVC静止型动态无功补偿器可以快速精
22、确地进行容性及感性无功补偿,在稳定母线电压,提高功率因数的同时,彻底地解决了无功倒送问题。并且,安装新的TSVC时,可以充足运用原有的固定电容器组,只需增长晶闸管相控电抗器(TCR)部分即可,用最少的投资取得最佳的效果,成为改善区域电网供电质量的最有效方法。1.7 有色金属行业有色金属提炼和化工行业都要使用电解这一工艺,因而离不开大功率的整流装置。 大功率整流器n 负荷特性 负荷波动较小; 对大功率三相全控桥6脉整流装置来说,由整流装置产生的谐波占基波的25-33%,产生的特性谐波为6N1次,即在网侧的特性次数为5 、7、11、13、17 、19、23 、25 次等,以5、7 次谐波分量最大,
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