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  • 临江泵站新泵房谐波分析与治理

    2021年9月14日 08:50 作者:柳佳瑛
    (上海城投原水有限公司黄浦江原水厂 201114)
    摘. . 要:通过对临江泵站新泵房 0.4KV?I 段供电系统进行谐波监测,分析 I 段母线谐波状况,增设有源滤波装置,达到改善电源质量,确保设备安全运行。
    关键词:谐波监测、分析、治理、有源滤波装置
    1 项目背景
    上海城投原水有限公司黄浦江原水厂始建于 1986 年 4 月,拥有临江、严桥两座大型泵站。1987 年 7 月 1 日,黄浦江上游引水一期工程建成通水,日供水量 230 万立方米,为杨树浦水厂、南市水厂、陆家嘴水厂、杨思水厂、居家桥水厂供水。1997年 7 月 1 日,黄浦江上游引水二期工程建成通水,临江泵站新泵房建成,向临江水厂、杨思水厂供水。2010 年 12 月底,青草沙原水工程严桥支线开始切换。至 2011 年 6 月,我厂完成了青草沙原水的切换工作,由黄浦江原水转换为青草沙原水,形成了新老系统互为备用的运行模式。新模式下,临江泵站拥有新、老两座泵房,老泵房负责向长桥水厂及徐泾泵站供水,日供水量 150 万吨,新泵房负责向临江水厂供水,日供水量 60万吨。
    新泵房拥有 10 台 0.4KV 机泵,其中 3 台为变频控制,其它均为软起动控制。10 台机泵平均分配在两段 0.4KV 母线上,并在每段配备了一套电容器柜,内含 10 组电容器。3 台变频运行时均存在频繁跳车现象,且每年母线补偿电容器或其熔断器均有不同程度的烧毁。
    图 1 新泵房变配电系统图
    2 谐波产生原因分析
    对新泵房主辅设备的配置情况和运行工况进行排摸分析,得出以下推断:
    1).变频器及软起动器主要采用三相桥式整流(6 脉冲),主要产生 5 次或 7 次谐波电流。变频器的整流回路是由大功率二极管组成电路,输入电流波形为不规则的矩形波,其波形按傅里叶级数进行分解,除了得到与电源基波频率相同的分量外,还有一系列大于电源基波频率分量的高次谐波。同理,在逆变输出回路中,输出电流信号受载波信号调制而变成脉冲波形,其波形按傅里叶级数进行分解,也分得基波和各次谐波。
    据此,变频器运行中必然会产生高次谐波。
    2).工厂内弱电系统很多,有设备控制系统(PLC 控制)、厂区通信系统、厂区监控系统等。其中许多电子设备均使用开关模式电源,从而使各弱电系统内产生大量的 3 次及高次谐波[1] 。
    3).为提高功率因数及配电变压器的利用率,新泵房6/0.4kV 降压变配电室 0.4kV 母线上都设置了电容器补偿柜。
    由于并联电容器容抗随电流频率的增加而减小,电容器组对谐波电流的低阻抗特性表现出了对谐波的吸收作用,所以电容器组具有一定的滤波作用。谐波电流的存在可能会使电容器过流发热,甚至击穿绝缘。尤其是当发生某一谐振时,谐波电流会很高,情况更为严重。目前电容器组前一般串联电抗器,但由于设计原因,现有电抗器的电抗率太小,根本起不到抑制谐波的作用,只起到了限制电容器合闸涌流的作用。
    综上所述,初步推断是电网谐波所致。因此,对新泵房0.4KV I 段母线做了谐波监测。
    3 谐波监测分析
    3.1 现场供电状况
    临江泵站新泵房共有 2 台 6KV/0.4KV 的变压器,其中 I段母线系统中各安装一台 250kW 和 315kW 变频装备,其余 3台均为软启动设备。
    表 1 变频器参数
    设备
    名称
    输入电压
    (V)
    输出电压
    (V)
    输出电流
    (A)
    输出频率
    范围(Hz)
    脉冲
    数
    输入电抗器
    1#变
    频器
    400 0-400 0-456 25-50 6
    电流 530A,
    电感 0.026mh
    8#变
    频器
    400 0-400 0-650 25-50 6
    电流 630A,
    相电压降
    4.43V
    3.2 监测情况
    3.2.1 监测内容
    在变压器 0.4KV 侧 I 段进线柜上端对 I 段母线电能质量进行 48 小时监测,重点记录在变频设备全部使用的情况下,母线系统中电压电流谐波畸变量和电流各次谐波畸变量。
    3.2.2 监测仪器
    1. 法国 Chauvin Arnoux CA8335 功率分析仪
    2. HP 笔记本
    3. 电压比:0.4KV/0.4KV
    4. 电流比:自动环形线圈
    3.2.3 监测数据
    表 2 低压 I 段母线系统监测数据汇总表
    名称
    A 相 B 相 C 相
    最大值 最小值 最大值 最小值 最大值
    最小
    值
    线电压(V) 404.4 391.6 402.8 389.9 403.3 390.5相电压(V) 233.4 226.1 233.2 225.8 232.1 224.7电流(A) 1547.8 577.9 1566.3 571.9 1514.9 545.7线电压总谐
    波畸变量%
    4.3 1.8 4.1 1.8 4.3 1.9
    相电压总谐
    波畸变量%
    4.5 1.9 4.2 1.7 4.2 1.9
    电流总谐波
    畸变量%
    25.5 13.7 25.3 13.6 26.1 14.1
    5 次电流谐波
    畸变量%
    22.2 13.0 21.4 12.9 22.6 13.1
    7 次电流谐波
    畸变量%
    10.3 3.3 10.9 3.5 10 3.2
    11 次电流谐
    波畸变量%
    4.8 2.7 5 2.8 5.4 2.9
    13 次电流谐
    波畸变量%
    2.4 0.9 2.4 0.9 2.5 1.0
    零相电流(A) 12.5(Max) 0(Min)
    有功功率
    (kW)
    929.04 360.14
    无功功率
    (kVAR)
    483.37 158.41
    视在功率
    (kVA)
    1047.17 393.51
    功率因数 0.929 0.8723.3 结论
    参照 GB/T 14549-1993《电能质量 公用电网谐波》中公共电网谐波电压(相电压)限值与注入公共连接点的谐波电流允许值 [2] (见表 3),本次监测,电压谐波畸变量在国家规定的范围内,为 4.1%~4.3%。电流谐波畸变量基本上都超过了国家规定,I 段母线系统最高为 26.1%,功率因数基本上符合国家考核的要求。
    表 3 公共电网谐波电压限值与注入公共连接点的谐波电流允许值
    电网标称电
    压(kV)
    电压总谐波
    畸变率(%)
    各次谐波电压含有率(%)
    奇次 偶次
    0.38 5 4 2
    0.38
    基准短路容
    量(MVA)
    谐波次数及谐波电流允许值(A)
    5 7 11 13
    10 62 44 28 24
    因此,临江泵站新泵房 0.4KV I 段母线系统需要选择合适的滤波装置进行谐波治理,以确保供电质量,保障供电设备及用电设备的安全。
    4 治理效果
    通过在新泵房 0.4KV I 段新增一台 IPF4-440-600 型有源滤波装置,降低了母线谐波含量。下表是有源滤波装置投运前后,现场实测的相关数据:
    表 4 治理前后数据对比
    名称 治理前
    治理后
    实测值
    国标值
    线电压(V) 394.3 396.6
    相电压(V) 227.6 229.5
    电流(A) 1424 1407
    线电压总谐波畸变量 4.1% 2.6% ≤5%
    电流总谐波畸变量 21.8% 6.5%
    5 次电流谐波畸变量 20.7%(234.4A) 52A ≤62A
    7 次电流谐波畸变量 4.2%(59.1A)
    (Max)47.5A
    (Min)38.5A
    ≤44A
    11 次电流谐波畸变量 3.2%(44.9A) 22.48A ≤28A
    13 次电流谐波畸变量 1.3%(18.1A) 16.45A ≤24A
    零相电流(A) 37.4(Max) 6.8A
    功率因数 0.926 0.912
    由上表可以看出,在有源滤波装置投运后,5 次、7 次、11 次电流谐波畸变量均达到了国家标准,电流总谐波畸变量从21.8%下降到了 6.5%,效果明显,提高了电网质量。今年保高峰期间临江新泵房 I 段母线下机泵未发生因电网波动引起的跳车故障。
    参考文献:
    [1] 蒋正荣.陈建业著. 从无源到有源 电能质量谐波与无功控制.2015
    [2] 国家技术监督局. GB/T 14549-1993 电能质量 公用电网谐波.1993
    作者简介:
    柳佳瑛(1984- ),女,上海人,主要从事电气设备的运行管理工作。
    中国论文网i6h7_ U/@6SM?%g\'|?
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