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高校諧波源設(shè)備的諧波測試分析及治理方案

瀏覽次數(shù):1624更新日期:2014-03-21

徐霜

(安科瑞電氣股份有限公司 上海 嘉定 201801)

摘要:在高校實驗教學(xué)過程中所使用的科學(xué)儀器包含大量諧波源設(shè)備,針對理工科類院校的諧波源測試情況,具體分析高校電力系統(tǒng)的諧波特性并預(yù)估諧波所造成的的影響,提出諧波治理方案,方案采用安科瑞電氣股份有限公司的有源電力濾波器產(chǎn)品,為高校的建筑電氣設(shè)計提供優(yōu)化方案和參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞:高校;諧波;有源電力濾波器;建筑電氣

前言

在現(xiàn)代社會中由于越來越多的非線性負(fù)載設(shè)備接入電網(wǎng),向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,使得公共接入點的電壓畸變,導(dǎo)致電網(wǎng)的電流畸變,電能質(zhì)量惡化。諧波的存在必然會使變壓器的損耗增加,也會造成無功補償?shù)碾娙萜髦C振、干擾敏感的電子設(shè)備、引起電動機震動和繼電器誤動作?,F(xiàn)在諧波造成的危害開始逐漸被人們重視,并且希望通過采取相應(yīng)的措施來治理電網(wǎng)中的諧波[1-2]

在治理諧波時,確定諧波源的存在以及分析其諧波特性,這是采取正確治理方案的關(guān)鍵。典型的非線性負(fù)載等常見諧波源的特性已經(jīng)為人們所熟悉,并能進行針對性的抑制和治理。但是在高校的實驗樓、教學(xué)樓電網(wǎng)系統(tǒng)中出現(xiàn)的諧波情況比較特殊,例如很多在通常的民用建筑內(nèi)較少遇到的諧波源設(shè)備和大量的敏感設(shè)備需要“干凈”(不能包含諧波)的電網(wǎng)環(huán)境以保障系統(tǒng)的正常運行[3-4]。針對上述原因,本文通過對某理工科高校的幾類典型的實驗室設(shè)備諧波特性進行分析,給出諧波治理方案以及相關(guān)的治理諧波的產(chǎn)品,本文采用安科瑞電氣股份有限公司所生產(chǎn)的型號為ANAPF50-400/B三相四線制有源電力濾波器來治理某高校的諧波負(fù)載。

典型的實驗室設(shè)備諧波特性

某理工科高校實驗室包括自動化系的嵌入式系統(tǒng)實驗室、工程物理系的加速器實驗室、生物醫(yī)學(xué)系的核磁共振譜儀實驗室和材料系的燒結(jié)實驗室[5]。下面圖1、圖2、圖3、圖4分別列出了各個實驗室的典型諧波波形。根據(jù)這四個典型的諧波波形可以知道:

一、在嵌入式系統(tǒng)實驗室中,三相的電流波形為整流電路特征,電容充電過程才有電流,有明顯的畸變。通過FFT可以看出3次、5次和7次諧波的THDi含量都很高。其中3次諧波畸變率78%,5次為49%,7次為28%,總諧波畸變率高達(dá)95.6%,但實驗室消耗的功率較低,zui高的B相電流為16A,考慮到建筑的供電變壓器容量較大,系統(tǒng)阻抗較小,所以電壓畸變率較低,并未超過標(biāo)準(zhǔn)限值。另一個需要注意的現(xiàn)象是中性線電流,當(dāng)僅存在基波電流時,在中性線上會流過三相不平衡電流,各相基波電流相互抵消后的數(shù)值肯定小于zui大相的單相基波電流。但是3次諧波是零序諧波,導(dǎo)致諧波電流在中性線疊加,以電流畸變率78%為參考,中性線上的電流是相線電流的2倍以上,鑒于進線斷路器為三斷路器,不檢測中性線電流,即使中性線電流超過導(dǎo)體允許載流量,斷路器也不會動作,這可能造成中性線超溫、絕緣老化,發(fā)生接地故障,導(dǎo)致中斷供電甚至發(fā)生電氣火災(zāi)。

二、在加速器實驗室中,電流 C相的峰值系數(shù)(CF)為4.74。而且半波不對稱會導(dǎo)致出現(xiàn)偶次諧波和直流分量。從電流的FFT可以看出3次諧波畸變率59.5%,5次為53%,7次為47.1%,總諧波畸變率高達(dá)99.2%。加速器的諧波含量較大,需要對其進行治理,可采用安科瑞電氣的有源濾波器諧波干擾。

三、在核磁共振譜儀實驗室中,從電流波形可以知道設(shè)備僅接在A相,電流波形呈現(xiàn)出磁飽和的非線性特性,通過對電流波形的FFT分析可以知道包含3次和5次諧波。3次諧波畸變率30.8%,5次為11.4%,7次僅2.7%,總諧波率為33.3%,需要對諧波進行治理。

四、在燒結(jié)爐實驗室中,電網(wǎng)系統(tǒng)中包含偶次諧波和直流分量,從電流的FFT可以知道電流存在5次諧波和少量偶次諧波,3次諧波畸變率7.6%,5次為20.9%,7次僅3.2%,總諧波畸變率為28.1%,系統(tǒng)的總諧波電流13A,但是系統(tǒng)的無功功率較大,導(dǎo)致系統(tǒng)功率因數(shù)為0.33,此時需要補償無功部分。

圖1 嵌入式系統(tǒng)實驗室諧波測試結(jié)果

圖2 加速器實驗室電流諧波

圖3 核磁共振譜儀諧波

圖4 燒結(jié)實驗室諧波

針對上述高校實驗室的典型諧波特征可以總結(jié)出需要的有源濾波器的產(chǎn)品具有治理諧波、補償無功、調(diào)整三相不平衡的功能。根據(jù)市場上的APF產(chǎn)品,安科瑞電氣股份有限公司所生產(chǎn)的APF產(chǎn)品具有上述三項功能,可以的解決上述諧波、無功和三相不平衡的問題。

高校實驗室諧波治理方案

采用安科瑞公司型號為ANAPF50-400/B的三相四線制有源電力濾波器,使用就地治理的方法在每個實驗室的配電柜處并入ANAPF,如圖5所示對每個實驗室的饋線處進行電流采樣,方法為采何處補何處。

圖5 安科瑞的ANAPF就地補償方案

下面給出安科瑞所生產(chǎn)的ANAPF(有源電力濾波器)的主要技術(shù)指標(biāo)以及ANAPF有源濾波器報價及主要元件清單如表1、表2所示。

表1 安科瑞ANAPF(有源電力濾波器)主要技術(shù)指標(biāo)

表2 安科瑞ANAPF有源濾波器報價及主要元件清單

該高校使用安科瑞的ANAPF50-400/B的三相四線制有源電力濾波器就地治理了燒結(jié)實驗室后,得到如圖6所示的正弦波,ABC三相THDi含量分別為2.9%、2.8%、3.4%表明治理效果理想。

圖6 燒結(jié)實驗室治理后的電流波形

結(jié)束語

本文通過波形和畸變率等參數(shù)分析了高校實驗室電力系統(tǒng)出現(xiàn)諧波電流的原因及諧波特征,給出了治理諧波的治理方案。雖然高校實驗設(shè)備多樣,諧波產(chǎn)生和變化有很大的隨機性和復(fù)雜性,但是通過分析其負(fù)載特性,還是可以粗略判斷其諧波類型,然后結(jié)合測試得到的頻譜數(shù)據(jù)對諧波進行分析,給出相應(yīng)的治理措施。實際對燒結(jié)實驗室采用安科瑞的ANAPF后表明治理諧波效果理想,解決了諧波問題。

參考文獻

[1] 建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)督與行業(yè)發(fā)展司. 全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施-節(jié)能專篇電氣[M].中國計劃出版社,2007.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 教育建筑電氣設(shè)計規(guī)范 (報審稿) [S].2013.

[3] 陳眾勵.上海光源工程諧波質(zhì)量技術(shù)研究[J].建筑電氣,2012(1) :3-11.

[4] 相城江.調(diào)諧濾波器裝置的應(yīng)用[J].智能建筑電氣技術(shù),2010(3):80-83.

[4] 王磊,潘敏.高校實驗設(shè)備的諧波測試分析[J].智能建筑電氣技術(shù),2013(4):16-19.

 作者簡介:

徐霜,女,本科,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為電力電子及諧波治理。:    :

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