滤波补偿装置在变频器、直流电机中的应用

一、介绍

    河北某塑胶制品公司是生产户内、外广告灯箱布、喷绘布，PVC压延膜的厂家，生产线主要设备为变频器、直流电机，变频器及直流电机整流属于典型谐波源，产生大量谐波，造成补偿电容器无法正常投入运行且电容器再投入后造成谐波放大，用电设备运转故障率高，电容器经常烧毁，功率因数仅为0.6-0.83，每月产生无功罚款5.2万元左右，变压器温度在夏季达78度，造成电能浪费，寿命缩短。谐波电流注入电网，在电网阻抗上产生谐波电压，引起电网电压电流畸变，影响供电质量及运行安全，使线路损耗及电压偏移增加，对电网和工厂本身电气设备均会产生不良的影响。

二、供电系统及数据

    公司由一路10KV进线，厂内安装1250KVA整流变压器2台，1000KVA整流变压器2台，均为10KV/0.4KV。4台整流变压器分别带4条塑胶生产线，如下图：

 

三、滤波补偿装置设计依据

1、根据电能质量　　公用电网谐波　　　　GB/T14519-1993

2、根据电能质量　　电压波动和闪变　　　GB12326-2000

3、根据供电系统阻抗和相关参数

4、根据现场测量结果及仿真计算

四、治理方案

1、治理目标

    根据企业实际情况，我公司针对中频炉谐波治理设计了整套滤波方案，综合考虑负荷功率因数、谐波吸收需要和背景谐波，在企业变压器1250KVA 、10000KVA低压侧各安装一套谐波滤波装置对谐波进行治理，原有电容补偿柜退出运行。

滤波装置谐波电流的设计满足国标GB/T14549-93《电能质量　公用电网谐波》的管理规定。

● 在0.4KV系统运行方式下，滤波设备投运后，滤波器吸收点处某次谐波的幅值及含有量都有大幅度下降，功率因数0.95以上。

● 不因为投入滤波装置而引起某次谐波的谐振或谐振过电压、过电流。

2、方案确定

    由于变频器、直流电机在工作过程中谐波较大，且有补偿电容器的不规则投入，导致谐波放大，5次、7次谐波达到了基波电流的26.5%-86.7%，对电网、生产线电气设备本身和其它用户都造成了不同程度的影响。另外，生产线的功率因数补偿不稳，在0.6-0.83间变化，无功缺乏严重，经常出现电容器及开关烧毁现象，因此装置在设计时要做到消除谐波补偿无功功率提高功率因数目的，使生产线稳定运行。

    依据测试数据主要谐波成分是5次 、7次其中以5次谐波为较大，电压畸变严重。综上因素考虑滤波补偿装置采用BDKJ-LC I型和II型结合，设计5次、7次两条LC滤波主吸收支路及8条精补滤波之路，吸收5、7次及以上次数的谐波同时补充功率无功提高功率因数。方案采用仿真法对各回路投入时是否产生非特征频率的谐振进行分析，并较终确定回路的参数。

供电系统及滤波原理图：

3、装置投入前后效果对比图

           滤波补偿前（电流）                         滤波补偿后（电流）

 

           滤波补偿前（电流）                         滤波补偿后（电流）

 

           滤波补偿前（电流）                         滤波补偿后（电流）

           滤波补偿前（电流）                         滤波补偿后（电流）

 

五、结论

1、滤波补偿装置投入运行，自动跟踪生产线的各种负载设备变化，使各次谐波得到有效滤除。

2、未治理前电压总畸变率(THD)严重**出国标5%的限值要求。经治理, 电压总畸变率(THD)从原来的10.2%,降止2.5%,各次谐波都符合国标GB/T 14549-93《电能质量 公用电网谐波》标准要求。

3、经治理谐波电流都得到有效改善，投入后**标的各次谐波电流吸收率都大于80%以上，符合设备设计要求。如5次谐波电流从268A,降止43A左右; 7次谐波电流从139A,降止21A左右， 注入公共点的各次谐波电流均符合国标GB/T 14549-93《电能质量 公用电网谐波》要求。

4、滤波装置投入后系统的功率因数得到大幅提高，供电系统0.4KV侧从0.6左右提到0.95以上,有功功率、视在功率、无功功率都得到节省，有效降低用电设备和供电线路的损耗。

5、谐波治理后变压器温度由原来的78度降低到45度，节省了大量电能，变压器使用寿命延长。

6、通过治理后有效改善了塑胶生产线的供电电能质量，提高了变频器、直流电机电源的利用效率,有利于系统的长期安全、经济运行，产生更好的经济效益。