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消除高次谐波对电网的影响

高次谐波


针对目前一些大工厂高压用户,特别是使用直流电机的轧钢企业,通过可控硅整流设备整流后,由于整流脉冲周期性关断和导通的特性,对于6脉冲整流回路,产生6n±1(n=1,2……)次高次谐波。这些高次谐波电流流向电网,会严重的影响电网的质量。如果我们合理的设计选择交流滤波装置,就可以很好地滤掉高次谐波电压,以减少对电力网的影响,提高功率因数,降低谐波损耗。

全偏移滤波器的设计
1 等值频率偏移 


其中:电网频率变化产生的偏移:δf=Δf/f,Δf-电网频率偏移,f=50Hz
   环境温度变化引起电容器电容量变化产生的偏移:
   δc=aΔt/2
   a—为电容器温度系数;

的电抗量标么值;
   .测量误差δm=±0.002~±0.005

2 计算C、L及RLn RCn值

   ·计算品质因数: ,其中ø为电力系统谐波阻抗角,一般φ=85°。
 ·电容器承受的基波电压:

   XC—电容器的基波容抗;UCN—电容器的额定电压;λ—峰值谐波过电压系数;In—n次谐波电流;Kfn—n次谐波放大系数;n—谐波次数。

 ·电抗器的电抗为:L=XL/2πf(6)

3 滤波电容器的校验

  
Kfn—谐波放大系数,按极限值考虑Kfn=1

设计实例

   唐山地区一座110KV用户变电站,是使用直流电机的轧钢企业,通过可控硅整流设备整流后,主要是5次谐波。其参数如下:
   5次谐波电流为I5=54A,10KV母线路容量为
   按电网低频减载保护动作值为49.5Hz计算。   

   按式(1)求出UC=6315V
   按式(2)求出XC=110.08Ω
   选择7.2kV,100kvar的单台电容器,X′C=7.22/0.1=518.4Ω。电容器并联的台数,p=518.4/110.08=4.71台,取p=5台。则XC=7.22/5×0.1=103.68Ω,5次谐波阻抗为:X5=103.68/5=20.74Ω。

   按式(6)求出:

   电抗器的谐波电阻为:取qLn=60,RLn=X5/qLn=20.74/60=0.346Ω。电容器的谐波电阻为:Rcn=X5tanθ=20.74×0.0008=0.017Ω,Rfn=0.346+0.017=0.3626Ω,实际的品质因数为:q=20.74/0.3626=57.2,接近要求值。


现场实测

  用仪器对该变电站进行实测的结果:接入滤波器前的波型如图5,接入滤波器后的波型如图6所示。而且,该站110kV进线的功率因数由原来的0.4左右提高到0.95以上。



结论

  对于使用直流电机的轧钢企业,通过可控硅整流设备整流后产生的高次谐波,其主要为5次谐波。按上述设计的滤波器装置可以很好的滤掉高次谐波。提高功率因数,降低无功损耗。而设计滤波器的关键是选择合理的RLn值。


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