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1、,软起动、动态无功补偿及谐波治理,,Company Logo,目 录,,Company Logo,1.1 典型的高压软起动控制技术,典型的高压软起动控制技术 液态软起动技术 阻容性 在定子回路中串接可控、可现场调节的液态电阻进行降压软起动(25000KW以内) 晶闸管调压式软起动 交流调压型 在定子回路中串接正反向并联的晶闸管控制电压波形进行降压软起动(5000KW以内),哪些方式可实 现软起动 ?,,Company Logo,1.2 高压电动机软起动主要解决的问题,降低大电流冲击 对电动机本身: 电机寿命缩短、绕组过热、绝缘损坏; 对电网电压及同网设备: 压降过大,共网负荷欠压运行或停机。,
2、软起动解决 所的问题,减缓对机组的机械冲击 对电机轴及笼条、传动联轴机构、 齿轮箱、轴承座等 对负载机轴、机身等产生破坏性损害,,Company Logo,1.3 工程中对大电动机软起动的要求,初始起动电磁转矩能够克服负载静阻转矩(1.1TL),尽可能地限制电机起动电流; 起动过程平均电磁转矩足够大,起动时间短; 起动设备安全可靠,操作方便,设备简单经济; 起动过程无谐波污染。,,Company Logo,1.4 GZYQ液态软起动装置 工作原理,起 动,工作原理: 在定子回路中串接可控、可现场调节的液态电阻进行降压软起动。 适用范围: 适用于额定电压3KV-10KV功率在5000kw-250
3、00kw以上的大、中型鼠笼电动机或同步电动机的软起动与保护。,,Company Logo,1.5 GZYQ液态软起动常用的接线型式,电动机星点打开,电动机星点不能打开或三角形接线,,Company Logo,1.6 GZRQ高压固态软起动装置 工作原理,工作原理: 在定子回路中串接 正、反向并联的晶闸管控制电压波形进行降压软起动。 适用范围: 适用于额定电压3KV-10KV功率在5000kw以内的大、中型鼠笼电动机或同步电动机的软起动与保护。,GZRQ工作原理示意图,,Company Logo,1.7 GZRQ高压固态软起动装置 晶闸管控制,Tex,Text,Text,晶闸管软起动控制过程,,
4、Company Logo,1.8 GZRQ高压固态软起动装置 主要技术参数,,Company Logo,1.9 GZRQ高压固态软起动装置 主要性能特点,多种起动及停车模式 可实现限流软起动、电压斜坡起动、突跳起动,泵控起动;多种停车方式,可实现自由停车、软停车,软停+制动刹车,还具有点动功能,用户可据工况灵活选择; 起动频次高 可实现频繁起动,满足复杂工况需求,起动次数3-5次/时,每次间隔时间不小于10分钟; 独有的大屏幕人机触摸式界面交互功能 人机界面智能化设置起动参数,并有效监控运行状态和设备故障信息; 完善的电机保护功能 具备完善的电动机保护包括起动次数过多、起动超时、缺相、欠压/过
5、压、欠流、过流、起动器超温、电机堵转、电机过载、电流不平衡、接地故障电流、旁路打开等保护项目,确保机组性能安全。,,Company Logo,1.10 二种起动方式的比较,,Company Logo,1.11 起动方式的选择原则,综合对比结论: 综合经济性、性价比、可靠性,对5000kw以内的中、小功率机组优先推荐高压固态软起,中、大功率优先推荐液态软起; 起动频次要求较高者,优先推荐固态软起。,,Company Logo,1.12 软起动产品的使用工况,冶金 化工 水泥 造纸 制药,,Company Logo,2.1 各行业谐波污染所占指数,,Company Logo,2.2 常见谐波源,电
6、力电子装置 电子开关型非线性设备,主要为交、直换流装置及晶闸管构成的可控开关设备。如变频装置、晶闸管型直流提升机、整流装置等; 传统非线性设备 铁磁饱和型非线性设备,如变压器、电抗器、旋转电机、银光灯等; 电弧型非线性设备 炼钢电弧炉,交流电弧焊机等。,,Company Logo,2.3 谐谑的危害,电流增加 载流量降 损耗增加 设备温升 绝缘破坏,谐波电压,发电机 电动机 变压器,电容器,谐波电流,电压畸变 非正弦波 控制干扰 设备停产 影响整个电网,电压畸变 附加损耗 机械振动 谐波过电压 噪音,谐波U、I增加 串联谐振 并联谐振 过电流、过电压 电容器和系统故障,治理谐波大势所趋,势在必
7、行,,Company Logo,2.4 谐波的抑制方法,220-690v补偿滤波方法?6-35kv的方法?,,Company Logo,2.5 无源滤波器 工作原理,工作原理 利用R、 L、C适当组合,构成串联谐振条件,使支路呈低阻抗,吸收特定频次的谐波。兼顾无功补偿。谐振次数n为: 在谐振点处,Zfn = Rfn,因Rfn很小,n 次谐波电流主要由Rfn分流,很少流入电网中。,,Company Logo,2.6 无源滤波器 主要特点,优点: 兼具基波无功补偿及谐波吸收功能。 投资少、结构简单。 主要不足: 滤波特性依赖于系统阻抗; 一种参数只能补偿基波或针对特定次数谐波补偿; 响应速度慢,无
8、法跟踪谐波或无功的动态变化进行动态补偿; 补偿谐波时,可能过补; 系统阻抗小时效果难以令人满意; 改变系统阻抗特性,可能导致谐振; 参数稳定性差,易导致失谐。,阻抗图,,Company Logo,2.7 有源电力滤波器 滤波方式, 快速傅立叶分解法(FFT), 瞬时无功功率法(实时跟踪),第三代有源电力滤波器(本世纪初) 响应速度快,全部响应时间10ms(1/2周波) 不受系统频率的影响 滤除2次50次谐波,第二代有源电力滤波器(20世纪90年代) 响应速度慢,40ms左右 系统频率变化影响滤波效果 225次内指定几个滤波,存在剩余谐波放大的风险,ZAPF 有源电力滤波器,IGBT逆变器、谐波
9、电流发生器、发生量与谐波电流大小相等、方向相反,,Company Logo,=,+,2.8 有源电力滤波器 补偿原理,,Company Logo,3线与4线 的区别?,2.9 ZAPF并联型有源电力滤波器 工作原理,,Company Logo,2.10 ZAPF并联型有源电力滤波器 主要功能,主要功能: 动态补偿 动态补谐波 不会发生过载 响应速度快 受电网阻抗影响不大 可单独补偿也可集中补偿 节能降耗,,Company Logo,注1:配套特制变压器, 可以适用于0.410KV电压等级。,广:可滤除250次谐波。特征 & 非特征谐波。 高:谐波滤除率TDDi可小于5%。 快:响应速度快。完全
10、响应时间10mS。 稳:可单相动态注入电流,改善系统不平衡的影响; 自动消除谐振,没有系统谐振之忧; 可设定输出,最大限流110%输出,无过载之忧。 设计选型简单,不需要进行详细的电网分析。 安装简单、方便。可10台并联扩展。 注1 独立的工作能力与强大的人机界面能力(操控能力)。,2.11 ZAPF并联型有源电力滤波器 性能特点,,Company Logo,2.12 ZAPF并联型有源电力滤波器 技术参数,注1:配套特制变压器, 可以适用于0.410KV电压等级。 注2:1000m以上海拔高度,则请向追日电气公司咨询。,,Company Logo,2.13 ZAPF并联型有源电力滤波器 设备
11、选型,选型所需资料,系统供电方式、短路容量和变压器参数 非线性负载类型、容量及数量 系统需补偿的谐波电流总量 系统内的电容补偿装置容量、分组、有无串抗等 安装空间要求及进线方式,,Company Logo, 对于三相四线制,响应时间10ms92%。原因:重复控制环节效果更好。 对于容性负载时,滤波效率可在90%以上,但某产 品不能运行,迅速饱和并放大,不能使用。原因是控制 方式上的区别没有PI调节环节。 供货周期+零配件供应+服务周期。 主要元器件配置:均采用国外进口器件。 工况适应性:更好。 运行稳定性:更好。,2.14 ZAPF并联型有源电力滤波器 同类比较,,Company Logo,2
12、.15 ZHPF并联混合滤波器,融合了动态无源滤波和有源滤波技术 多谐波源、谐波容量大、谐波范围广、冲击性小、 功率因数低、稳定或周期性变化的一类负载。 如直流冷轧机、变频器、中频炉等。 PPF与APF,单一应用的局限性。 滤波容量大、范围广、效率高、适时好; 抑制系统振荡,提高电网的稳定性; 节能降耗、增加设备供电裕量。,,Company Logo,2.16 ZHPF并联混合滤波器 工作原理,并联接入电网,共同滤波; 兼具动态无功补偿功能(40ms); PPF主要吸收低频(高频)谐波; APF补偿高频(低频)次谐波; 250次滤波(可高达80%) ;,,Company Logo,2.17 Z
13、HPF并联混合滤波器 功能及特点,主要功能:,功能齐全兼具谐波滤波和无功补偿功能。 稳定系统单相注入补偿电流,平衡三相有负载; 抑制系统谐振,提高系统安全可靠性。 节能增效减少线变损,增加线路及变压器的供电裕量。,性能特点:,优化:有源与无源滤波技术组合,兼具滤波和无功补偿功能; 高效:可滤除219次谐波,谐波滤除率可高达80(THDi); 稳定:可单相调节,改善不平衡;抑制系统振荡,提高稳定性; 快速:响应时间小于10ms,投切响应时间20ms; 容量大:PPF容量不限,APF可最大10台扩展并联运行。,,Company Logo,2.18 混合滤波、无源滤波、有源滤波的比较,,Compan
14、y Logo,2.19 APF PPF HPF滤波效果比较,,Company Logo, 系统:10/0.4kv配电系统,主变1600kVA与800kVA。 负载:直流充(放)电机组及空压机等负载。 工况:电流变化大(213A1750A);功率因数低;谐波含量大。 质量:COS=0.520.75;总THDi=25% 、THDu=10%左右。 频谱:5、7、11、13次为主。 危害:,电压电流波形畸变严重; 供用电设备发热严重; 电网供电能力(容量)下降; 线路和变压器损耗增加; 用电设备的利用率降低; 干扰与误动作等等。,骆驼蓄电池公司ZHPF的应用,2.20 典型工程应用案例,,Compan
15、y Logo,2.21 骆驼蓄电池ZHPF的应用,ZHPF 技术方案,措施:FC动态无源滤波+APF有源电力滤波。 组成:无源滤波部分容量为2400Kvar,5、7次各2条回路。 有源滤波部分3台ZAPF-100A,共300A。 方略:FC作低频滤波,APF对低频残余谐波和高频谐波进行补偿。,,Company Logo,2.22 典型工程应用案例 骆驼蓄电池ZHPF的应用,综合治理前后波形,全部未投前母线电压,全部投入后母线电压,全部未投前母线电流,全部投入后母线电流,,Company Logo,2.23 典型工程应用案例 骆驼蓄电池ZHPF的应用,综合治理前后技术与经济比较,谐波滤除率,14
16、.6万元/年,直接经济效益,小结:谐波治理与功率因数改善的效果是十分明显的。其意义在于大大增强了低压配电系统运行的稳定性和安全可靠性,同时也带来了直观的经济效益。,0.965,0.72,功率因数,4.7%,25.1%,总电流畸变率,2.5%,10.5%,总电压畸变率,备注,治理后,治理前,性能指标,,Company Logo,3.1 ZMSVC动态无功补偿装置 工作原理,与TBB、无源滤波的区别 ?,ZMSVC工作原理: QL+QR-QC=QS(0或常数) ZMSVC由固定电容FC支路和ZMCR磁控电抗器并联组成,其容性无功QC一般不调节(不投切),装置无功的连续调节是通过改变ZMCR磁控电抗
17、器铁心的饱和度,铁芯饱和度越高,电抗器的感抗越小,输出感性无功QR就越大,从而据控制要求平滑调节系统无功。,一次图,,Company Logo,3.2 ZMSVC动态无功补偿装置 ZMCR调容物理基础,电抗器的电感值L 及无功容量Q值 A铁芯截面积 铁磁材料的导磁率 磁路的气隙长度 n电抗器绕组的匝数 电抗器电感值L与铁磁材料的磁导率、绕组匝数n、铁芯截面积A成正比,与磁路的气隙长度成反比。磁控电抗器通过改变铁芯式电抗器导磁率,使得电感值L变化,从而平滑调节ZMCR感性无功输出。,,Company Logo,3.3 ZMSVC动态无功补偿装置 ZMCR调容原理,ZMCR调容原理 ZMCR由一个
18、四柱铁心和绕组组成,中间两个铁心柱为工作铁心,Nk为控制绕组,N为工作绕组, Nk=1%N 。可控硅接于Nk上,当工作绕组两端接上系统额定交流电压时, Nk上就会感应出相应的电压,在电压的正半周T1导通,在电压的负半周T2导通,通过控制T1、T2的导通角即可控制直流激磁ik1、 ik2 。导通角越小, ik1、 ik2越大,铁心饱和度越高,磁导率越小,电抗器的感抗越小,输出QR就越大。,T1和T2上的电压仅为系统额定电压的1%左右,从而大大提高了运行的可靠性,,Company Logo,3.4 ZMSVC磁控动态无功补偿装置 产品组成,,Company Logo,广泛适用于6-220KV系统动
19、态无功补偿,用以提高功率因数,稳定系统电压,同时滤除谐波,改善电网电能质量,如在煤炭、电气化铁路、钢铁、风电等行业,节电效果显著; 可广泛解决各种复杂工况的无功补偿,如负荷变化大、冲击性负荷等; 动态无功补偿的同时兼能抑制谐波; 能抑制电压闪变; 可直接挂网运行任何电压等级的电网(3-500kV)输出动态感性无功,用以补偿输电线路的容性电流,维持输电系统的稳定性; 适用于无功无级调节、响应速度快的工况(ms级)。,3.5 ZMSVC动态无功补偿装置 适用工况,产品覆盖范围及工况特点 :,,Company Logo,3.6 ZMSVC动态无功补偿装置 技术指标,无功调节精度: 1% 电压工作范围
20、:6-220kV 损耗: 1.2 调节容量范围:0-QC连续调节 功率因数0.8-0.999连续调节,,Company Logo,ZMSVC设备选型,以功率因数作为补偿目标,3.7 ZMSVC动态无功补偿装置 设备选型,,Company Logo,Tex,Text,Text,威海见龙钢厂 ZMSVC+15000+15000/35,ZMCR,FC组,3.8 ZMSVC动态无功补偿装置 应用实例,,Company Logo,3.9 ZMSVC动态无功补偿装置 主要器件,主要器件 磁控电抗器ZMCR 并联(滤波)电容器 串联(滤波)电抗器 放电线圈 避雷器 后台监控系统 无感电阻,,Company
21、Logo,3.10 ZMSVC与同类MCR产品的差异化 优势(一),采用最新第三代磁控电抗器技术,独特的磁极双饱和结构,保证谐波含量小,电网电能质量高。,采用单级磁饱和结构的谐波量是双极磁饱和结构的2-3倍,,Company Logo,无动态磁翻转技术的MCR,响应时间在1000ms,无法满足降低感性无功的实时快速跟踪补偿,ZMCR采用独有的动态磁翻转技术,确保ZMCR响应时间为20ms,响应速度快,充分满足电网快速动态补偿的要求。,3.11 ZMSVC与同类MCR产品的差异化 优势(二),,Company Logo,3.12 ZMSVC主要性能特点 (一),ZMCR独特的磁极双饱和结构,显蓍
22、降低MCR损耗,确保功耗(平均)0.5%1% MCR采用新的、优质硅钢片铁芯制作,确保ZMCR噪音低、损耗小; 可靠性极高,ZMCR最主要的特征就是整流晶闸管SCR安装在低压回路而不直接安装在高压回路中,SCR所需要承受的电压仅为高压回路的2%左右 ZMCR基本免维护、使用寿命不低于25年。ZMCR就像普通变压器一样,随处可放,使用方便,操作简单,皮实经久耐用;,,Company Logo,3.13 ZMSVC主要性能特点 (二),ZMCR无功补偿容量无级调节,使补偿效果达到最佳,可充分满足风电场快速动态补偿的要求; ZMCR谐波小,运行稳定。能在任何恶劣的波形畸变的电网系统中使用; 占地面积
23、小,是TCR型无功补偿装置的1/5; 过载能力强,可实现100%过载30秒,40%过载半小时,,Company Logo,3.14 ZMCR与TCR的差异化 二种方案对比,ZMCR方案 工作原理:改变电抗器饱和度,即阻抗,类似高压磁控软起方式形式,TCR方案 工作原理:改变电抗器工作电压,类似高压固态软起方式 形式,,Company Logo,3.15 MCR、TCR二种SVC无功补偿对比,,Company Logo,3.16 TCR主要缺陷及MCR优势 (一),TCR可靠性、稳定性不高: TCR晶闸管装在高压侧,由多只SCR串联组成的阀组,受其制造离散性及均压技术制约,降低了阀组的整体可靠性
24、,接入系统电压等级越高,可靠性越低。 对应ZMCR可靠性极高:ZMCR最主要的特征就是整流晶闸管SCR安装在低压回路而不直接安装在高压回路中,SCR所需要承受的电压仅为高压回路的2%左右; TCR运行时产生的谐波污染严重:TCR型SVC运行过程所产生的谐波电流总畸变率THDI在20%左右,需要加装滤波设备,增加了系统产生谐振的可能性。对应ZMCR采用最新第三代磁控电抗器技术,独特的磁极双饱和结构,保证谐波含量小(约3-6%),电网电能质量高。 占地面积庞大,增加建设费用:由于TCR型SVC相控电抗器采用了“干式空心”结构形式及SCR阀组、滤波设备、冷却设备使得其占地面积庞大,既占用了珍贵的土地
25、资源,也增加了项目建设资金。对应ZMCR安装体积小,MCR体积仅为TCR的1/5左右。,,Company Logo,3.17 TCR主要缺陷及MCR优势 (二),TCR维护工作量大,维护费用高: TCR因设备复杂、可靠性、稳定性不高,导致设备故障点多、故障率高,造成维护工作量大、维修费用高。对应ZMCR可靠性高,基本免维护、使用寿命不低于25年 TCR运行成本高:TCR型SVC损耗在3-5%,损耗是MCR的2-4倍。对应ZMCR独特的磁极双饱和结构,显蓍降低MCR损耗,确保功耗(平均)0.5%1%. 举例:10000kvar二种产品的损耗,MCR年节电运行费用达100-180万,2年收回成本。 TCR运行产生时大量电磁污染:TCR型SVC相控电抗器采用了“干式空心”结构形式,电磁幅射大,产生大量交变磁场,对人体产生危害。对应ZMCR独特的磁极结构及磁通回路,漏磁少,损耗小。,上海追日电气有限公司 联系电话:021-62602026 免费热线:800-880-5388 ,Thank You !,
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