电路板生产线谐波治理方案

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一、 背景概述：

苏州某公司电路板生产线用电设备主要为大功率的变频器，整流装置等非线性负荷，非线性负荷在运行过程中产生了大量的5次、7次电流谐波，经系统阻抗形成电压波形畸变，故造成了电容器组不能正常投切、补偿支路元器件经常损坏，电容器组衰减、老化快，注入公共连接点的谐波污染公用电网等问题。

二、 检验数据、分析：

          根据国标GB/T14549-93《电能质量 公用电网谐波》和现场测试结果，对4只电力变的谐波治理提出如下建议：

1、 TR1变谐波特别严重，在基波电流1200A的情况下，5次电流谐波高达210A，严重超过国标限值。据现场了解，负载总电流最大时可达到1800A左右，故5次电流谐波可能增至270A左右，电压总谐波畸变率预计超过国标5%的限值。

2、 TR2、 TH4、TH5三台主变均出现5次电流或电压超标现象，现有的普通电容补偿柜投入后与系统发生并联谐振，并导致谐波电流放大，影响生产用电设备长期稳定运行。

三、谐波滤除治理方式：

   1、因现场测试情况与负载性质

      特建议：TR1、TR4变采用有源滤波方式（WAPF）

                    TR2、TR5变采用无源滤波方式（WXL-A型TSF无源滤波）

四、谐波滤除装置设计方案：  

1、滤波补偿（WXL-A型TSF）装置的主要技术指标

1.1 滤波补偿系统接入整流变压器的二次侧。

1.2 对于5、7次谐波电流吸收率达到70%以上，相应次数的谐波电压满足GB/T14549-93要求。

1.3 响应时间≤20mS。

1.4 补偿的平均功率因数≥0.95。

1.5 补偿过程中电网电压波动满足国家标准GB/T14549-93要求，即：满负荷到轻负荷补偿变化引起的一次侧电压波动≤2.5%。

1.6 补偿系统具有以下安全运行措施：

 系统：过电压保护、过电流保护、欠电压保护、接地保护。

 电容器：过压、过流、过热保护及缺相保护。

 电感（电抗）：过流、过热保护。

1.7 补偿装置系统总功率损耗：P损小于1.5%*Q总（Q总为补偿总量）。

1.8 系统不产生无线电（射频）电磁干扰。

1.9 运行方式：全自动，连续工作。

1.10显示参数;PF,U,I,S,Q,P,工作状态等11种指示。

2、有源滤波（APF）装置的主要技术指标

（1） 低压动态有源滤波补偿装置（APF）为封闭式户内成套设备，其功能为用于动态抑制谐波，同时可进行动态无功补偿，它能对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。

（2） 动态有源滤波补偿装置要求采用技术成熟的器件，能自动根据电网运行方式的变化和负载的波动调整输出，以抵消电网中的谐波。

（3） 动态有源滤波补偿装置应独立于电网阻抗及系统阻抗之外，不受电网阻抗和系统阻抗变化的影响。

（4） 动态有源滤波补偿装置能滤除2~25次各次谐波，可设定需要滤除的谐波次段和滤除谐波的目标值。

（5） 动态有源滤波补偿装置应具有不等容并联扩容的功能，投入后方便扩容。可同时进行滤波和无功补偿，滤波和补偿容量应满足要求。

（6） 滤波器在滤波的同时必须避免过补偿，即动态有源滤波补偿装置可以做到只滤波而不产生无功功率，完全避免过补偿，也可以通过设定目标功率因数，将滤波后剩余的能量用于无功补偿。

（7） 动态有源滤波补偿装置应具备完整的保护装置，包括过载、过电流、短路等，以及具备系统自诊断功能。

（8） 三相负荷电流不平衡时，动态有源滤波补偿装置可正常补偿并消除负荷不平衡现象。

（9） 该装置需具有远程通信接口，用于连接监控系统，实现供电系统在线电力监控功能，接口为开放型 。

（10） 动态有源滤波补偿装置应具有液晶显示器和操作键的人机界面，液晶显示及操作界面应置于成套装置表面，方便进行参数设置、状态改变、信息查看等操作，并能显示运行状况、测量数据、故障报警等信息。

（11） 动态有源滤波补偿装置自身的高频载波不能回馈到电网，对其它系统和设备没有干扰。

（12） 动态有源滤波补偿装置的控制系统包括指令电流运算电路和电流跟踪控制电路。指令电流运算电路主要作用是对采样数据进行计算和分析，得出指令信号。对动态有源滤波补偿装置进行控制管理，包括：对滤波参数进行编程、同时滤除多种谐波的选定、不同功能的优先次序设定、无功补偿的功率因数设定、相平衡、零无功功率滤波。

（13） 该装置供电电源将输入电源转换为动态有源滤波补偿装置自身需要的控制电源，一般由进线变压器、交流滤波器、开关电源、电源板和防雷元件等组成。进线采用断路器或熔断器，实现装置内的过载、过电流、短路保护。装置内具有过载、过压、过热、缺相、短路、控制电压欠压、抗干扰等保护功能及外部输出警报、跳闸端口。

（14） 当系统中谐波电流大于滤波装置的额定容量时，滤波装置应具备瞬时过载200%的能力而不发生停机或损坏现象。

（15） 过压保护：防止系统出现过电压，在系统发生过电压时闭锁动态有源滤波补偿装置输出，同时有相应的报警。

（16） 温度保护：包括外壳温度过热保护功能和芯片温度过热保护功能，当内部温度超过预定值时，闭锁动态有源滤波补偿装置输出，并发出告警。

（17） 防雷保护：柜内配有防雷元件，防止雷击对滤波器造成的损坏，当防雷元件故障时，应提供报警信息。

（18） 装置可监测以下参数（包括但不限于以下内容）：

1) 实时监测消除滤波能力（百分比）

2) 线路电流基波与各次谐波含量

3) 电流畸变、频率等

4) 功率因数

5) 液晶显示：电网电压、电流，各次谐波电流值、电压畸变率、故障报警等信号。

工作原理：

APF型有源电力滤波器，是采用现代电力电子技术和基于高速DSP数字信号处理技术制成的新型电力滤波治理专用设备。它由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。指令电流运算电路实时监视线路中的电流，并将模拟电流信号转换为数字信号，送入高速数字信号处理器（DSP）对信号进行处理，将谐波与基波分离，并以脉宽调制（PWM）信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，驱动IGBT功率模块，生成与谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流并注入电网，对谐波电流进行补偿或抵消，主动消除电力谐波，从而实现对电力谐波的治理。

    技术特点：

功能全面：可同时实现智能滤除谐波、动态无功补偿、平衡三相负载功能；

性能优良：拥有近乎完美的谐波滤除效果;连续动态无功补偿，使

功率因数提高至0.95以上；保证负载平衡和设备安全运行；

   技术先进：可连续、动态跟踪补偿，40μS响应负荷变化，10mS完成补偿；

             滤波性能不受系统阻抗影响

   不会与系统阻抗发生串联或并联谐振，相反还能抑制系统已有谐振。

五、滤波补偿总容量的确定:

       计算公式：Q = P(-)

       根据现有的补偿容量及考虑谐波滤波容量，通过仿真计算，对滤波电路的基波补偿容量确定如下：

        1、WAPF:

    TR1变300 A(150*2柜=300)

                  TR4变200 A

        2、WXL-A型:

    TR2变240 KVAr

                  TR5变320 KVAr

        WXL-A型:滤波补偿支路的确定和基波容量分配：

              TR2变：

                   滤波补偿支路6条    每条基波补偿量40KVAr；

              TR5变：

                H5  滤波补偿支路1条    基波补偿量120KVAr；

                H4  滤波补偿支路4条    基波补偿量50KVAr