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NANCAL有源滤波器在呼和浩特石化应用

NANCAL有源滤波器在呼和浩特石化应用
摘要:有源滤波器(APF:Active Power Filter),动态抑制谐波,补偿无功。
关键字:动态抑制谐波,补偿无功

 
 

1 引言
       随着电力电子设备的普及应用,由非线性负载引起的谐波污染、电网功率因数降低、三相不平衡等电能质量问题也得到越来越多用户的关注。对于谐波和功率因数问题,过去通常采用无源滤波装置来治理。无源滤波装置会占用较大的安装空间,且电容投切补偿响应慢,补偿不连续,存在过补偿和谐振的风险。

       有源滤波器(APF:Active Power Filter),是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置,能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行实时补偿。


图1有源滤波器原理

       有源滤波器不会出现过补偿和谐振问题,且体积小,方便扩容,尤其适合石化行业应用。

       本文主要介绍上海能传电气有限公司的有源滤波器在中国石油天然气股份有限公司呼和浩特石化分公司(以下简称呼和浩特石化)的应用情况。
 

2NANCAL有源滤波器简介

 

       NANCAL有源滤波器采用三电平拓扑结构,采用国际主流品牌IGBT、美国TI公司DSP芯片、国内知名品牌的电容、电抗等器件;软件方面采用先进的谐波、无功提取算法和快速电流闭环控制技术,实现精确补偿和快速响应,具备自动限幅和谐振回避功能,配备智能调速风机,独立风道设计,确保设备在极端条件下可靠高效运行。具有以下特点:

  1. 模块化设计
  2. DSP+FPGA全数字架构
  3. 全补偿或2-61次谐波任意选定补偿
  4. 97%谐波消除率
  5. 有源滤波、无功补偿、三相不平衡补偿
  6. 三相三线、三相四线兼容
  7. 过压、过流、过载等多种保护
  8. 以太网、RS485等多种通讯方式
  9. 自动休眠/唤醒
图2有源滤波器组成

3谐波对石化行业产生的危害
 

       谐波在石化行业中的危害主要体现在对电力设备的危害以及对计量和通信设备的干扰。谐波会使变压器和电缆等设备产生附加损耗,温升增加,使绝缘加速老化。谐波的存在会使视在功率增加,占用变压器的容量。同时,谐波对电力系统中的电容器等设备都造成负面影响。


 

图3 谐波可能造成的危害

(左上:变压器过热  右上:电容加速老化 下:通讯干扰)

4NANCAL有源滤波器在呼和浩特石化的应用

 

呼和浩特石化的主要谐波源为低压变频器。变频器主要用于柴油加氢装置、动力站、蜡油装置、硫磺回收装置、重整装置等。变频器采用常规的六脉波二极管整流方案,会产生大量的谐波,主要集中在6n±1次,以5、7、11和13次为主。这些谐波严重影响用电设备的安全:造成电网电压严重畸变;系统功率因数降低;电缆和变压器过热,绝缘老化加速;通讯干扰;仪表误动作导致供电中断等,进而影响到整个配电系统的安全和稳定。

本项目NANCAL除了提供新的有源滤波器柜机外,还对原有电容柜进行改造。改造后同时兼备谐波滤波和无功补偿的功能;柜体采用模块化安装,内部结构紧凑;适合现场设计的布置方式,缓解了现有配电室空间紧张问题。

 

NANCAL提供的有源滤波器清单如下:

 
 
设备名称 规格 安装方式 数量
APF+无功补偿 300A+240kVar 旧柜改造 2
APF+无功补偿 100A+240kVar 旧柜改造 2
APF+无功补偿 50A+240kVar 旧柜改造 2
APF+无功补偿 200A+300kVar 旧柜改造 2
APF+无功补偿 200A+180kVar 旧柜改造 2
APF+无功补偿 100A+300kVar 旧柜改造 2
APF 200A 新增柜机 2
APF 150A 新增柜机 2
APF 100A 新增柜机 6
APF 50A 新增柜机 2


 

图4 有源滤波器现场照片

 

       有源滤波器投入运行后,柴油加氢、硫磺回收装置的谐波畸变率从起初的31%降至3.3%,动力站及重整装置的谐波畸变率从28%降至3%,蜡油装置的谐波畸变率从34%降低至3.6%,改造柜体部分的现场功率因数均达到0.98以上,完全满足相关标准对谐波失真和功率因数的要求。


图5 动力站有源滤波器投入运行前后电流波形

 

5结束语

 

       NANCAL有源滤波器在石化行业实现成功应用,有效治理了炼油设备变频驱动装置产生的谐波,同时补偿了无功,对石化行业的电能质量提升效果非常显著。有源滤波器体积小,可靠性高,调试方便,并能同时满足谐波治理和无功补偿,和常规的无源补偿装置相比,具有很大的优越性。