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NANCAL有源滤波器在华北石化应用

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和功率因数补偿装置来治理。无源滤波装置会占用较大的安装空间,容易引起谐振,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。


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华北石化分公司(以下简称华北石化)的应用情况。


2、公司简介

能科科技股份有限公司总部位于北京,上交所主板上市公司。主要业务包括:电气传动及系统集成、新能源和智能制造。

上海能传电气有限公司是能科股份控股子公司。公司专业从事高压变频器、低压工程型变频器、岸电电源、有源滤波器、静止无功发生器等电力电子产品的研发、生产、销售和服务。公司主要研发骨干均为电力电子和电气传动专业研发人员,为国内较早从事变频器及电能质量产品研究的团队,曾主导参与了国家能源局组织的西气东输20MW级电驱压缩机组变频装置国产化研制项目,核心研发人员获2015年中国机械工业科学技术特等奖。

3、NANCAL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:

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

有源滤波器组成


4、石化行业谐波治理的价值

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。对谐波进行有效治理后,可以达到以下效果:

提高配电安全可靠性
主回路开关温度降低;变压器温度和噪音降低,延长设备大修周期,提高设备使用寿命。
释放配电网容量,避免电力罚款
谐波治理的同时保持功率因数优于供电部门要求,避免大量的力调电费罚款;视在电流下降,配电容量提升。
确保计量通信设备正常工作,不受干扰

谐波治理前后变压器温升对比


5、NANCAL有源滤波器在华北石化的应用

 

华北石化现场需新增9个配电室,均采用NANCAL的有源滤波器,用于治理由低压变频器产生的谐波。现场有大量电机采用变频调速,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和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。

考虑用户提出未来有扩大产能的可能,NANCAL提供的每台有源滤波器柜都具备后期扩容的能力(通过增加柜内模块,可实现单柜电流补偿600A),原有柜体尺寸保持不变。

 

NANCAL提供的有源滤波器清单如下:

供货方式

配电室名称

规格

数量

APF

柴油加氢装置

100A

2

APF

常压变电所

100A

6

APF

动力站

100A

2

APF

蜡油装置

100A

2

APF

硫磺回收装置

200A

2

APF

渣油变电所

100A

4

APF

制氢装置

200A

2

APF

重整装置

200A

2

APF

储运

120A

4

APF

循环水场

120A

2



有源滤波器现场照片

有源滤波器投入运行后,谐波和功率因数等指标均满足供电部门和相关标准要求。新增配电室的监控通讯工作正常,变压器及主开关温升较低,总谐波畸变率平均低至2。6%,完全满足相关标准对谐波失真的要求。


蜡油装置有源滤波器投入运行前后电流波形及数据对比
 

6、结束语

NANCAL有源滤波器在石化行业有效治理了炼油设备变频驱动装置产生的谐波,对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,并能同时实现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。