在一個水處理工廠里，將失真的設備連接到備用發(fā)電機會產(chǎn)生干擾電流。可以先采取臨時處理方案，然后使用有源諧波濾波器。
變頻驅(qū)動器VFD（variable frequency drive）在關鍵電機的調(diào)速和優(yōu)化功率消耗方面具有許多優(yōu)點，但是也很容易造成相鄰配電系統(tǒng)的諧波失真。配電系統(tǒng)能夠吸收部分失真，但是當VFD直接連接在發(fā)電機驅(qū)動的電路上時，產(chǎn)生的干擾也可能會影響操作的可靠性。
當額外的設備投入運行時功率消耗以明顯的幅度增加。 通常，水處理廠配備有VFD、臭氧發(fā)生器以及其它可以造成諧波失真的負載。多數(shù)的工廠里也配置了緊急備用發(fā)電機，以備外部電源停止或非正常時為重要設備供電。這樣的反滲透淡化廠始終關注著諧波的長期影響效果，以及他們的938 kVA備用發(fā)電機在大型變頻泵造成諧波失真時運行是否可靠。
而工廠的操作人員一直擔心，在應急操作時間延長的情況下，發(fā)電機可能發(fā)生故障。為了確定故障的程度，操作人員編輯諧波測量結(jié)果，比較正常使用和使用備用發(fā)電機時的失真程度，并根據(jù)測得的數(shù)據(jù)通過工程分析來評估諧波抑制技術(shù)。
監(jiān)控失真
施耐德電氣在工廠的配電盤進線端檢測諧波的失真情況。測試設備為一個能夠測量200多個電源系統(tǒng)參數(shù)的便攜式電路監(jiān)控器。諧波失真的測量采用每個周期512點的采樣率進行取樣，保證第250次諧波的準確性。
負載測試表明：在當時的情況下，工廠備用發(fā)電機的負載量接近其53%的額定負載（如平均電流圖所示）。測試期間的負載峰值為403kW和431kVA。測試中的平均RMS電流表明了不同機器運行的影響。
測試過程中，當使用發(fā)電機供電時電壓略有降低，但無論是正常使用還是發(fā)電機供電都能夠維持在可被接受的穩(wěn)態(tài)電壓范圍里——480V的100%~103%。電壓失衡程度也在小于1%，在可接受的范圍內(nèi)。
負載測試表明負載最少時功率因數(shù)最低，所有設備同時運行時功率因數(shù)最高（如功率因數(shù)圖所示）。由于諧波固有的功率因數(shù)改進特征，使得常規(guī)的諧波濾波器很難削弱此電路上的諧波。
負載測試也表明480 V總線上的電壓失真幅度在正常使用時最高峰值可達大約6.5%，在使用備用發(fā)電機時可達大約10%（如諧波失真圖所示）。當60hp設備與250hp設備一起工作時，由于ΔY變壓器和線性反應器結(jié)合產(chǎn)生的消除效應，電流失真會減少。電流總需量畸變系數(shù)TDD（total demand distortion）是由80%的發(fā)電機額定電流除以諧波電流得出的，或直接取900 amps。
多大程度的失真是可以接受的？
IEEE 519-1992標準《電力系統(tǒng)諧波控制推薦規(guī)程和要求》提供了一些關于“多大程度的諧波失真可以接受”的指導方針。最初，該標準作為推薦規(guī)程供電力使用單位及其客戶參考；現(xiàn)在，該標準已被廣大工廠企業(yè)作為測定現(xiàn)有設備諧波電流的指南性文件加以普及和使用。
對淡化廠的正常電力使用和備用發(fā)電機供電所進行的測試表明，主要的電力系統(tǒng)參數(shù)，包括電壓校準和失衡以及電流失衡，都在可接受的范圍內(nèi)。盡管諧波失真的程度沒有嚴重到對工廠的正常生產(chǎn)運行有明顯的影響，進一步減弱諧波仍然是不可忽略的工作。操作員關心諧波帶來的長期影響，而由于使用備用發(fā)電機時的諧波常常超過IEEE 519-1992標準所規(guī)定的諧波范圍，他們更擔心應急操作時間延長的情況下發(fā)電機能否穩(wěn)定可靠地繼續(xù)工作。此外，諧波減弱技術(shù)也能延長設備使用壽命，增強系統(tǒng)的可靠性。
諧波限值表（如圖所示）顯示了與通常用于電力發(fā)生設備的IEEE 519-1992標準諧波限值比較的測試結(jié)果。和演示的一樣，在線測量的數(shù)據(jù)超過了這個限值。除此以外，施耐德電氣還進行了不同抑波技術(shù)的計算機仿真。
仿真與減弱分析
施耐德電氣通過諧波仿真可以估算不同的情況下諧波電流的減少量。如前面所提到的，在250hp設備和60hp設備同時工作就已經(jīng)獲得了第5次和7次諧波電流的諧波消除效果。系統(tǒng)分別要求5次諧波的電流減少27%，7次諧波的電流減少16%，盡管如此造成了總RMS電流增加了19%。最壞的情況也就是最高諧波峰值，在只有250hp設備工作時才會出現(xiàn)。總體來說，有4種解決方式：
繞過一個ΔY絕緣變壓器——每個250hp設備有ΔY絕緣變壓器。繞過其中一個ΔY絕緣變壓器就能獲得不錯的效果，即減少了諧波電流失真的數(shù)量。再加上上面提到的250hp和60hp設備同時使用的方法，減弱了第5次和7次的諧波電流。而旁通回路的第5次和7次諧波電流保持不變，一旦再運行一到兩個250hp設備，就會產(chǎn)生額外的消除作用。然而，這項技術(shù)僅適用于沒有更有效的解決辦法的情況下的臨時改造。
無論是正常使用或備用發(fā)電機供電，功率因數(shù)都反映出相似的特性。94% 的全負載功率因數(shù)不允許僅僅使用一種抑制策略。
當三個250 hp 設備運行時，諧波失真達到峰值，但是由于良好的消除效應，再增加的60 hp 設備卻減輕了失真的程度。 替換一個ΔY絕緣變壓器——一種更為有效的諧波減弱技術(shù)就是用ΔY交錯繞組變壓器取代其中一個ΔY絕緣變壓器，而非繞過它。因為諧波電流不是通過ΔY交錯繞組變壓器周相移動，所以這樣的改進也增強了第5次和7次電流的消除效應。這種方法同時也保留了諧波衰減的正面影響。
無源諧波濾波器——可以在480V主電路安裝一個5次無源諧波濾波器，但是由于無源諧波濾波器也會增加基礎功率因數(shù)，所以這種方法并不實際。由于設備的功率因數(shù)已經(jīng)很高（全負載時可達94%），在工廠沒有達到最先進的功率因數(shù)的情況下，系統(tǒng)無法容忍更多的負荷。
有源諧波濾波器——該廠最佳的解決方案是通過在480V主電路上安裝有源濾波器來減弱諧波電流。有源濾波器能夠測算出負載所需的諧波電流量，并且使電流產(chǎn)生180°的相位移。該方法可以很大程度上減弱諧波失真的程度，通常被用在必須嚴格遵守諧波限值的場合。此外，施耐德電氣推薦安裝現(xiàn)場功率監(jiān)控設備，從而可以跟蹤諧波失真中的設備性能、電壓質(zhì)量、干擾和費用的情況。
過渡性的和永久的解決方案
通過臨時設置旁路繞過絕緣變壓器，從而增加諧波消除，工廠降低了諧波的失真程度。這一非常規(guī)的手段幫助工廠度過了整個夏季運行高峰。之后，工作人員在主配電盤上安裝了有源諧波濾波器。該設備最終消除了諧波失真的影響。安裝有源濾波器后的測量結(jié)果顯示電流失真低于8%，電壓失真低于2%。
|
