变压器滤波改进方案

湖北郧县榕峰钢铁有限公司35kV中频炉系统滤波补偿方案济南银河电气有限公司二零一三年十一月一、概述1、供电系统简图2、设备主要技术参数2.1 电炉变压器一次电压：35kV二次电压：1000V额定容量：10000kVA连接组：D-7.5°dyn/D+7.5°dyn阻抗电压：7.79%2.1中频炉电源输入电压：1000V*2（2台变压器供电）整流脉动数：24脉输出功率：16000kW输出频率：150Hz4、谐波及低功率因数的危害大量的谐波以及较低的功率因数，会对电气设备造成的危害如下：钢厂轧机在轧制工程中，冲击负荷比较大，造成电压波动和闪变超标，会导致轧机生产效率下降，轧制不稳，产品质量下降；功率因数低，使电气设备从电网吸收大量无功，造成变压器容量增加，浪费大量能源，并且使用户的供电电压降低，从而降低了用户中频炉设备的工作效率；谐波对旋转电机的影响：谐波对旋转电机的主要影响是产生附加损耗，其次产生机械振动，噪声和谐波过电压；谐波会加速电力设备绝缘老化，易击穿；谐波对供电变压器的影响：谐波对供电变压器的影响主要是产生附加损耗，温升增加，出力下降，影响绝缘寿命；谐波对变流装置的影响：交流电压畸变可能引起不可逆变流设备控制角的时间间隔不等，并通过正反馈而放大系统的电压畸变，使变流器工作不稳定，而对逆变器则可能发生换流失败而无法工作，甚至损坏变流设备；谐波对电缆及并联电容器的影响，当产生谐波放大时，并联电容器将因过流及过压而损坏，严重时将危机整个供电系统的安全运行；谐波对通信产生干扰，使电度计量产生误差；谐波对继电保护自动装置和计算机等也将产生不良影响，容易产生误动。

5、产品设计和制造应遵循的标准产品性能在技术标书中无特殊说明或要求时，35KV电容补偿装置及其主要电气元部件均应满足以下标准：GB311.2-311.6-83《高压试验技术》GB763-90《交流高压电器在长期工作时的发热》GB2706-89《交流高压电器动、热稳定试验方法》GB3983.2-89《高电压并联电容器》GB4208-84《外壳防护等级的分类》GB7675-87《交流高压断路器的开合电容器组试验》GB50060-92《3-110kV高压配电装置设计规范》GB50227-95《并联电容装置设计规范》DL/T604-1996《高电压并联电容器装置定货技术条件》DL 442-92《高压并联电容器用串联电抗器订货技术条件》IEC289《电抗器》IEC 60060《高压试验技术》IEC60044－1 《电流互感器》IEC60044－2 《电压互感器》IEC60794 《光纤电缆》IEC60255 《套管》IEC60185 《绝缘子选择》IEC60129 《隔离开关和接地开关》IEC60099 《避雷器》GB3309《高压开关设备常温下的机械试验》GB311.1《高压输变电设备的绝缘配合》GB2900《电工名词术语》GB1985《交流高压隔离开关和接地开关》GB1984《交流高压断路器》GB191 《包装贮运标志》GB156 《额定电压》GB156 《标准电压》GB1208《电流互感器》GB1207《电压互感器》GB11022《高压开关设备通用技术条件》GB10229 《电抗器》GB/T 11024.1《标称电压1kV以上交流电力系统用并联电容器》GB12325-1993《电能质量公用电网谐波》IEC871-1（1987）《额定电压600V以上交流电力系统用并联电容器》GB1111-89《高压并联电容器装置》6、考核目标在考核点（供电公司35kV出线端）达到以下指标：1)月平均功率因数：＞＝0.90。

霍尼韦尔 SmartWave 有源电力滤波器—数据中心谐波治理方案上海澳通韦尔电力技术有限公司(Shanghai Autowell Power Electronics Co., Ltd.)是一家集电力电子产品开发、生产、销售、服务于一体的中外合资企业。

公司采用国际领先和成熟可靠的最新技术，以制造节能环保、电源清洁优化、再生能源并网等为中心的产品，为客户在节能减排、绿色电源领域提供更多更好的选择。

通过定制培训、客户应用分析与支持，营运维护培训及质保期延长服务等在整个系统生命周期为客户提供安全保障。

2009年，通过与美国霍尼韦尔 Honeywell International Inc.在知识产权领域的全面合作，开始生产、销售霍尼韦尔Honeywell品牌有源滤波器系列产品(Active Power Filter, APF)。

一：数据中心配电系统谐波现状为了满足大规模数据中心的运行需要，数据中心配电系统中的UPS使用容量在大幅上升。

据调查，数据中心低压配电系统主要的谐波源设备为UPS 、开关电源、变频空调、计算机及服务器等。

不同厂家的设备产生谐波电流含量有较大的差异，但普遍都偏高，THDi(电流总谐波畸变率) 甚至超过了50% 。

5次、7次、11次谐波严重，有时也含有较大份量的3次谐波。

并且这些谐波源设备的位移功率因数极高。

数据中心主要负载的谐波特性如下：●UPS电源，单机容量大，大部分为6脉波的UPS不间断电源设备（3次、5次、7次等)●开关电源，主要用于计算机等办公设备供电电源，数量多（3次、5次、7次等）●变频空调、电梯等，变频驱动设备为主要谐波源（5次、7次等）二：数据中心配电系统谐波的危害数据中心配电系统中的谐波会对用电设备和配电设备造成不利的影响，主要的影响有如下几点：(1)干扰通信和数据传输：谐波会对附近的通信系统产生干扰，引进噪声，降低通信质量，严重时还会丢失信息，使通信系统无法正常工作，同时影响电子设备工作精度而UPS等整流设备在整流充电过程中所产生的谐波还会影响到计算机网络中来，造成网络停机出错(2)谐波谐振造成设备损坏或开关误动作：正常情况下，电力系统的参数设计使得电路谐振频率远离基波频率，但是如果电路中出现谐振现象，就会造成严重的后果如果电路中出现了串联谐振，线路中的阻抗就会突然降低，线路电流接近于短路电流，这会造成线缆过热烧坏，进而出现系统短路开关跳闸等电力故障；而出现并联谐振，会表现为线路阻抗突然增大，所以系统的谐波电压被放大，这将造成线路电缆、配电开关、补偿电容等用电设备的绝缘被高压击穿，系统就会出现严重的短路故障(3)增大变压器的负荷容量：变压器会由于过大的谐波电流而产生涡流损耗和磁滞损耗，这些均会引起变压器铁芯温升过快，而造成设备工作效率降低；同时还会使绝缘损坏，甚至会造成设备短路故障为了抑制温升(对于变压器而言，温升每升高8 ，寿命将减少50%)，变压器需降容使用；(4)破坏继保装置的正常动作：谐波电流会引起继保装置的发热量增加，这将造成热磁型断路器和热磁型继电器额定脱扣电流降低，电磁型断路器则由于涡流影响而脱扣困难(5)加速电缆老化，缩短使用寿命：由于谐波电流，线缆中的实际电流有效值将大于基波电流；同时由于集肤效应，增加了导线的谐波电阻，增加了线路损耗，降低线路的传输能力，还可引起浸渍绝缘局部放电，加速电缆老化，缩短其使用寿命(6)引起电容器过载发热，增多击穿事故：电容器的阻抗特性一方面与自身的容量有关，另一方面还与电源的工作频率成反比，这使电容器非常容易吸收谐波电流而引起过载发热，绝缘介质加速老化，严重时，还会被击穿甚至发生爆炸。

将交流电（AC）转换为直流电（DC）并实现降压、整流、滤波和稳压的方案可以采用以下组件和步骤：
变压器（Transformer）：使用变压器将输入的交流电压降低到适合的级别，以便后续处理。

变压器具有输入和输出绕组，通过调整绕组的匝数比例来实现变压。

整流桥（Rectifier Bridge）：使用整流桥将交流电转换为直流电。

整流桥通常由四个二极管组成，它们将交流电的负半周期转换为正半周期，以获得单向的直流电流。

滤波电容（Filter Capacitor）：将整流后的直流电通过滤波电容器，以去除电流中的纹波和高频噪声。

滤波电容器在电路中充当储能元件，通过平滑输出电压。

稳压电路（Voltage Regulator）：使用稳压电路来保持输出电压的稳定性。

常见的稳压电路包括线性稳压器和开关稳压器。

线性稳压器通过调整电阻或晶体管的阻抗来维持输出电压稳定。

开关稳压器则通过开关元件的控制来调整输出电压。

需要注意的是，具体的AC转DC降压整流滤波稳压方案的设计和选择取决于应用的需求和要求。

功率级别、输出电压范围、负载特性和成本等因素都会影响方案的选择。

在设计和实施方案时，建议寻求电子设计专业人员的建议和支持，以确保符合要求的电源设计。

隔离变压器滤波能力和谐波耐受力的分析1、隔离变压器分类1.1、按输入输出接线方式分类：通常隔离变压器根据输出输入接线方式不同可以分类为：Dyn，Dd，Ynyn，YNd，Dzn，ZNd，Ynzn，Znyn八大类，D或d表示三角接线，Y或y代表星形接线，Z或z代表曲折接线（英文表示：Zig/Zag 联接），大写表示输入，小写表示输出，N或n表示中性点，通常隔离变压器，尤其是UPS系统和数据机房变压器接线方式主要是：Dyn11,Dzn0两种。

1.2、按输出数量分类：单输出，双输出，多输出等等，通常隔离变压器，尤其是UPS系统和数据机房变压器是单输出变压器，对于十二脉整流变压器或滤波变压器是双输出变压器，其接线方式是Dyn11d0,也就是说，输出有独立隔离的两组输出，一组接线方式是Dyn11,另一组是Dd0,两组输出相位差为30度，对于双输出或多输出变压器，实际应用中必须尽可能保证各组负载尽量相等，否则其滤波效用大大降低，但实际运行中要保证各组输出负载相等又很困难，基于这个原因，多组输出隔离变压器很少在实际中应用。

2、K系数的涵义：2.1、K系数是谐波热损耗的一个折算系数，通常从1到50，常选用：1、4、7、9、11、13、20、30，最经常选用的是：1、4、13、20。

2.2、对于供电和用电网络的涵义：K系数代表供电和用电网络中谐波的恶劣程度，K系数越高，代表供电和用电网络中谐波越恶劣，K=1代表供电和用电网络中不含有任何谐波，全部为基波分量，UPS系统和数据机房的供电和用电网络为：13和20，K系数不随负载率变化而变化，只和网络谐波频谱有关。

2.3、对于用电、供电和送电设备的涵义：K系数代表设备耐受谐波的能力，K系数越高，设备耐受谐波能力越强，K=1代表设备没有设计耐受任何谐波的附加热损耗的能力，只能在基波工况中才能安全运行，设备耐受谐波的能力随负载率提高而降低，因此，在供电网络容量不受限制时，可以选用较大容量的设备，通过降低负载率有限度地提高K系数耐受谐波能力，但这只是一方面，许多生产厂家和用户误以为只要增大容量就可以，这是一种对K系数耐受谐波能力的片面理解。

降低变压器零序阻抗的原因概述及解释说明1. 引言1.1 概述本文旨在探讨降低变压器零序阻抗的原因，并提供相应的解决方法。

变压器零序阻抗是指在三相电力系统中，当出现对称故障时，其对零序电流的阻碍程度。

降低变压器零序阻抗有助于提高系统的稳定性和运行效率。

1.2 文章结构本文分为五个主要部分：引言、变压器零序阻抗的原因、降低变压器零序阻抗的解决方法、实例分析及效果评估以及结论与展望。

引言部分将简要介绍文章的背景和目的。

1.3 目的本文旨在分析和讨论导致变压器零序阻抗增加的原因，并提供多种可行的解决方案。

同时，通过实例分析和效果评估来验证这些解决方法的有效性和可行性。

最后，将总结出结论并展望未来研究方向。

以上是文章“1. 引言”部分内容，描述了本文的概述、结构和目的。

2. 变压器零序阻抗的原因：变压器零序阻抗是指在三相不平衡工况下，变压器对于零序电流的阻抗特性。

具体来说，导致变压器零序阻抗的原因可以归纳为以下三个方面。

2.1 原因一：变压器构造中存在对称组件漏磁通产生的电动势。

在不平衡工况下，这些电动势会引起主绕组和中性点之间、主绕组之间或者其他设备之间形成额外的环路，并且这些环路都会有不同程度的对零序电流产生影响。

因此，对称组件漏磁通所引起的附加环路导致了变压器零序阻抗增加。

2.2 原因二：变压器铁心受到磁场激励时，铁心内部将会形成涡流损耗。

而在不平衡条件下，涡流损耗也将引起额外的回路并影响到零序电流。

这是由于涡流损耗会逐渐提高通过涡流路径产生失能，在多维空间上形成交错导体网格，并且每个网格都与其周围的网格进行相互耦合。

这种复杂的网状结构会导致附加零序电流通路的存在，从而增加变压器零序阻抗。

2.3 原因三：变压器绕组及设备内部存在不均匀性，例如线圈参数、相间连接等。

在三相不平衡条件下，这些不均匀性将导致零序偏移电流通过绕组路径产生失能。

由于绕组参数和连接方式的差异，零序偏移电流可能在绕组中形成附加环路，并且对零序电流表现出额外的阻抗特性。

技术方案总体说明宁夏佳盛远达铝镁新材料有限公司整流机组滤波补偿装置是依据招标文件提供的技术参数，并且参考了同等规模、同类负荷项目的基础上经进一步优化得出,主要参考工程如下:一、本技术方案的特点（1)无功补偿量的确定参考了上述项目的经验,确保不欠补也不过补。

本方案设计单机组总安装容量2６000kｖar，基波补偿容量１９７00kvａr。

（2）滤波装置设５次、7次以及11次高通滤波支路,其中5、7次单调谐支路以补偿为主，同时防止1１次以下非特征谐波放大，11次(高通)作为主滤波通道,以滤除12脉特征谐波.(3)滤波装置采用双星型中性点不平衡电流保护,该保护方式可以很灵敏地检测出电容器内部故障。

同时在滤波支路中加装避雷器和中性点避雷器,以消除由于电容器投切过程中产生的过电压，保护第三绕组系统及电容器装置使其免受到过电压的冲击。

(4)装设滤波补偿成套装置后,公共考核点电能质量能够达到如下指标:滤波补偿装置在电解系列电流5００ KA运行时,以及在8台机组和7台机组运行,以及全系列和半系列运行时，整流机组注入电网的谐波电流及谐波电压畸变率应满足GＢ/T1４5４9—9３国家标准的要求。

电压总谐波畸变率TＨDｕ≤1%。

允许注入公共联接点的谐波电流允许值按国家标准要求考核.在8套机组运行时，整流装置的总功率因数为≥0。

95,任何运行情况下总功率因数≯1；在7套机组运行时,整流装置的总功率因数为≥0。

90，在任何情况下运行均不会产生谐振。

不损坏电容器等设备。

滤波通道设置5次、７次、1１次共３个滤波通道,满足在任何运行方式（8套机组运行或7套机组运行)时,供电系统均不发生谐振，且谐波含量均满足本技术要求中“允许注入公共联接点的谐波电流允许值"要求。

二、本次方案针对铝厂的特殊考虑1、针对国内电解铝行业整流变第三绕组发生事故较多的现象,本方案采取以下措施来保证第三绕组的安全性.装设谐波保护单元,当检测谐波电流超过设计整定值时跳开电容器。

谐波问题导致变压器过热及其有源电力滤波器解决方案安科瑞王志彬2019.03谐波电流流过变压器时，会导致变压器发出额外的热量，使变压器在没有达到额定功率时便出现温度过高的现象，导致变压器的实际容量降低。

在工业上，一些变压器的负荷主要是变频器、中频炉等谐波源设备，这时，发现变压器仅仅达到50%负荷时，就温度过高。

在商业上，随着一些建筑物中的节能灯、以PC机为代表的信息设备等非线性负荷增加，变压器过热的现象也十分常见。

过高的温度会缩短变压器的寿命。

为了避免变压器过热，当负载是谐波源时，必须降额选用变压器（使变压器不工作在额定功率下）。

一种专门用于谐波条件下的变压器称为k等级变压器，这种变压器的绕组和铁心都按照更大功率的情况进行设计，能够承受谐波电流产生的额外的热量。

谐波电流造成变压器过热的原因是谐波电流增加了线圈绕组的电阻损耗（称为铜损）和铁心的损耗（称为铁损）。

谐波电流导致导线产生更大的损耗的原因是趋肤效应。

谐波电流导致铁心损耗增加的原因是铁心的涡流损耗和磁滞损耗。

涡流损耗的含义是，线圈产生的交流磁场在铁心上感应出电流，电流在铁心的电阻上发热而产生的能量损耗。

电磁炉就是利用这个原理。

另一个是磁滞损耗，它是铁心内部的磁畴在磁场作用下不断翻转消耗的能量。

这两部分损耗都与频率有关，频率越高，损耗越大。

解决方案：新型的谐波控制措施有源电力滤波器(APF)，是一种新型谐波抑制和无功补偿装置，它不同于传统的LC无源滤波器(只吸收固定频率的谐波)，它能对电流和频率都在变化的无功进行补偿，可以实现动态补偿。

有源电力滤波器系统由两大部分构成，即谐波和无功电流检测电路以及补偿电流发生电路。

其基本工作原理时，检测补偿对象的电流和电压，经谐波和无功电流检测电路计算得出补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功等电流抵消，最总得到期望的电源电流，达到了抑制谐波的目的。

优化输入电流的谐波方法关于优化输入电流的谐波方法介绍如下：随着电力电子设备在工业、交通和家庭等领域的广泛应用，其产生的谐波问题也越来越突出。

谐波会污染电网，影响设备正常运行，甚至威胁人身安全。

本文将介绍优化输入电流谐波的几种方法，主要包括整流技术改进、多重化技术应用、滤波器的使用、功率因数校正、软启动技术、动态无功补偿、谐波隔离变压器和智能控制策略。

一、整流技术改进整流电路是产生谐波的主要源头之一。

通过改进整流技术，可以有效地降低谐波含量。

其中，采用PWM整流技术是当前研究的热点，它可以对输入电流进行调制，使其接近正弦波。

通过合理地选择调制方式和脉冲宽度，可以实现对谐波的抑制和功率因数的提高。

二、多重化技术应用多重化技术是通过将多个整流器串联或并联，以降低每个整流器的电流和电压应力，同时减小输入电流的谐波含量。

多重化技术可以有效地提高整流器的功率等级，降低谐波畸变率，提高功率因数。

在实际应用中，常见的多重化技术包括二极管整流器和PWM整流器多重化等。

三、滤波器的使用滤波器是抑制谐波的重要手段之一。

根据工作原理，滤波器可分为被动式和主动式两类。

被动式滤波器主要通过电感器和电容器组成的串联或并联电路来滤除谐波，其优点是结构简单、成本低廉，但体积较大，滤波效果受电网阻抗影响较大。

主动式滤波器则通过向电网注入反向谐波电流来抵消原谐波电流，其优点是滤波效果好、体积小，但成本较高，需要实时检测和计算谐波电流。

四、功率因数校正功率因数校正（PFC）是一种用于抑制谐波和提高功率因数的方法。

通过采用PFC技术，可以将输入电流的波形校正为接近正弦波，从而降低谐波对电网的污染。

常见的PFC技术包括Boost电路、Flyback 电路和不对称控制桥（ASCB）等。

五、软启动技术软启动技术是通过在电机启动过程中逐渐增加输入电压的方式，降低启动电流峰值，从而减少由启动电流产生的谐波。

软启动技术可以有效延长电机寿命，减小对电网的冲击。