概况

谐波治理随着现代电力电子技术的应用广泛，如整流设备、电弧焊、变频器、UPS电源等大量的非线性、不对称以及冲击性负荷迅速增多，致使产生谐波、运行电压不稳、损耗增加等各种因素造成电能质量恶化，使运行设备存在安全隐患、运行不稳定、经济效率下降等现象。不对称负荷又加剧了三相不平衡度，冲击负荷从电网瞬间吸收大量无功，同时产生电压波动和闪变，影响设备正常运行，产品合格率下降，设备使用寿命缩短，系统功率因数达不到供电质量要求。其中谐波危害会产生电网谐振和谐波放大，导致原来按传统设计的无功补偿电容器发生过负荷甚至烧毁；变压器损耗增加，铁芯过热，缩短使用寿命；电力线路的电能损耗增加，电缆过热损坏等危害线路及设备。

为了针对以上电能质量存在的问题，以及现在电气设计人员设计无功补偿柜技术要求，根据广大配电用户已经存在隐患的：如“电压不稳”、“电压波动、闪变”、“谐波危害设备运行”、“开关跳闸、烧毁”、“变压器过载，温升高”、“功率因数低、力率调整费”等提供技术性解决方案及处理措施！

低压谐波治理产品选型：

一、适用范围

1）当非线性总负载容量,变压器容量：P<15％时（无背景谐波情况下），表示系统谐波污染程度较轻，推荐补偿类型为“普通型”（串联<1％电抗率）动态无功功率补偿装置（见图1）。普通型无功功率补偿方案可采用标准电压等级的纯电容器，400V配电系统采用415V的电容器即可。例如：KYLB0.4－420/1系列低压动态无功补偿装置。

2）当非线性总负载容量/变压器容量：15％

3）当非线性总负载容量/变压器容量：P>25％时，表示系统谐波污染程度严重，推荐补偿类型为“专用型”（滤波3、5、7、11次以上谐波）动态无功功率补偿装置。专用型动态无功功率补偿装置方案由调谐电抗器和滤波电容器组成。例如：KYLB0.4－420/1系列低压动态无功补偿装置。

4）当低压调谐式滤波补偿装置不能满足电网谐波要求（采用调谐式滤波补偿装置有过补偿危险时），可考虑采用低压调谐式滤波补偿装置加有源滤波方案或单使用有源滤波方案。例如：KYYLB有源电力滤波器。

二、KYLB系列低压动态无功补偿装置

KYLB系列低压动态无功补偿装置产品技术特点

l 全数字化设计，交流采样，人机界面采用大屏幕LCD中文液晶显示器，操作简便。

l 电容器投切开关采用可控硅无触点开关。

l 采用过零投切技术，实现投切无电流冲击。

l 快速动态响应，20ms内实现动态跟踪补偿。

l 补偿装置具有完善的故障自诊断功能和齐全的显示功能（能对过压、欠压、低负荷、电流谐波、电压谐波超限报警显示），在无人值守的情况下能可靠稳定地运行（能监测电网电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率、频率、总谐波电压畸变率、总谐波电流畸变率、电容器投切状态等），电容器投切控制程序支持等容、编码及滤波控制投切方式，并具有手动补偿和自动补偿两种工作方式。

l 柜内电容器可采用△接法、△+Y接法或Y型接法，实现共补与分补合理配置，既适用于三相平衡负载，又适用于三相不平衡负载，以*优补偿方式满足用户现场需要。

l 电容器支路串联干式铁心电抗器，可选择抑制谐波或滤除谐波。

l 封闭式金属柜体，防护等级为IP30，主要元器件由塑壳断路器、熔断器、无功补偿控制器、可控硅无触点开关、触发模块、干式铁心电抗器、电力电容器及配套元件等部件组成。

l 应用场合：负载功率因数低、变化范围大、变化速度快、对电压波动和动态补偿有较高要求的用电场合，如电力,机械制造、汽车、冶金、造船、港运、铁路、煤矿、化工、油田等行业 。

KYLB系列低压动态无功补偿装置应用

适用于冲击大、波动频繁、谐波严重的电网；可集共补和分补于一体，极大地方便满足了不同负载特性场合的需求。产品体积小、无噪声、投切无触点、响应速度快，是有触点低压无功补偿的更新换代产品。装置适用于400V低压配电网，可广泛用于户外台式变压器、室内配电室、箱式变电站以及冶金、机械、汽车制造、铁路、化工等企业用户进行自动跟踪补偿、配电监测和谐波治理。

主要技术参数

项目

参数及说明

使用条件

运行条件

1.额定电压：400V

2.工作频率：50Hz

环境条件

1.海拔高度：小于2500m

2.环境温度：户内，－30℃～＋55℃

3.相对湿度：5%～95％，无凝露

4.地震强度：＜ 8级

5.安全场所：除火灾、爆炸、水淹、强化学腐蚀等场所的地方

6.*大风速：40m/s及以下

7.防护等级：户内，IP30；户外，IP54

技术参数

投切振荡

无

合闸涌流

无

投切方式

采用可控硅无触点开关，过零投切方式

响应时间

小于20ms

补偿容量

 90-360kVar(单台容量),可以多台并用

功率总损耗

 ＜1.3W/kVar

补偿效果

功率因数可达0.95以上

谐波治理

系统谐波值满足国家标准

检测对象

电网无功功率及谐波值

保护功能

自检复归、自动复位、欠压、过压、谐波超限、小电流闭锁

显示功能

装置具有完善的齐全的显示功能，能对投切状态、功率因数、电网电压、电流、有功功率、无功功率、频率、总谐波畸变率等进行显示

产品应用

1）KYLB系列低压动态无功补偿装置主要用于机械制造、冶金、造船、矿山、化工、建材、油田、港口、煤炭、电网等用电负荷大、谐波畸变率高、电压波动大、无功电流大且三相电流不平衡等低压电网用户。

2）脉整流设备、变频器、直流电弧炉、直流轧机及中频炉等非线性负荷通常产生的特征谐波为5次、7次谐波。

3）对于电焊机、交流电弧炉、铁合金炉、电石炉等负荷通常产生的特征谐波含有3次谐波。

四、KYYLB有源电力滤波器

KYYLB有源电力滤波器产品技术特点

l  同类产品全球*小体积，88*440*680，仅为主流产品体积的30%

l  同类产品全球*轻重量，25KG，仅为主流产品的20%

l  同类产品全球*高功率密度

l  整机效率>97%，同类产品全球*高效率

l  可采用壁挂安装或机柜安装，同类产品全球*节约空间

l  采用DSP+CPLD全数字控制技术，**滤波可同时滤除2～50次谐波

l  10ms高速全响应时间，1ms快速响应时间

l  具有补偿谐波、同时补偿谐波和无功、同时补偿谐波、无功、和不平衡载三种模式

l  模块化控制，灵活多机组并联

l  简易操控及图形显示功能

KYYLB有源电力滤波器产品应用

1）KYYLB有源电力滤波器可广泛应用于工业、商业和机关团体的配电网中，如：电力系统、电解电镀企业、水处理设备、石化企业、大型商场及办公大楼、精密电子企业、机场／港口的供电系统、医疗机构等。

2）KYYLB有源电力滤波器特别适合于应用在高次谐波含量大，谐波次数多，系统功率因数高的系统。

五、KYLB-KR型矿热炉短网低压无功补偿及谐波治理装置

KYLB-KR型矿热炉短网低压无功补偿及谐波治理装置，是上海坤友电气有限公司以高可靠性和实用性作为基础,充分吸取国内外经验,经过长期实践和改进而研发出来的新一代矿热炉智能滤波及补偿节能装置。该装置主要解决了炉变三相短网长度不一致、电流大（几万安）、使得短网大量无功消耗不平衡、从而引起三相电极电压不平衡，造成矿热炉效率低，功率因数低、电能消耗大等问题。

本装置主要由智能控制系统、滤波补偿系统、保护系统、触发投切系统、水冷母线系统、防尘降温系统等六大部分组成。通过智能控制系统、滤波补偿系统的自动投切、实现提高功率因数、平衡三相电极电电压及提高炉堂的输出功率，从而起到为企业提高产量、降低能耗、电能质量达标的目的。我公司滤波补偿系统的技术达到国内先进水平，适合于钢铁、铁合金、工业硅、电石、黄磷、有色金属等冶炼行业。

矿热炉冶炼变压器大都处于高无功运行状态，其短网上大量的无功消耗及由此产生的大幅度的网络工作电压降是导致低产量，高电耗的主要原因。短网的低电压大电流特征决定了短网会产生大量的无功功率，无功功率会严重占用变压器荷载，制约了变压器输送有功的能力，致使炉变功率因数较低，一般不超过0.82； 特别是三相矿热炉变压器的短网布置长度不等，从而导致三相功率不平衡，加上冶炼电弧变化所产生的无功在炉变和短网上流转，加剧了整个矿热炉的无功损耗。为了达到提高用电效率、稳定产品质量、提高产量、降低生产成本的目的，响应国家节能降耗的政策，必须对矿热炉系统加装无功补偿装置。

1、高压补偿

在矿热炉变压器高压侧进行无功补偿，补偿的仅仅是高压网路的无功损耗。矿热炉变压器高压侧电压一般为10KV、35KV、或110KV。高压补偿又分两种：一种是直接将补偿装置接于高压侧；另一种是通过补偿变压器接于高压侧。用相应电压等级的补偿装置（包括电力电容器、开关、电抗器、避雷器、保护等成套设备，下同），直接接入矿热炉变压器高压侧（补偿装置接在矿热炉变压器进线端），也可以直接在变电站中，单独或集中补偿。其特点是：

1）设备简单，投资少；

2）补偿装置出现故障时电流不通过矿热炉变压器；

3）补偿装置不受矿热炉变压器接线变换及矿热炉其它方面变化的影响。

但由于其接入点在高压侧，矿热炉的功率因数并不能提高，故变压器的输出有功功率也不能增加，只能提高变压器前端即电网的功率因数。而且固定式补偿容易因负载或电网变化形成过补偿和欠补偿，达不到稳定补偿的效果。因而高压补偿*多只能达到不罚款的目的而不能产生明显的实质性的经济效益。

2、低压就地补偿

低压就地补偿方式为补偿装置连接在矿热炉短网末端，低压就地补偿可有效提高低压侧的电压，降低无功电流从而降低视在功率，降低短网、线路和变压器损耗；并可相应增加变压器的有功功率输出。由于低压就地补偿装置安装在矿热炉短网末端，直接在负载末端提供了很大的无功电流，使功率因数的提高具有实质性的经济意义。

相对高压补偿而言，低压补偿的优势主要体现在以下几个方面：

1）提高变压器、大电流线路利用率，增加冶炼有效输入功率。

针对电弧冶炼而言，无功的产生主要是由电弧电流引起的，将补偿点移至短网，就地补偿短网的大量无功消耗，提高变压器的出力，增加冶炼有效输入功率。

2）改善三相的强、弱相状况。

由于三相短网布置不平衡，通过电流后产生的自感和互感都不相同，三相不同的电压降就导致了强 、 弱相现象的形成。从理论上来讲，炉料的熔化功率是与电极电压和料比电阻成函数关系的，可以表示为 P=U2/R。从这一基本点出发，在三相短网与电极之间长度基本相等点，采取单相并联的方式进行无功补偿，综合调节各相补偿容量，使三相电极的有效工作电压趋于一致、平衡电极电压、均衡三相吃料，从而改善三相的强、弱相状并联史，在补偿后根据炉况调节冶炼档位和极心圆，使电极作业面积扩大，以达到增产、降耗的目的。

3）降低高次谐波值，减小变压器及网路附加损耗。

矿热炉是一种高能耗的电冶炼炉，具有电阻电弧炉的特性。电弧冶炼时会产生高次谐波，尤其以3、5、7、11次*为严重，如对此不加以限制和吸收，无论对设备还是补偿装置，都会产生不利的影响。因此在设备中，我们会根据冶炼的谐波状况将并联电容器设计成滤波回路。根据公式：Un=ln（nXL-XC/n）→0

U—谐波电压；ln谐波电流；XL—电抗器感抗值；XC—电容器容抗值。为降低和吸收n次以上谐波，应使L—C自振频率小于n。由于是就地补偿，冶炼时产生的高次谐波能被低压无功补偿系统的L--C谐波回路吸收，而不再通过变压器和高压网络，从而有效降低高次谐波值，减小变压器及网路附加损耗。

4）有效提高功率因数。

矿热炉的无功消耗主要在变压器和短网上，实施低压无功补偿，不仅就地补偿了短网和变压器的损耗，还能补偿高压线路的损耗，因此，相比高压补偿而言，其功率因数的提高无论对电网还是用户都是有效的。

5）稳定系统的无功消耗。

稳定系统的无功消耗主要表现为短网电极端冶炼电压的降低，实施低压无功补偿后，电压提高百分比为：du = Q*Xk/Sn（%）Qn—补偿容量；Sn—变压器容量；Xk—变压器阻抗百分比。同时，系统的电压变化和总无功量的变化是成正比的。针对矿热炉而言，冶炼负荷相对平稳，其变化主要体现在冶炼初期和出炉期。因此，在降低三相负荷不平衡的同时，考虑到负荷的变化范围，在补偿时予以容量上的变化控制，达到稳定负载端电压的目的，从而企业获取*大的经济效益。

结论：

由于一直来存在一些客观问题，如：人们对电能质量的认识不到位、相关机构不健全、部分企业不配合、以及部分地方对电能质量治理推进不坚决等原因，一直都是涉及用电安全的重大问题。

随着电网的不断完善以及用电单位对电能质量认识提高，节能降耗、电能质量、提升用电质量价值观是目前供电部门及用电单位共同实现安全用电保障之一。