建设项目案例分析及应用

摘要：随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，相关部门对建设项目提出的要求越来越高。项目中使用的电气设备很多是大功率非线性负荷，它的存在导致恶劣的谐波环境出现，对电力系统和设备的安全、正常运行也造成了极大的威胁。深圳市建筑工务署工程管理中心为深圳市政府投资项目建设单位，建设项目中有许多医用大型设备、大学实验精密仪器、大型计算机、变频空调、LED灯具、电梯、舞台灯光和UPS电源等谐波源，很容易出现空开无故跳闸，输电线路发热严重，变压器过热烧毁，PLC等控制系统无故停机、数据显示不准确，通信系统受到严重干扰等情况。电能的质量直接影响项目交付时的使用质量，所以，考虑对谐波的治理是很有必要的。

关键词：有源滤波器；谐波环境；谐波电流；谐波源

有源滤波器是利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。有源滤波技术作为一种高效的谐波治理技术，是消除谐波污染、提高电能质量的有效工具。深圳市建筑工务署工程管理中心结合自身优势，组成专业技术团队，与CQC等第三方质量认证结构一起建设有源滤波器品牌库，进行有源滤波器在项目中的应用和案例分析，为保证政府建设项目的电力系统的运行安全提供有效的解决方案。

1案例分析

1.1案例现象

深圳市盐田综合保税区沙头角保税区匝口使用时频繁跳闸断电。2014-01-22，深圳盐田综合保税区经国务院批准设立，园区规划面积2.17km2，主要由原2004年成立的盐田港保税物流园区、1996年成立的盐田港保税区和1991年成立的沙头角保税区整合而成，实现了区域整合、资源整合和功能整合。我中心于2014-07开始建设，2015-07通过国家11个部委的联合验收组验收。沙头角保税区闸口共4条货运通道，2进2出，于2015-07建成并投入使用，每天流量3000台货运车。在其使用过程中发现，闸口始终有跳闸断电的情况，严重影响了通道车辆的正常检查运行。深圳海关多次提出意见要求整改，监理、设计院和施工单位多次检查相关图纸和施工质量，并未发现断电原因。

1.2案例分析处理

根据案例现象，深圳市建筑工务署工程管理中心组织相关技术人员和监理、设计、施工单位人员分析原因，排查线路，更换相关的元器件设备，仍然出现跳闸现象。由现场用电设备情况发现，匝口设备的UPS供电电源功率比较大，还有道闸设备和LED灯具等设备，这些设备都会产生大量谐波，特别是设备启动时，对电网的冲击比较大。经过技术分析，项目组安装一台有源滤波器，对谐波进行治理，现闸口使用良好，并未发现突然跳闸断电的情况，保证了深圳海关进出通道检查的正常进行。

2有源滤波器项目案例应用和技术分析

2.1案例现象

陕西宾馆配电系统总进线开关无故跳闸。

2.2案例分析应用及技术分析

陕西宾馆是西安市政府接待宾馆，在未使用有源滤波器时，总进线开关无故跳闸，严重影响到酒店的经济效益。经分析，该项目配电系统负载主要为节能灯、空调、水泵等设备，并存在三相不平衡的情况。同时，电网中存在大量的谐波电流污染，主要以3，5，7次为主，N相电流极大，谐波含量大，三相不平衡严重（负序电流大），导致该变压器下其他设备不能正常工作，同时，变压器发热量大。之后采用有源滤波器集中补偿谐波电流，共6台变压器，每台变压器采用150A有源滤波器。使用有源滤波器后，电流波形矫正明显由极不平衡的状态治理成了极为平滑的正弦波，谐波电流有效值在超出滤波器容量范围的情况下，有源滤波器的补偿率达到了90%以上，三相不平衡现象有所改善，有效解决了总进线开关无故跳闸的问题，具体情况如图1所示。原有三相不平衡A/B/C最大不平衡电流为30A，治理后，三相不平衡现象基本消除。治理前后三相电流数据如图2所示，治理前电流记录曲线如图3所示。系统总电流由408A降低为397A，电流有效值降低了3%；总的电流畸变率由20.7%降为2.8%，N线电流下降明显。治理前后谐波电流畸变率如图4所示。N线电流值如图5所示。3有源滤波器在政府建设项目应用规范为了保证政府建设项目电能质量，深圳市建筑工务署在政府建设项目中对有源滤波器的使用做出如下规定：有源电力滤波器应在以下工作环境中正常运行：①工作电压为AC0.38kV±20%；②工作频率为50Hz±5%；③工作环境是，温度为－25～＋50℃，湿度为5%～90%；④海拔高度小于1000m。有源电力滤波器在额定补偿范围内，谐波治理后的低压配电系统应满足国标要求（《电能质量公用电网谐波GB/T14549—93》）。有源电力滤波器应采用双DSP+CPLD数字控制的滤波方式，逆变模块的开关频率不低于20kHz。柜内电源电路、主控制电路、采样电路等均需要自主研发，具有良好的品牌一致性和技术经验。有源电力滤波器的控制算法应采用瞬时无功功率或DFT算法。有源电力滤波器的谐波治理应满足以下要求：①滤波范围为100～2500Hz（即2～50次谐波），并能选择性滤波，各次谐波补偿均可分别设定；②响应速度小于等于10ms；③电流互感器小于5A；④自身损耗小于3%（额定功率）；⑤冷却方式为强制风冷；⑥运行噪声小于等于65dB（额定工况下1m距离）。有源电力滤波器应根据系统要求采用三相三线（或三相四线）的电气接线。有源电力滤波器应具有完备的内部保护功能（包括过压/欠压、过电流、短路、缺相等）和系统自诊断功能，并且加装断路器、熔断器。有源电力滤波器的性能应独立于电网阻抗和低压配电系统阻抗之外，不受电网阻抗和低压配电系统阻抗变化的影响。有源电力滤波器应有中文的液晶显示器和友好的人机操作界面，能显示设备运行状况、测量数据、故障报警等信息，并可由用户进行参数设置、状态改变和信息查看等操作，可同时监测电网、负载谐波和功率情况，具有一般电能测试仪器的功能。有源电力滤波器应具有2～50次谐波的滤波功能，可单独选择2～50次谐波，用户可以根据需要设定需要滤除的谐波次数和滤除谐波的目标值，可单独设定每次谐波，单次谐波电流幅值补偿系数与相位补偿系数可调。有源电力滤波器应具有RS-232/RS-485智能接口和标准接口协议，以方便用户将设备运行状况、测量数据和故障报警等信息接入到监控系统，并免费提供智能接口的相关技术通信协议。有源电力滤波器的谐波采样应采用精密互感器。有源电力滤波器应能实现多台直接并联运行的平滑扩容。多台有源滤波器装置并联时，所有有源滤波器装置应能共用一套电流互感器。有源电力滤波器应具有过载保护能力，自动限流在100%额定输出。当系统谐波长期超过滤波器额定值时，滤波器也能正常工作。有源电力滤波器采用开环控制，采样负载电流，保证运行的可靠性、精确性和响应的快速性。另外，它可以承受－20%～＋20%的电压波动，以及±5%的频率波动，适应各种不同工况的供电环境。如果电压波动超过上下限，自动闭锁输出，并发出告警。有源电力滤波器并联接入电网，不会因故障导致电网断路；多台并联系统，如果一台因故障退出运行，其他有源滤波器仍能正常工作，实现滤波功能。另外，它可进行谐波补偿、无功补偿或谐波无功同补，用户可通过人机界面操作。滤波器自身的高频纹波电流峰峰值不大于2A，不能回馈到电网，对其他系统和设备进行干扰。当系统断电时，滤波器应自动断开；在系统恢复后，滤波器能自动恢复。

作者:覃志东 单位:深圳市建筑工务署工程管理中心