汽车厂焊接生产线谐波治理方案探讨

朱必泽

关键词：焊接谐波治理动态补偿 谐波通道校核

摘要：通过对谐波危害及成因的分析，提出解决治理谐波，提高电能质量方案，并对方案进行校核，达到较好的治理效果。

中图分类号：F407.471 文献标识码：A 文章编号：

汽车焊接生产线中焊接设备多，功率大，生产线上的设备自动化程度高，控制要求精度大，焊接质量要求高，但很多业主常被焊接设备产生的谐波困扰，甚至严重影响生产。

1、项目概况：

用户生产线的负荷为点焊机，现场的电能质量较差，由于点焊机负荷变化极为快速，并且引发大量的无功功率，这种负荷经常产生较大的电压波动、电压闪变，导致电焊质量差并影响焊接的生产效率，过电流会损坏电极及被焊接材料、而欠电流也会严重地影响焊接质量。而且单相焊机，产生了大量的高次谐波，并伴有谐振放大现象。根据实地考察发现变压器现行功率因数非常低，平均为0.63；电流，电压和功率因数波动较大且频繁，存在三相不平衡现象，三相电流不平衡度约为35％，电流总畸变率在20%左右，而且线路中谐波电流较大，并以3，5，7次为重。

2、项目治理目标：

目标功率因数达到0.95及以上；

限制涌流并对3，5，7次及以上谐波有抑制能力；

抑止谐振放大,防止出现因谐振放大而使断路器跳闸—无功补偿装置不能使用的现象发生；

根据用户的实际工况和用户的要求（替代原有的静态无功补偿装置），我认为须在进行无功补偿的同时进行谐波治理，以达到实时稳定电网电压和治理3，5，7次谐波电流为主的目的。

根据接触器投切电容器、复合开关投切电容器和无触点开关投切电容器的特点，综合治理目标经比选最后确定采用无触点开关投切电容器进行治理。

治理方案：

1、无触点开关投切电容器装置主要设计参数如下：

2电容器投切原则

2.1电压相关原则：

a.当电网电压高于过压设定值时，逐级切除电容器，直至电压小于过电压设定值。

b.当电网电压低于欠压设定值时，装置休眠。

c.当电网电压在过压设定值和欠压设定值之间时，按所需无功进行补偿——不足补，过补切。

2.2电流相关原则

当某相相电流为零（断路）时，自动切除该相电容器。

2.3无功相关原则

当线路中感性无功达投入设定值时，开始投入电容器。

当线路中容性无功达切除设定值时，开始切除电容器。

2.4补偿过程中不产生投切振荡，不产生涌流，不产生谐波。

3 无触点开关投切电容器装置的技术特点

3.1、动态无功补偿装置显著的快速响应时间

无功功率补偿装置的响应时间，是补偿装置最重要的指标之一，尤其是在汽车焊接工况下，响应时间的快慢直接影响到焊接质量。而动态无功补偿装置能做到20ms内投切全部电容器组，达到快速稳定电网电压，满足现场负荷快速变化的要求。动态无功补偿装置从网络检测、投切运算到触发可控硅模块、直至投切电容器组实现无功补偿，总的响应时间≤20ms。

3.2、独特的投切技术，降低浪涌电流，延长设备使用寿命

为防止和减小在电容器投入时产生的浪涌电流（浪涌电流过大会影响电容器的寿命），电容器的投切过程是一个很重要的技术问题。

动态无功功率补偿装置采用了电流过零触发技术，电容器组投入时不产生浪涌电流，而且在电容器的端电压与电网电压大小相等、极性一致时，电流过零点进行投切操作，无论电容器的投或切，都不会产生冲击电流和过电压，电容器无需放电即可重新投入，从而实现电容器的频繁投切，此方法有效地避免了电流冲击，显著地延长了电力电容器的使用寿命，能克服投切电容对电网产生的扰动，提高了电能质量。

3.3. 谐波抑制通道设置

根据国标GB50227－95<<并联电容器装置设计规范>> 用于抑制涌流和抑制谐波的电抗器，当并联电容器装置接入电网处的背景谐波为5次及以上时，电抗率宜采用4.5%~6%；当并联电容器装置接入电网处的背景谐波为3次及以上时，电抗率宜采用12%……因为一旦发生谐振，谐振电流将达到数倍的电容器额定电流，足以损坏电容器，严重时甚至导致低压配电系统的崩溃，故应对无功补偿装置进行校核。

无触点开关投切电容器装置安全运行校核

1、根据低压动态无功补偿装置滤波系数曲线系统短路容量越小，动态滤波补

偿装置在0.4KV母线的各条滤波支路滤波效果越好；系统短路容量越大，滤波效果越差；

2、通过对本案并联谐振的校核表明各支路的投入，在运行区间内避开了特征谐波电流点，故整个装置是安全可行的。

3、通过对本案串联谐振的校核表明各支路的投入，在运行区间内避开了特征谐波电流点，故整个装置是安全可行的。

4、 电容器安全运行校核：

电容器在运行中，除流过基波电流外还将流入负荷产生的谐波电流。这样通过电容器的电流包括基波电流和谐波电流，其中谐波电流与滤波器支路相对应的次数为主。这些电流通过电容器将产生基波电压和谐波电压，由于滤波器长期运行于这种状态，故可保证长期安全运行。

本案针对用户提供的谐波特性进行了设计，并对方案进行了系统安全校核，滤波器的安全运行进行了安全校核。故本案的补偿装置参数是合理的，电容器在现场工况下可安全的运行。

该案通过业主试运行，运行状态良好，业主反馈应用效果：

投切精度高,功率因数能够补偿到0.95以上,大大提高变压器的负载能力。

动态补偿、滤除谐波,可降低变压器温升,节能效果明显。

稳定电网电压。

无论是三相平衡负载或是三相不平衡负载，或是谐波严重的非线性用电设备,本案均能迅速向系统提供无功功率使整个系统功率因数保持在最佳状态。系统不会发生谐波放大，且能按标准抑制和治理谐波。

具有动态同步滤除谐波的功能,可大幅减少电网谐波量。具有网压支持功能,可使供电网压的波动大幅减少。