10kV高压谐波治理兼无功补偿治理方案(模板示例)

10kV高压谐波治理兼无功补偿治理方案(模板示例)

10kV高压谐波治理兼无功补偿治理方案

1 系统概述

根据某铜业厂提供的现有配电系统情况可知，工厂现有35KV进线一条，该线非该厂专线。厂内主要负荷为电解铜生产线及大功率电机等用电设备。因电解铜生产线采用的是可控硅整流装置。由于可控硅整流装置的六脉及12脉整流特性，在运行过程中将产生以6N±1和12N±1（N为正整数）为主的谐波电流注入电网，危及到其它用电设备及电网的用电安全。同时因系统功率因数比较低，故用户在10KV母线上安装了一套高压电容补偿柜，但由于电解铜等用电设备在运行时产生了较大的谐波注入系统，而电容补偿柜在投入后又与系统发生并联谐振，对系统谐波进一步放大，造成电容补偿装置在谐波环境下运行因过载而发生较大的异常声音，甚至造成部分电容柜无法正常投入，经常造成高压补偿电容器的熔丝爆炸烧毁。

用户配电系统一次示意图如图1所示。

因负载大部分采用的是六脉波及12脉波整

流，产生的主要谐波为：6N ±1次及12N ±1（N

为工频频率倍数）。故10KV 段谐波的特征次为5、

7、11、13．．．．．．。其中5、7、11次谐波相对较

大，故滤波装置应考虑以滤除5、7、11次谐波

为主的滤波方式。根据我司于2007/09/21日对

配电系统10KV 母线 I 段的谐波测试数据分析，

将设备运行时产生的各次谐波值分析如下：

35kV 侧用户协议容10MVA ，设备容量90MVA ，

正常方式下短路容量为689MVA 。

为了对滤波装置的滤波效果要求更为严格，故各

次谐波电流注入允许值可按最小短路容量为

689MVA 的标准来考核，见表1。

表1注入35kV PCC 点各次谐波

电流限值 2次 3次 4次 5次 6次 7次 8次 9次 10次 11次 12次 13

次

13.78 4.49 7.07 5.30 4.69 5.05 3.49 3.77 2.85 4.55 2.39 4.0

8

14次 15次 16次 17次 18次 19次 20次 21次 22次 23次 24次 25

次

2.0 4.1 1.7

3.3 1.5 2.9 1.3 1.6 1.2 2.4 1.1 2.3

2 3 5 1 6 4 8 5 9 8 9 0

表1：35kV变电站电源开关进线侧注入公共连接

点的谐波电流允许值

表2 注入10kV PCC点各次谐波电流限值（折

算）及实际测量值

表2：因不知道用户10kV侧的短路容量，故从

35kV侧折算出10kV电源开关进线侧注入

公共连接点的谐波电流允许值及各次谐

波电流实际侧量值，因15次以上的各次

谐波相对较小，表中不一一列出。

上述谐波电流通过主变返送到电网，会造成上级

电网母线谐波电流（电压）超标。因此，本方案

设计在10kV母线I段上安装一套高压滤波补偿

装置，使10kV接入点（考核点）的谐波及功率因数满足国家标准的要求。

国标GB/T 14549-93规定如下：

公用电网谐波电压（相电压）限值见表3。

表3

电网标称电压

kV

电压总谐

波畸变率%

各次谐波电压含有率%

奇次偶

次

0.38 5.0 4.0 2.0

6

4.0 3.2 1.6

10

35

3.0 2.4 1.2

66

110 2.0 1.6 0.8

4 谐波电流允许值

公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量（方均根值）不应超过表3中规定的允许值。当公共连接点处的最小短路容量不同于基准短路容量时，表3中的谐波电流允许值的换算见附录B（补充件）

表4注入公共连接点的谐波电流允许值

谐波次数及谐波电流允许值

5确定基波无功功率补偿容量

根据前面对I 段母线现场的谐波测试数据

分析可知，10kV 母线I 段总进线端的功率因数

为0.92左右，有功功率在8000kW 之间。平均功

率因数在0.92左右，系统所缺的无功基本都在

2800～3300kVar 之间。

按如下公式即计算出需要补偿的无功功率

Q ＝P （1sec 12-θ－1sec 22-θ） 取COS 2θ=0.98

得到需要补偿的无功功率Q＝1800kVar，以下将以此无功补偿容量作为设计各滤波回路的依据，同时考虑其它部分小负荷接入运行或所有负荷都满负荷运行时，10kV I段母线所需的无功补偿量。

6 滤波补偿对网压波动的改善预测

引起网压波动的原因在于电网无功功率的变化，有关网压波动的计算公式如下：△Sb—系统基准容量

△电压波动最大值为：

△Vmax(%)=100*△Qmax/Sc

Sc=Sb/Xs Sc—供电点至电源的短路阻抗标么值。

补偿前的Vmax(%)=100*△Qmax/Sc=100*3.3/156=2.1

补偿后的Vmax(%)=100*△Qmax/Sc=100*1.5/156=1 –取补偿前相同有功功率为参考。滤波补偿对网压波动的改善是明显的。

7 10kV侧滤波补偿FC方案设计

7.1滤波方案的确定

采用三频率点滤波，用系统仿真分析比较了

多组滤波组合的滤波效果，并从中选出5，7， 11次三个滤波支路为组合方式，因系统中11次以上的各次谐波分量较小，故本方案设计11次采用高通滤波。在相同基波的补偿容量下，采用5，7， 11次滤波组合有利于吸收系统中的5,7， 11次及11次以上的各谐波，同时对其它次谐波也不会产生放大作用。为了更好地吸收11次及11次以上的特征谐波电流，方案设计时将适当加大11次的安装容量。滤波系统投入后对于4次，6次，9次谐波有大约1.5倍的放大，由于系统中4，6，9次谐波本身就比较小，故不会对系统产生影响，也不会超标。仿真分析给出谐波吸收曲线：