FC滤波及无功补偿装置在谐波治理中的应用

FC滤波及无功补偿装置在谐波治理中的应用

方利祥马金雷

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山063200）

摘要：本文主要介绍了FC滤波及无功补偿装置在110KV变电站10KV系统谐波治理中的应用，根据电能质量在线监测的结果，对含量较高的谐波进行针对性的治理，使10KV系统谐波含量低于国标值，保证电能质量。

关键词：变电站；电能质量；谐波

0 引言

首钢京唐公司一冷轧110KV变电站设置3台50MVA主变压器，其中1#主变带10KV一、二段母线，3#主变带10KV三、四段母线，2#主变备用，为保证10KV母线电源质量，每段10KV母线分别设置一组FC滤波补偿装置。此110KV变电站主要给酸轧、连退、电镀锌产线供电，其中主要用电及非线性负载为酸轧产线的五连轧轧机，也是10KV母线最主要的谐波源。

1 谐波检测

110KV变电站故障录波柜内装有一台电能质量在线监测仪，用于时时监测10KV母线谐波含量情况，自2013年12月开始，监测仪时常出现谐波超标报警，经过提取监测数据发现谐波总畸变率超过国值标（＞4%），且11次、13次谐波含量较高，详细数据见下表。

电能质量统计报表(电压)

2 谐波治理

谐波超标一方面导致线路、电气设备损耗增加，加大了电力运行成本，增加了电费的支出，另一方面谐波使电气设备过热、绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁，间接影响产品质量。由于谐波不经治理是无法自然消除，因此，当谐波超标时，必须坚决的进行有效治理。

2.1 创新点与技术关键

变电站每段10KV母线上设计了5次、7次、11次、13次滤波补偿装置，且投入顺序设计了联锁逻辑关系，即投入时，必须先投入5次、7次滤波， 11次、13次滤波装置才能顺利投入运行。然而，从谐波监测数据表来看，总谐波含量超标的主要原因是由于11次、13次谐波含量较高。因此，本次谐波治理的创新点是：根据各阶次谐波含量的大小，对11次、13次谐波进行针对性治理。技术关键是：如何解除联锁关系，只投入11次、13次滤波补偿装置。

2.2 技术方案

2.2.1 联锁逻辑解除

下图为11次、13次滤波支路高压柜合、分闸控制原理图，从图中可以看出高压柜合闸有三个联锁条件：

高压柜合分闸控制原理图

1)7次滤波支路隔离柜刀闸在合位

2)5次、7次滤波支路高压柜断路器在合位

3)11次、13次滤波支路隔离柜允许投入运行选择开关在“允许位”

解决方法：

将5次、7次滤波支路隔离柜刀闸合闸，然后在试验位合5次、7次滤波支路高压柜断路器，模拟5次、7次滤波支路投入运行状态，从而达到解锁的目的。

2.2.2 投入容量计算

在投入11次、13次滤波补偿装置之前，需要解决如下三个问题：10KV系统电压会升高多少？是否会造成供电系统过电压？在投入滤波补偿装置前，是否有必要调整主变压器运行档位，将10KV系统电压先降低？

11次、13次滤波补偿装置一次系统接线图如下所示：

FC滤波及无功补偿装置一次接线图

每相由2块450Kvar电容器并联，以11次滤波补偿装置为例计算补偿容量：2*450*3=2700Kvar，同理13次滤波补偿装置补偿容量亦为2700Kvar，总补偿容量为5400 Kvar。

投入滤波补偿后10KV电压升高值ΔU=U*5400/S。

U为目前电压实际值10.2KV；S为系统短路容量，356.8≤S≤433.6（单位MVA）。

经过计算，投入11次、13次滤波补偿后，10KV系统电压可能上升0.12∽0.15KV，达到10.35KV，不会引起系统过电压，没有必要调整主变压器的运行档位。

2.3 投入运行

在完成滤波补偿装置与高压电缆的绝缘电阻测试及交流耐压试验、高压柜的绝缘测试、交流耐压、保护传动试验等相关试验后，11次、13次滤波补偿装置顺利投入运行。

滤波补偿装置投入后，谐波总畸变率由4.21%降低到2.12%，见下表：

电能质量统计报表(电压)

3 结束语

谐波的治理一方面为用电设备提供符合国标值的电能，保证了电气设备正常稳定运行，降低因电气设备原因造成的废品率，同时延长电气设备的使用寿命，降低设备维护费用、备件费用；另一方面滤波补偿装置投入后，1#主变压器功率因数由0.9提高到0.99，供电线路、用电设备的电能损耗可降低10%左右。按1#主变压器所带负荷年电能损耗为2%计算，2013年1#主变供电量为150506400kwh，年耗损量为3010128kwh，每年可节约用电：3010128**10%=301012.8kwh。

谐波治理一方面实现节约电能、减少损耗，降低成本，另一方面提高效率、稳定生产、优化质量，是一项节能环保的有益的工作。

参考文献

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