典型电能质量问题的解决方案「解决方案」

时间：2022-12-09 17:23:13来源：搜狐

今天带来典型电能质量问题的解决方案「解决方案」，关于典型电能质量问题的解决方案「解决方案」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

典型电能质量问题的解决方案

作者：钻石亮亮

摘要

作者结合国内最先进的精加工生产线，美国布里科蒙熔保炉和瓦格斯塔夫铸造机、德国西马克和东芝三菱公司热轧机、奥地利艾伯纳加热炉、意大利布诺恩（波米尼）磨床、西马克股份公司和ABB冷轧机、德国佛罗林达涅利切边机、意大利法塔涂层、德国恩格勒拉弯矫等世界一流高精尖冶金制造设备，由于设计院在供电设计中将大量变频器、大功率整流设备与要求较为苛刻的进口成套设备混用，导致了严峻的设备安全稳定生产电能质量问题，出现谐波、三相不平衡、电压闪变等问题，急需进行全厂电能质量治理。又因国内电能质量标准与进口设备要求的电能质量标准差异较大，设备运行需要的电能质量既要满足《GB/T 14549-93电能质量-公用电网谐波》等国标，更要满足《EN50160欧洲电网电压质量限值标准》等欧标。

作者带队外出考察15天，足迹8个省市，厂家及业绩20家，考察涉及太阳能发电、科研单位、钢铁、铝板带深加工、电解铝、化纤等，最终确定了全厂的综合电能质量治理方案，本文可作为各发、输、配电系统电能质量治理的指导文件。

关键词：电能质量；谐波；SVG；治理

类型：应用研究

1绪论

2国内及国外的电能质量治理方案

就目前国内及国外的电能质量治理的方案而言，不外乎从低压、中压和高压三个层面进行治理。对当前各电压等级中电能质量治理设备的选型及治理情况进行阐述。

2.1400V低压

0.4KV负荷主要是变频设备或整流设备带来的电能质量问题，治理手段主要有有源滤波APF和无源滤波器固定补偿FC。分散、分布范围广，变化大，主要采用就地补偿方式，如果在前期设计未考虑加装滤波装置的情况下，其安装空间有限。

2.1.1FC滤波器

顾名思义是固定补偿，由电感电容组成的单调谐LC滤波器，一般补偿点都需要配置5次、7次、11次和高通（有些可以省略）滤波器，各次滤波器设计参数固定不能变化，同时相互之间有一定的影响，效果属于相对治理而不能完全治理，适应负荷变化的能力极差，很可能1-2年之后根据负荷的变化需要推倒重新设计和购买。FC另一个致命缺点是设计不好会产生谐振，还可能放大谐波；FC的设计，需要厂家事先对负荷尤其是谐波负荷进行完整和细致的测量。同时由于电容器长期流入谐波电流影响寿命有限，很少有超过5年的。由于占地大，现场也没有空余位置。FC不能适应与冲击性负荷或变化性负荷。单纯FC虽然能滤谐波，但带来基波严重过补偿，如果采用SVC方案的TCR去吸收，损耗会加大同时还会增加造价和增加谐波，可靠性会进一步降低。因此在低压系统一般不建议采用SVC。FC优点：便宜，对要求不高的工矿企业，尤其负荷和谐波情况固定不变的场合，是最经济的治理方法，就像我们多数的电解铝行业一般在高压母线处加装的FC。

2.1.2APF滤波器

智能型谐波电流跟踪式滤波器，有电力电子元器件（主要部件是IGBT、驱动模块、电解电容等）加数字信号处理技术（一般是DSP芯片）构成，可以实施测量和跟踪补偿各次谐波电流，体积小，寿命长，适应范围广，不怕将来负荷变化，尤其对处于调试期，各厂家都没有完整详细的测量数据条件下，FC难于精确设计，因此APF不失为最优选的方案。APF可以适应与冲击性负荷和快速变化性负荷，补偿无功和谐波可以同时进行，但其缺点比FC要贵。目前在低压电能质量治理的最佳解决方案。

2.23KV中压

轧机系统中也较多的设计3KV的中压系统，主要用作中压变频器的电源，一般该系统采用较多的PWM和SPWM整流技术，功率巨大，是谐波主要来源。因大量的低次谐波在3KV的上一级电压系统中（10kV等）是可以相互抵消的，再在中压侧进行APF或FC治理，均不经济，重复设置大量的低次谐波滤波器，同时设计不好还极易导致谐波的放大，也没有充分利用多相整流的拓扑优势。因此针对中压系统，最为经济的手段是不治理和留到高压去治理。

2.310kV高压

一般是三种方案：SVC、MCR、SVG。

2.3.1SVC

原理是调节电抗器来实现无功变化的目的。由二部分组成，TCR可控硅调节的电抗器和FC滤波器。SVC其实更适合无功补偿应用，作为谐波补偿滤波器，它没有优势，首先TCR本身是产生谐波的谐波源，靠FC固定式的滤波器去吸收谐波，由于TCR本身产生大量的5、7、11次谐波因此必须要有5、7、11次谐波的FC滤波器补偿TCR。SVC还存在损耗大，寿命短的缺点。SVC是模拟式的补偿装置，属于不能完全性治理装置，适应负荷变化性能极差，也存在1-2年后负荷变化了，必须重新设计和更换FC的可能性。另外，SVC调节速度慢，很多时候不能跟踪上负荷的快速变化，尤其是冲击性负荷和高次谐波。

2.3.2MCR

磁控电抗器，从系统角度看与SVC原理基本相同，都是调节电抗器来实现无功变化的目的。与SVC不同的是，SVC是在电抗器主回路串联进可控硅阀组来调节电抗器中电流来实现调节电抗器等效电抗值的目的，这种调节产生大量的谐波电流，需要FC滤波器去滤波和补偿；而MCR则是在电抗器加上一个副绕组，用可控硅向次副绕组内注入可调节的直流电流，让电抗器不同程度的饱和，而达到调节电抗值的目的，这种调节因为电抗器饱和也产生大量的谐波电流，也需要FC滤波器去滤波和补偿。和SVC比MCR调节速度更慢，更不能适应快速变化的负荷和快速变化的谐波，损耗比SVC更大，噪音巨大，占地比SVC还大。同样MCR是模拟式的补偿装置，属于不能完全性治理装置，适应负荷变化性能极差，也存在1-2年后负荷变化了，必须重新设计和更换FC的可能性。

2.3.3SVG或SVG FC

高压链式SVG是有电力电子器件组成，是纯数字化的控制技术，经过特殊设计和制造的具有超大链节数的三角接法SVG，在补偿无功的同时可以对13次以下的谐波电流进行全补偿，由于链节数和开关频率的限制它不能对23次以上的谐波进行补偿，可以采用混合式技术，对21、23、41次谐波进行FC滤波。

SVG，可以补偿无功和中低次谐波，可以补偿三相不平衡，可以补偿电压闪变，具有损耗小，体积小的优点。SVG FC，可以补偿无功、中低次谐波和大部分补偿高次谐波。

混合式SVG用的FC，只需要对高次谐波进行补偿即可，FC容量相对较小，且不易放大谐波和造成运行中的谐振，因此高次的FC设计相对容易，FC中的电容器寿命也长。

3大型冶金行业中典型电能质量问题及解决方案3.1存在的典型问题

山东某精加工公司，是实现多元化发展战略，扩宽新的经营领域，转型建设的新项目。本项目采用美国Bricmont的熔保炉、美国Wagstaff的DC铸造机、德国西马克1 4热轧机及单机架和三机架冷轧机、奥地利EBNER的推进式加热炉、德国Msner的锯床、日本新日本工机（SNK）铣床及意大利FATAHunter的涂层线等近70套国际一流的进口设备与先进技术，生产现代热敏印刷用PS和CTP版基、易拉罐罐料、铝箔坯料等高端产品。

该公司总降变电站进线为两路220kV，通过220kV变电站1#、2#主变压器变为10kV供厂内使用，二台主变容量为63MVA；10kV单母线分段，两段母线通过母联开关可以并联。当厂内负荷正常运行时，变频器、整流变压器等主要负载产生大量谐波，严重影响厂内设备运行。厂内共包含：热轧车间、冷轧车间、空压站、精整车间、熔铸车间5个用电单位。

总降变电站的220kV由20公里之外的长山供电所提供。总将变电站的两段10kV母线去厂内各车间10kV配电站，一用一备提高可靠性和供电连续性。总降Ⅰ段10kV母线的主要负载有：熔铸车间10kV配电站、热轧车间铸锭加热炉10kV配电站、冷轧车间冷连轧10kV配电站、冷轧车间1#2300冷轧10kV配电站、冷轧车间2#2300冷轧10kV配电站、精整车间涂层区10kV配电站、精整车间退火炉区10kV配电站、空压站10kV配电站；总降Ⅱ段10kV母线的主要负载有：热轧车间热粗轧10kV配电站、热轧车间热精轧10kV配电站、精整车间精整区10kV配电站。

下图为220kV总降变电站10kV系统图。

工厂负荷状况为轻载调试期，供电系统不仅是谐波问题，还有三相负荷不平衡等问题，电气主控室CT断线报警白班（8:00时-16:00时）最高已达120次，精整、热轧车间已多次出现价格昂贵的电子元件烧坏、严重时所有的轧机电气设备检测出电能质量超标而均无法启动。另外，电能质量问题影响到测厚仪、张力计和板型仪等精密传感器的测量精度，并造成轧机速度和张力波动，影响产品厚度，甚至断带。该治理不同于电厂、电解铝、政府办公、光伏和风力发电等对电能质量的要求，既要满足国标要求，更要满足所有欧标设备对电能质量的要求。

作者带队外出考察15天，足迹8个省市，厂家及业绩20家，考察涉及太阳能发电、科研单位、钢铁、铝板带深加工、电解铝、化纤等，最终确定了全厂的综合电能质量治理方案。

3.2我国标准限值及欧洲标准限值

本测试报告的数据计算处理，完全遵照GB/T14549-1993 《电能质量公用电网谐波》的相关规定。

在我国的《GB/T 14549-93 电能质量公用电网谐波》标准中，对谐波电压和谐波电流的限制分别如下表所示。

国标中公用电网谐波电压（相电压）限值

电网电压（kV）

电压总谐波畸变率（%）

各次谐波电压含有率（%）

奇次

偶次

0.4

5.0

4.0

2.0

4.0

3.2

1.6

根据我国的《GB/T 14549-93 电能质量-公用电网谐波》标准，接入公共连接点（PCC点）的用户向该点注入的谐波电流不应该超过规定的允许值；谐波电流允许值需根据PCC点母线短路容量、供电容量、用户协议容量计算；《GB/T 14549-93 电能质量-公用电网谐波》给出了基准短路容量下的允许值，当电网公共连接点的最小短路容量不同于基准短路容量时，对谐波电流允许值进行修正计算。

国标中注入公共连接点的谐波电流允许值

标准电压（kV）

基准短路容量（MVA）

谐波次数及谐波电流允许值（A）

0.38

100

8.5

6.4

6.8

5.1

9.3

4.3

7.9

标准电压（kV）

基准短路容量（MVA）

谐波次数及谐波电流允许值（A）

0.38

9.7

8.6

7.8

8.9

7.1

6.5

100

3.7

4.1

3.2

6.0

2.8

5.4

2.6

2.9

2.3

4.5

2.1

4.1

《电能质量三相电压允许不平衡度》GB/T 15543-1995电压不平衡度允许值：

1、电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2%，短时不得超过4%，电气设备额定工况的电压允许不平衡度和负序电流允许值仍由各自标准规定。

2、接于公共接点的每个用户，引起该点正常电压不平衡度允许值一般为1.3% ，根据连接点的负荷状况邻近发电机继电保护和自动装置安全运行要求可作适当变动但必须满足第1条的规定。

下表为《EN50160：欧洲电网电压质量限值标准》中规定的电网中各次谐波电压限值：

谐波次数

H10

H11

H12

H13

THD限值

1.9%

3.0%

1.0%

5.0%

0.5%

4.0%

0.5%

1.3%

0.5%

3.0%

0.5%

2.5%

谐波次数

H14

H15

H16

H17

H18

H19

H20

H21

H22

H23

H24

H25

THD限值

0.5%

2.0%

0.5%

1.5%

0.5%

1.5%

0.5%

1.5%

3.3电能质量测试情况和数据及分析3.3.1主变测试数据

1#、2#主变额定容量均为63MVA，设计院给出的10kV侧最小短路容量均为410MVA。1#、2#主变的10kV母线的母联开关处于断开状态，两段母线均带有无功补偿投切电容器柜（3600kvar）和无功补偿固定柜（3600kvar），测试时，由于全厂大部分设备处于调试阶段，所以两段10kV母线的负荷率都较小（小于变压器额定容量的20%），两段母线的无功补偿装置都未投入。

测试时间：2014年3月，工厂负荷状况为轻载调试期。

测试点：总降Ⅰ段10kV母线总进线柜、总降Ⅱ段10kV母线总进线柜

测试点负荷率：Ⅰ段负荷率为15%，Ⅱ段负荷率为17%

测试仪器：FLUKE 435-II

两段10kV母线的测试结果见下表。

电压：1#、2#主变10kV侧各次谐波电压有一定的畸变，因为10kV系统与220kV电气距离短，短路容量很大，各次电压谐波分项指标尚能满足我国国标要求，但均超欧标EN50160规定，主要为高次谐波超标。

电流：1#、2#主变10kV侧的总电流中谐波电流有部分超过国标规定。

1#主变10kV侧总电压的各次谐波分量

项目名称

A相

B相

C相

95%概率值

国标值（%）

95%概率值

国标值（%）

95%概率值

国标值（%）

THD（%）

3.2

3.4

H1（kV）

5.78

5.75

5.77

H23（H1%）

2.3

3.2

2.4

3.2

2.5

3.2

H31（H1%）

0.7

3.2

0.7

3.2

0.8

3.2

H35（H1%）

1.1

3.2

1.1

3.2

0.9

3.2

H37（H1%）

1.8

3.2

1.7

3.2

1.9

3.2

H41（H1%）

2.1

3.2

2.0

3.2

2.2

3.2

H49（H1%）

2.2

3.2

2.3

3.2

2.4

3.2

1#主变10kV侧总电流的各次谐波分量

项目名称

A相

B相

C相

95%概率值

国标值（A）

95%概率值

国标值（A）

95%概率值

国标值（A）

H1（A）

546

534

544

H3（A）

6.0

5.3

5.19

H5（A）

6.3

7.1

6.9

H7（A）

5.9

61.5

5.8

61.5

5.4

61.5

H23（A）

25.2

18.5

25.8

18.5

26.1

18.5

H31（A）

7.1

6.7

6.8

H35（A）

7.8

9.6

8.6

H37（A）

14.3

13.2

14.4

H41（A）

15.1

14.1

14.4

H49（A）

13.2

12.6

13.8

1#主变10kV侧谐波频谱图（高次谐波较严重）

2#主变10kV侧总电压的各次谐波分量

项目名称

A相

B相

C相

95%概率值

国标值（%）

95%概率值

国标值（%）

95%概率值

国标值（%）

THD（%）

2.5

H1（kV）

5.84

5.82

5.83

H5（H1%）

0.4

3.2

0.4

3.2

0.4

3.2

H11（H1%）

1.6

3.2

1.6

3.2

1.6

3.2

H13（H1%）

1.1

3.2

1.1

3.2

1.1

3.2

H23（H1%）

1.1

3.2

1.1

3.2

1.1

3.2

H25（H1%）

0.7

3.2

0.7

3.2

0.7

3.2

H37（H1%）

0.7

3.2

0.6

3.2

0.6

3.2

H41（H1%）

1.3

3.2

1.3

3.2

1.4

3.2

H43（H1%）

1.5

3.2

1.4

3.2

1.4

3.2

H47（H1%）

0.8

3.2

0.8

3.2

0.8

3.2

H49（H1%）

0.9

3.2

0.9

3.2

0.9

3.2

2#主变10kV侧总电流的各次谐波分量

项目名称

A相

B相

C相

95%概率值

国标值（A）

95%概率值

国标值（A）

95%概率值

国标值（A）

H1（A）

618

644

662

H3（A）

9.2

8.2

5.0

H5（A）

154.7

181.2

161.1

H7（A）

24.8

61.5

27.3

61.5

24.2

61.5

H11（A）

46.4

38.1

53.8

38.1

47.3

38.1

H41（A）

17.2

19.9

18.0

H43（A）

17.4

20.8

17.4

2#主变10kV侧谐波频谱图（高次谐波较严重）

1#、2#主变10kV侧电能和功率报表

项目名称

有功功率（kW）

无功功率（kvar）

视在功率（kVA）

功率因数

1#主变10kV侧

6100

3500

7200

0.87

2#主变10kV侧

4000

4200

6000

0.69

由上表可见，测试时部分运行工况系统功率因数较低。

3.3.2主要谐波源分析

1#主变10kV侧谐波电压、谐波电流超标原因：分析主要谐波源为I段10kV母线所带冷轧车间整流变压器0.6～3kV直流负载产生大量高次特征次谐波，另有部分谐波源为车间0.4kV非线性负载。

谐波电流导致的一个典型故障现象是：1、经常造成保护误动跳闸，也就是车间的负荷远没有达到额定负荷的状态下，保护装置就会动作，给厂内的生产带来很大隐患；2、进口敏感设备经常受到干扰，不能正常工作或误动保护停机。

2#主变10kV侧谐波电压、谐波电流超标情况，分析主要谐波源为II段10kV母线所带大量热轧车间整流变压器及其变频器，产生大量特征次谐波，以及部分谐波源为车间0.4kV非线性负载；另外热轧车间一直存在严重的三相电压不对称现象，此现象长期存在会导致电动机振动、发热和损坏，给厂内正常生产带来诸多不便，严重时甚至导致配电变压器烧毁。

3.4问题评估

根据评估计算和数据分析，评估：

0.4kV侧大量非线性负荷接入系统后，使系统中谐波电流超标，以5、7、11、13次谐波电流为主。主要谐波源为变频器类负载，治理手段：采用并联有源滤波器APF治理。针对重要敏感性负荷（如进口设备），容量较小的，建议入口加装串联滤波器，着重进行合理保护。

10kV侧大量冲击性负荷和非线性负荷接入系统后，使系统中谐波电压超标，以11、13、23次及更高次谐波电压为主；系统中谐波电流超标，以5、7、11、13次等各次谐波电流为主；随着冲击性负荷的运行，系统中电压瞬变和闪变事件超标；按此时负荷情况，功率因数较低，电能浪费；随着冲击性负荷的运行，三相负载出现不平衡，威胁动力设备的安全。

测试数据为全厂负荷15%左右，若全厂满负荷运行，10kV电能质量将严重恶化，甚至电能质量问题有可能影响200kV母线。

3.5治理方案设计3.5.10.4kV侧设计

治理0.4kV侧负载中产生的电能质量问题，保证现有设备的正常运行，并使电能质量问题不对上级10kV母线造成影响以及通过10kV影响到其他0.4kV负载。

为了提高系统稳定性和安全性，综合考虑，采用以下治理方式：

（1）针对厂内大部分低压负荷，采用加装并联的有源电力滤波器（APF）的方案，在低压侧就地补偿系统谐波，并实时补偿三相不平衡和电压闪变，剩余容量可补偿系统无功；针对某次特殊谐波或者高次谐波，可考虑APF FC的方案来进行综合治理；

（2）针对厂内某些重要敏感控制设备，在电源端加装串联滤波器来有效保护敏感设备免受外部电能质量干扰的影响。

3.5.2整流变压器二次（0.6—3kV）侧设计

针对10kV电能质量测试结果，对10kV电能质量影响最大的是整流变下的直流负载。整流变压器所带的直流负载产生大量高次谐波注入10kV母线，导致10kV母线谐波指标超标，同时也影响其他各车间低压侧0.4kV设备运行。

基于就地补偿的最佳补偿方式，在整流变压器二次侧对高次谐波进行FC补偿是最有效的手段。但根据整流变的接线拓扑，可以多台变压器组合后形成高数值的脉头整流，这样如果在整流变二次侧进行5、7、11、13等低次特征谐波FC并联滤波将带来许多浪费。针对整流变，只在其变压器10kV侧串联额定容量8-10%左右电抗器，阻挡高次谐波注入10kV母线系统，5、7、11、13等低次特征谐波可以在10kV母线侧抵消。这样最为经济。而整流变压器3KV二次侧暂不进行治理。

A.冷轧车间（I段母线）

a． 1#轧机整流变压器CA02（ZS-8000/10）低压侧： 3160V，6脉整流

b． 2#轧机整流变压器CA01（ZS-7500/10）低压侧： 3160V，6脉整流

以下三台组合后18脉整流

c．三连轧整流变压器1#（ZS-6600/10）低压侧： 3160V

d．三连轧整流变压器2#（ZS-6600/10）低压侧： 3160V

e．三连轧整流变压器3#（ZS-6600/10）低压侧： 3160V

B.热轧车间（II段母线）

a．热粗轧负荷整流变 10A（ZS-3000/10）低压侧： 3550V，6脉整流

b．热粗轧机辅助整流变 8A（ZS-4000/10）低压侧： 630V，12脉整流

c．热粗轧机辅助整流变 7A（ZS-4000/1 0）低压侧： 630V，12脉整流

d．热精轧机辅助整流变 13B（ZS-4000/10）低压侧： 630V，12脉整流

e．热粗轧机下辊整流变 5A（ZS-6000/10）低压侧： 3550V，6脉整流

f．热粗轧机上辊整流变 4A（ZS-6000/10）低压侧： 3550V，6脉整流

以下四台组合后24脉整流

g．热精轧机机架整流变 9B（ZS-6000/10）低压侧： 3550V

h．热精轧机机架整流变 6B（ZS-6000/10）低压侧： 3550V

i．热精轧机机架整流变 7B（ZS-6000/10）低压侧： 3550V

j．热精轧机机架整流变 8B（ZS-6000/10）低压侧： 3550V

理想的治理目标：在整流变压器低压侧治理系统中的高次谐波，可有效滤除谐波，减少谐波对高压10kV母线的影响。

整流变负载上来后，整流变发热不严重，则整流变二次侧暂不治理，只在一次侧串接电抗治理。在整流变二次侧串电抗效果要比在整流变在一次侧串接电抗好，进入整流变的谐波会小一些，整流变发会热会小，但此串联电抗器电流会大许多，成本会上升，因此综合考虑只在整流变一次侧串接电抗治理。

3.5.310kV侧设计

针对10kV母线进行电能质量治理，主要从以下三个方面考虑：

（1）系统角度：该公司采用孤网供电，相对大电网来说容量小很多，过多的冲击性负荷存在时，会导致电压类型的电网稳定性问题，电压稳定和频率稳定是电网稳定的同等重要的两个关键性指标，如何保证厂区负荷正常生产时，具有强有力的电压支撑，不给系统造成电能质量影响。

（2）厂站角度：电压：随着厂内负荷的增加，电能质量指标中电压的问题会越发明显，电压骤升骤降、电压闪变、电压瞬变都会影响设备的运行和安全，同时带来损耗和生产质量问题。谐波和无功电流：经测试，厂区10kV母线谐波电压和谐波电流超标，在某些运行工况，三相严重不平衡，功率因数未达到0.92以上，电能浪费严重（原设计加装的普通电容器未投入）。

（3）治理低压漏进10kV内的谐波，平衡无功和不对称，阻断经10kV母线互联带来的0.4kV和整流变二次侧负载的相互影响。

基于以上三点：对10kV母线治理目标为稳定母线电压，治理电压闪变、谐波、三相不平衡和无功。

综合考虑，采用多种方式综合治理来满足现场电能质量的要求。

（1）在10kV母线上安装三角形接法特制专用的SVG进行治理，专用SVG装置具有10ms以内的响应速度，可以抑制冲击性负荷随机冲击引起的电压波动与闪变，可稳定电网电压，补偿30%低次谐波电流，补偿50%三相不平衡，有效解决大型工业负荷的动态无功冲击问题，补偿无功，同时保证功率因数为0.99，节约电能。目前SVG已成电网和企业用电补偿的主流设备，在很多场合取代了SVC，已成为电力补偿的主流设备。

（2）在10kV母线安装FC滤波器，主要目标为治理10kV母线上的特征谐波，主要设置11次、13次、17次三组单调谐滤波器和19次高通滤波器一组。FC与SVG混合式使用，降低了系统的造价，特征谐波滤波效果明显，FC与SVG互为备用提高可靠性。

（3）在每个整流变压器进线安装串联电抗，抑制经整流变压器进入10kV系统的高次谐波电流。

SVG和SVC的比较：

技术特点

SVG

SVC

组成

大功率电力电子器件

物理电容和电抗、可控硅

工作原理

逆变出电压实现无功补偿

调节等效电抗值

无功调节能力

连续大范围调节

调感实现连续无功调节

与系统电压关系

不受系统电压波动影响

受系统电压影响

滤波能力

滤波能力强

滤波能力差

噪声与损耗

噪声小，损耗小

噪声大，损耗大

响应时间

响应时间小于10ms

动态响应时间慢20ms以上

是否产生谐波

不会产生谐波

会产生谐波，容易发生谐振

补偿不对称能力

有，很强

有，一般

使用寿命

长

短（谐波使电容器寿命缩短）

占地面积

仅SVC的1/3体积

占地面积较大

3.6治理容量设计3.6.10.4KV侧设计

0.4KV侧采用有源滤波器APF主要治理谐波、系统三相不平衡、抑制电压闪变，补偿无功。均按照变压器负荷率80%的情况设计，APF柜体安装于厂内各低压配电室低压控制柜备用基础上。

对于主要敏感设备，安装LCL串联滤波器进行保护，每套敏感设备电源入口安装一套容量50kVA的LCL低频滤波器，必要时也可串入EMC高频滤波器。

LCL滤波支路示意图

LCL 滤波器为三阶滤波器，滤波效果明显，网侧电感可以起到抑制冲击电流的作用，有良好的稳定性和可靠性，LCL 滤波器的电容支路在高频段呈现低阻抗，吸收进网电流的高次谐波，从而达到滤除进网电流高次谐波的作用。

3.6.210KV侧设计

预估需要治理谐波容量及三相不平衡和电压闪变治理容量，在10kVⅠ段、II段母线上分别加装20Mvar的SVG，以满足电能质量要求。SVG模块参数和配置：每相18链节，三角形接法，三相共计54链节。

3.6.3FC容量设计

（1）FC的设计原则：选取的滤波电容器的额定电压应保证滤波器的安全可靠运行。考虑了以下因素：

a）母线电压水平；

b）串联电抗器后电容器两端电压升高至外加电压的

倍；

c）谐波电流通过电容器产生的谐波电压；

d）电网电压偏移引起的电压升高；

e）滤波器设计时应进行充分的计算机仿真计算及数据库选优，经多个方案比较，选择最佳方案；对选定的滤波器应进行滤波器各种运行方式下的计算机仿真，避免与系统发生谐振。

（2）FC参数设计

根据10kV母线谐波电流的特点，在10kV母线上安装11次、13次、17次和19次高通滤波器。10kV二段母线各安装4组FC。

I段、II段母线FC参数

滤波支路次数

19高通

合计

电容器总安装容量（kvar）

5300

3500

2000

3000

13800

每台电容器额定电压（kV）

7.6

电容器电容值（uF/相）

230

153

电抗器额定电压（kV）

电抗器额定电流（A）

804

533

303

295

电抗器额定电感（mH/相）

0.38

0.41

0.42

0.25

根据系统参数，在 PCSAD 下搭建数字仿真模型如下图所示：

按照 70MW 有功、20Mvar 无功模拟负载，得到的仿真结果如。

滤波前：

滤波后：

滤波前后无功变化：

滤波前后有功变化：

3.6.4整流变高压侧串联电抗器设计

在每个整流变压器进线安装8-10%串联电抗，抑制整流变压器的高次谐波注入10kV系统。

3.6.5考核指标

（考核点： 10 kV母线进线端PCC点，0.4kV母线进线端PCC点）

（1）谐波要求：

注入10kV母线进线端的各次谐波电流及电压满足中华人民共和国《电能质量-公用电网谐波》（GB/T 14549-93）和欧盟电能质量标准EN50160的要求。

注入0.4kV母线进线端的各次谐波电流及电压满足中华人民共和国《电能质量-公用电网谐波》（GB/T 14549-93）和欧盟电能质量标准EN50160的要求。

（2）功率因数：

10kV侧计量的平均功率因数有很大提高，0.4kV侧计量的平均功率因数有很大提高。

（3）运行保证：

整体治理后，谐波治理总容量满足用户调整（即用户可随意调整）；无功补偿不出现过补偿现象。

（4）性能保证：

治理设备投运后不会对其它设备产生影响，不会危害电网安全，不会引起补偿装置与系统谐振，确保补偿和滤波设备本身安全可靠运行。

4电能质量治理的原则

各行业在实际生产中遇到的电能质量问题不尽相同，有所差异，要根据不同的情况来论证、分析、制定切实可行的措施，但其总体的治理原则，通过本文中大型冶金行业的典型电能质量治理方案并结合其它行业现场的电能质量治理业绩来看，总结以下电能质量治理原则：

（1）谐波抑制和治理，是“治少”，不是“治无”。谐波抑制和治理，在于消弱谐波源骚扰能量，因此规定有谐波允许值。

（2）作为大型行业的电能质量治理方案来说，建议委托总包服务形式完成全厂电能质量治理，除了购买设备外，还应该整体购买长期服务。切忌单纯的购买设备形式，因为负荷是不停的发展和变化的，治理方案也会随之变化，包括相应的设备也会有一定的变化，需要经常进行测试，经常变换治理方案，大约需要2年的时间来完善。

（3）尽可能使用智能化程度更高、适应性更强的智能型设备，如SVG和APF。要充分考虑负荷的变化和企业的发展，设备容量考虑充足。分散式设备，如APF可以分期上马，集中式设备如SVG应一次性上足。

5结论与展望

国内对于电能质量的认识整体仍是不足的，包括设计院、使用单位，需要大力宣传做足基础性工作，就如本文中的案例，明显的是设计院的认知不足未考虑到该问题未设计导致的，引发设备在调试时才发现了电能质量问题。另外，通过目前全国的电能质量治理情况来看，当前电能质量治理存在以下问题：

（1）电能质量治理企业的制造资质无统一要求；

（2）无谐波治理装置的国标。

（3）部分电能质量治理国标数值要求已有所偏大，已不能满足当前精密生产企业对电能质量的高标准要求。

当前较多治理企业普遍起步较晚，设备制造水平及治理方案的设计水平参差不齐。当前在电能质量治理上相关治理设备的利润较常规的电力系统设备的利润可观许多，因此电能质量治理的企业犹如雨后春笋般涌现，而治理设备的生产质量及方案设计水平上可谓是参差不齐、鱼龙混杂。发供电行业及用户普遍存在对电能质量了解欠缺的情况，致使电能质量问题得不到重视和提高，各工业生产中造成无形中的浪费巨大。

随着电力系统的不断发展，大量新型负荷的发展，负荷结构发生了质变，电能质量由过去简单的电压偏差和频率偏差两大指标，扩展到目前包括谐波、间谐波、电压波动和闪变、三相电压不平衡、过电压和电压暂降等在内的多指标，电能质量综合指标的探讨以及对于电能质量监督、治理和管理，对于工业发展均有重要意义，各级科研、设计、生产、应用的不同结构和群体要有较为全面的认识，以利于进一步开展研究、探讨，使之不断完善。