10kV高壓諧波治理兼無功補(bǔ)償治理方案(模板示例)

1、10kV高壓諧波治理兼無功補(bǔ)償治理方案i系統(tǒng)概述根據(jù)某銅業(yè)廠提供的現(xiàn)有配電系統(tǒng)情況可知，工廠現(xiàn)有35KV進(jìn)線一條，該線非該廠專線。廠內(nèi)主要負(fù)荷為電解銅生產(chǎn)線及大功率電機(jī)等用電設(shè)備。因電解銅生產(chǎn)線采用的是可控硅整流裝置。由于可控硅整流裝置的六脈及12脈整流特性，在運(yùn)行過程中將產(chǎn)生以6N±1和12N±1（N為正整數(shù)）為主的諧波電流注入電網(wǎng)，危及到其它用電設(shè)備及電網(wǎng)的用電安全。同時(shí)因系統(tǒng)功率因數(shù)比較低，故用戶在10KV母線上安裝了一套高壓電容補(bǔ)償柜，但由于電解銅等用電設(shè)備在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生了較大的諧波注入系統(tǒng)，而電容補(bǔ)償柜在投入后又與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，對(duì)系統(tǒng)諧波進(jìn)一步放大，造成電容補(bǔ)償

2、裝置在諧波環(huán)境下運(yùn)行因過載而發(fā)生較大的異常聲音，甚至造成部分電容柜無法正常投入，經(jīng)常造成高壓補(bǔ)償電容器的熔絲爆炸燒毀。用戶配電系統(tǒng)一次示意圖如圖1所示。35K曲線I段I1112500KVA35K35KV/10KVi%10KVt線I段TI電容補(bǔ)償動(dòng)力電解線電解線電解線（原有）圖1用戶配電系統(tǒng)示意圖根據(jù)對(duì)廠內(nèi)變電站2系統(tǒng)用電參數(shù)分析10KVI段母線的諧波測(cè)試數(shù)據(jù)分析，可將運(yùn)行時(shí)有功功率、無功功率、功率因數(shù)及諧波的變化可歸納為：（1）10KV母線平均功率因數(shù)約為0.92左右,（2）母線協(xié)議容量10MVA（3）主要諧波源類型：熱電解銅及大功率電機(jī)等，（4）10KV線路三相功率數(shù)據(jù)分析段10KVI段母線

3、正常運(yùn)行時(shí)負(fù)荷基本相等，且負(fù)載相對(duì)較穩(wěn)定。有功功率基本都8000kW左右，功率因數(shù)相對(duì)較低，約0.92左右，無功功率也基本在2800kVar3300kVar之間變化。3諧波分析因負(fù)載大部分采用的是六脈波及12脈波整流，產(chǎn)生的主要諧波為：6N土1次及12N土1（N為工頻頻率倍數(shù)）。故10KV段諧波的特征次為5、7、11、13。其中5、7、11次諧波相對(duì)較大，故濾波裝置應(yīng)考慮以濾除5、7、11次諧波為主的濾波方式。根據(jù)我司于2007/09/21日對(duì)配電系統(tǒng)10KV母線I段的諧波測(cè)試數(shù)據(jù)分析，將設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的各次諧波值分析如下：35kV側(cè)用戶協(xié)議容10MVA設(shè)備容量90MVA正常方式下短路容量為6

4、89MVA為了對(duì)濾波裝置的濾波效果要求更為嚴(yán)格，故各次諧波電流注入允許值可按最小短路容量為689MVA勺標(biāo)準(zhǔn)來考核，見表1。表1注入35kVPCC點(diǎn)各次諧波電流限值2次3次4次5次6次7次8次9次10次11次12次13次13.784.497.075.304.695.053.493.772.854.552.394.0814次15次16次17次18次19次20次21次22次23次24次25次2.024.131.753.311.562.941.381.651.292.481.192.30表1:35kV變電站電源開關(guān)進(jìn)線側(cè)注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值表2注入10kVPCC點(diǎn)各次諧波電流限值（折算）及

5、實(shí)際測(cè)量值次數(shù)23456789101112131415允許值48.215.724.718.516.417.612.2139.915.98.314.2714實(shí)測(cè)值0.645.92.5620.34.6412.81.282.881.919.52.4120.641.6表2：因不知道用戶10kV側(cè)的短路容量，故從35kV側(cè)折算出10kV電源開關(guān)進(jìn)線側(cè)注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值及各次諧波電流實(shí)際側(cè)量值，因15次以上的各次諧波相對(duì)較小，表中不一一列出。上述諧波電流通過主變返送到電網(wǎng)，會(huì)造成上級(jí)電網(wǎng)母線諧波電流（電壓）超標(biāo)。因此，本方案設(shè)計(jì)在10kV母線I段上安裝一套高壓濾波補(bǔ)償裝置，使10kV接入點(diǎn)（考

6、核點(diǎn)）的諧波及功率因數(shù)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。國標(biāo)GB/T14549-93規(guī)定如下：公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值見表3。表3電網(wǎng)標(biāo)稱電壓kV電壓總諧波畸變率各次諧波電壓含后率奇次|偶次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.84諧波電流允許值公共連接點(diǎn)的全部用戶向該點(diǎn)注入的諧波電流分量（方均根值）不應(yīng)超過表3中規(guī)定的允許值。當(dāng)公共連接點(diǎn)處的最小短路容量不同于基準(zhǔn)短路容量時(shí)，表3中的諧波電流允許值的換算見附錄B（補(bǔ)充件）表4注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值諧波次數(shù)及諧波電流允許值23456789101112131415161718192021

7、222378623962264419211628132411129.7188.6167.88.97.11443342134142411118.5167.1136.16.85.3104.79.04.34.93.97.4262013208.5156.46.85.19.34.37.93.74.13.26.02.85.42.62.92.34.515127.7125.18.83.84.13.15.62.64.72.22.51.93.6.1.73.21.51.81.42.716138.1135.49.34.14.33.35.92.75.02.32.62.03.81.83.41.61.91.52.8129.

8、66.09.64.06.83.03.22.44.32.03.71.71.91.52.81.32.51.21.41.12.15確定基波無功功率補(bǔ)償容量根據(jù)前面對(duì)I段母線現(xiàn)場(chǎng)的諧波測(cè)試數(shù)據(jù)分析可知，10kV母線I段總進(jìn)線端的功率因數(shù)為0.92左右，有功功率在8000kW之間。平均功率因數(shù)在0.92左右，系統(tǒng)所缺的無功基本都在28003300kVar之間。按如下公式即計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)臒o功功率Q=p（V，sec211Vsec221）取COS2=0.98得到需要補(bǔ)償?shù)臒o功功率Q=1800kVar,以下將以此無功補(bǔ)償容量作為設(shè)計(jì)各濾波回路的依據(jù)，同時(shí)考慮其它部分小負(fù)荷接入運(yùn)行或所有負(fù)荷都滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，10

9、kVI段母線所需的無功補(bǔ)償量。6濾波補(bǔ)償對(duì)網(wǎng)壓波動(dòng)的改善預(yù)測(cè)引起網(wǎng)壓波動(dòng)的原因在于電網(wǎng)無功功率的變化，有關(guān)網(wǎng)壓波動(dòng)的計(jì)算公式如下: Sb系統(tǒng)基準(zhǔn)谷重 電壓波動(dòng)最大值為： Vmax(%)=100*cAQmax/ScSc=Sb/XsSc供電點(diǎn)至電源的短路阻抗標(biāo)么值。補(bǔ)償前的Vmax(%)=100*4Qmax/Sc=100*3.3/156=2.1補(bǔ)償后的Vmax(%)=100*4Qmax/Sc=100*1.5/156=1-取補(bǔ)償前相同有功功率為參考。濾波補(bǔ)償對(duì)網(wǎng)壓波動(dòng)的改善是明顯的。710kV側(cè)濾波補(bǔ)償FC方案設(shè)計(jì)7.1 濾波方案的確定采用三頻率點(diǎn)濾波，用系統(tǒng)仿真分析比較了多組濾波組合的濾波效果，并

10、從中選出5,7, 11次三個(gè)濾波支路為組合方式，因系統(tǒng)中11次以上的各次諧波分量較小，故本方案設(shè)計(jì)11次采用高通濾波。在相同基波的補(bǔ)償容量下，采用5,7,11次濾波組合有利于吸收系統(tǒng)中的5,7,11次及11次以上的各諧波，同時(shí)對(duì)其它次諧波也不會(huì)產(chǎn)生放大作用。為了更好地吸收11次及11次以上的特征諧波電流，方案設(shè)計(jì)時(shí)將適當(dāng)加大11次的安裝容量。濾波系統(tǒng)投入后對(duì)于4次，6次，9次諧波有大約1.5倍的放大，由于系統(tǒng)中4,6,9次諧波本身就比較小，故不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，也不會(huì)超標(biāo)。仿真分析給出諧波吸收曲線：0I2315D7a?101p12H15諧濃次熱氣25R543.2on-ooo圖210kV(156

11、MVA)濾波組合諧波吸收率圖圖310kV(156MVA)濾波組合系統(tǒng)阻抗圖圖示表明高壓濾波補(bǔ)償裝置投入后，10kV系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生特征諧波頻率放大，線路短路容量小的對(duì)諧波電流吸收效果優(yōu)于短路容量大的。曲線看出注入主變的2次電流為105%3次為110%4次為130%5次諧波電流為35%6次為120%7次為30%8次為70%9次為80%10次為150%11次為25%11次以上平均為70%由此可見，濾波裝置投入后對(duì)第3、4、6、10次諧波電流略有放大?？紤]到系統(tǒng)的阻尼特性，諧波電流數(shù)值會(huì)較計(jì)算值小。從諧波阻抗圖2可算出濾波不接和濾波接入的各次諧波電壓及總諧波電壓值。將各次諧波電流乘以該次諧波阻抗值(變壓

12、器)，即得到該次諧波電壓值，將各次諧波電壓值的平方求和后開平方，得到UThd值。7.2濾波回路組合的電路結(jié)構(gòu)每相回路由濾波電容與濾波電抗串聯(lián)，三相由三個(gè)單相接成Y型，中性點(diǎn)絕緣，含開口電壓檢測(cè)保護(hù)，電流不平衡檢測(cè)保護(hù)等。電容器組并接放電線圈，各濾波回路接入避雷器，熔斷器等。電路原理見下圖，圖4以10kV母線I段為例給出主原理圖，濾波回路由高壓控制柜的真空接觸器控制，共有控制柜3臺(tái)。10KV母線I段隔離接地開關(guān)LI"/III>一 uiTl illr5-<4"電流互感器真空接觸器歐熔斷器5次電容5次放電線圈5次電抗二5次濾波支路LZZB7-10Q濾波器 接入開關(guān)隔離

13、接地開關(guān)什一11hi電流互感器-卜1真空接觸器7 次 放 電 線 圈7次電抗7 次濾波支路II隔離接地開關(guān) "7ill-電流互感器真空接觸器11次熔斷器11一|次?放11次電容 電,線I圈11次濾波支路圖4濾波系統(tǒng)一次原理圖表510kV濾波電容器電抗器參數(shù)表H5H7H11備注電容器(uF)23.8919.1123.89二相電容器安裝容量(kVar)1267(7.5kV)1017(7.5kV)1267(7.5kV)3550三相電容器輸出容量(kVar)7506007502100電抗器(星?)17.3310.993.54電抗器額定電流A50(44)40(35)50(44)()內(nèi)為基波值電

14、抗器的額定電流是指該回路的基波電流與各次諧波電流均方根值。表610kV濾波電容器額定參數(shù)內(nèi)容5次7次11次單臺(tái)額定電壓(kV)7.57.57.5單臺(tái)額定容量(kVar)211169211單臺(tái)額定電流（A）2822.528單臺(tái)電容（WF）11.959.5611.95后效容量/相（kVar）250200250安裝容量/相（kVar）126610131266額定電流/相（A）564556電容器連接方式/相2并2并2并三相總臺(tái)數(shù)（臺(tái)）666表71#濾波電抗器參數(shù)慮波支路內(nèi)容5次7次11次額定電感值（mH17.3310.99.54額定電流（A）504050要求可調(diào)范圍+10%-10%+10%10%+10

15、%-10%數(shù)量（臺(tái)）111注：濾波電抗器調(diào)節(jié)范圍是考慮到限流電抗器電感制造誤差-103+10%濾波電容器組制造誤差0唳+3%十算出來的，但制造廠制造的濾波電抗器可調(diào)范圍一般在一5%+5%這樣必須對(duì)電抗器可調(diào)范圍、濾波電容器的制造誤差加以限制。（1）濾波電容器選型如下：5次濾波電容器選用AFM7.5-211-1W7次濾波電容器選用AFM7.5-169-1W11次濾波電容器選用AFM7.5-211-1W（2）濾波電抗器（鐵芯或空芯電抗）選型如下：5次濾波電抗器選用LKGKJ10-50A-17.33,Q=40左右7次濾波電抗器選用LKGKL-10-40A-10.99,Q=40左右11次濾波電抗器選用

16、LKGKL-10-50A-3.54,Q=40左右電抗器通過調(diào)節(jié)兩個(gè)相同線圈間距離來調(diào)節(jié)電感，調(diào)節(jié)范圍一5%葉5%設(shè)備訂貨時(shí)必須對(duì)電抗器、濾波電容器組的制造誤差加以限制。（3）濾波器電容器內(nèi)部故障及成套保護(hù)a.不平衡電流保護(hù)b.過電壓保護(hù)c.失電壓保護(hù)d.電流速斷保護(hù)e. 氧化鋅避雷器抑制過電流保護(hù)f. 操作過電壓g. 單臺(tái)濾波電容器采用噴逐式熔斷器h. 放電線圈放電保護(hù)濾波器保護(hù)可以裝在相應(yīng)的斷路器柜上。其中過電壓和欠電壓保護(hù)四個(gè)支路共用一套即可。（4）對(duì)濾波器的監(jiān)控要求由于濾波器整體對(duì)10KV調(diào)諧，一般不允許每套濾波器的某個(gè)支路單獨(dú)運(yùn)行（以免對(duì)低次諧波產(chǎn)生放大，濾波支路的投入間隔取0.51分

17、鐘，投入時(shí)從低次往高次按5、7、11次的投入順序進(jìn)行，切除時(shí)從高次往低次按11、7、5次順序依次切除（切除時(shí)無間隔要求）。濾波器的監(jiān)控可以采用JKWX控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)濾波器的控制和監(jiān)視，監(jiān)控必須具備以下功能：a對(duì)濾波器進(jìn)行程控投切，控制濾波器支路的投切先后順序、投切時(shí)間間隔，故障連瑣跳閘；b.記錄開關(guān)變位、保護(hù)動(dòng)作、電壓、電流、有功功率、無功功率等參數(shù)；c根據(jù)系統(tǒng)諧波電壓或功率因數(shù)自動(dòng)控制濾波器的投切套數(shù)，也能手動(dòng)控制濾波器的投切；d. 指示故障類型；f.監(jiān)測(cè)濾波器室內(nèi)溫度，超限報(bào)警；e. 測(cè)電容器的放電容狀況等；（5）濾波器成套設(shè)備3個(gè)濾波支路分別采用3臺(tái)高壓開關(guān)柜；電容柜架3臺(tái)；隔離開關(guān)3臺(tái)；

18、放電線圈9臺(tái)；氧化鋅避雷器9支；7.310KV濾波裝置控制原則、10KV母線聯(lián)接要求及運(yùn)行狀態(tài)信息前后臺(tái)并列控制方式由前臺(tái)向后臺(tái)提供電容器組開關(guān)節(jié)點(diǎn)：各濾波回路電容過電流保護(hù)常開接點(diǎn)一對(duì)各濾波回路電容零序電壓保護(hù)常開接點(diǎn)一對(duì)各濾波回路電容電流不平衡差保護(hù)常開接點(diǎn)一對(duì)各濾波回路電容過電壓保護(hù)常開接點(diǎn)一對(duì)各濾波回路電容欠電壓縮保護(hù)常開接點(diǎn)一對(duì)各濾波回路真空接觸器常開常閉接點(diǎn)各一對(duì)8設(shè)計(jì)依據(jù)本治理方案遵循的標(biāo)準(zhǔn)為：GB12326-2000電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變GB12325-1990電能質(zhì)量供電電壓允許偏差GB/T14549-1993電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波GB/T14543-1995電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度GB311.1-5-86高壓絕緣配合與試驗(yàn)技術(shù)GB50227-95并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范JB7111-93高壓并聯(lián)電容器裝置行標(biāo)DL/T586-95電力設(shè)備監(jiān)造技術(shù)導(dǎo)則鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)9技術(shù)指標(biāo)及考核指標(biāo)諧波電壓限值和諧波電流限值：符合國標(biāo)GB/T14549-93的要求。月平均功率因數(shù)PF（10kV母線I段進(jìn)線側(cè)）達(dá)到0.95及以上。具有控制、聯(lián)鎖、檢測(cè)、過電壓保護(hù)和繼電保護(hù)等功能。濾