10kV高压谐波治理兼无功补偿治理方案综述.doc

10kV高压谐波治理兼无功补偿治理方案 上海稳利达电力电子有限公司 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。 图1用户配电系统示意图 2系统用电参数分析 根据对厂内变电站10KV I段母线的谐波测试数据分析，可将运行时有功功率、无功功率、功率因数及谐波的变化可归纳为： （1）10KV母线平均功率因数约为0.92左右， （2）母线协议容量10MVA， （3）主要谐波源类型：热电解铜及大功率电机等， （4）10KV线路三相功率数据分析 段10KV I段母线正常运行时负荷基本相等，且负载相对较稳定。有功功率基本都8000kW左右，功率因数相对较低，约0.92左右，无功功率也基本在2800kVar～3300kVar之间变化。 3谐波分析 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 4.08 14次 15次 16次 17次 18次 19次 20次 21次 22次 23次 24次 25次 2.02 4.13 1.75 3.31 1.56 2.94 1.38 1.65 1.29 2.48 1.19 2.30 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 次数 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 允许值 48.2 15.7 24.7 18.5 16.4 17.6 12.2 13 9.9 15.9 8.3 14.2 7 14 实测值 0.64 5.9 2.56 20.3 4.64 12.8 1.28 2.88 1.9 19.5 2.4 12 0.64 1.6 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 标准 电压 KV 基准短路容量 MVA 谐波次数及谐波电流允许值 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 2