10kV高壓諧波治理兼無功補償治理方案(模板示例)

1、10kV高壓諧波治理兼無功補償治理方案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進線一條，該線非該廠專線。廠內(nèi)主要負荷為電解銅生產(chǎn)線及大功率電機等用電設(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償柜，但由于電解銅等用電設(shè)備在運行時產(chǎn)生了較大的諧波注入系統(tǒng)，而電容補償柜在投入后又與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，對系統(tǒng)諧波進一步放大，造成電容補償

2、裝置在諧波環(huán)境下運行因過載而發(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電容補償動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段母線的諧波測試數(shù)據(jù)分析，可將運行時有功功率、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等，（4）10KV線路三相功率數(shù)據(jù)分析段10KVI段母線

3、正常運行時負荷基本相等，且負載相對較穩(wěn)定。有功功率基本都8000kW左右，功率因數(shù)相對較低，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日對配電系統(tǒng)10KV母線I段的諧波測試數(shù)據(jù)分析，將設(shè)備運行時產(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)進線側(cè)注入公共連接點的諧波電流允許值表2注入10kVPCC點各次諧波電流限值（折算）及

5、實際測量值次數(shù)23456789101112131415允許值48.215.724.718.516.417.612.2139.915.98.314.2714實測值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)進線側(cè)注入公共連接點的諧波電流允許值及各次諧波電流實際側(cè)量值，因15次以上的各次諧波相對較小，表中不一一列出。上述諧波電流通過主變返送到電網(wǎng)，會造成上級電網(wǎng)母線諧波電流（電壓）超標(biāo)。因此，本方案設(shè)計在10kV母線I段上安裝一套高壓濾波補償裝置，使10kV接入點（考

6、核點）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的全部用戶向該點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)公共連接點處的最小短路容量不同于基準(zhǔn)短路容量時，表3中的諧波電流允許值的換算見附錄B（補充件）表4注入公共連接點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償容量根據(jù)前面對I段母線現(xiàn)場的諧波測試數(shù)據(jù)分析可知，10kV母線I段總進線端的功率因數(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。按如下公式即計算出需要補償?shù)臒o功功率Q=p（V，sec211Vsec221）取COS2=0.98得到需要補償?shù)臒o功功率Q=1800kVar,以下將以此無功補償容量作為設(shè)計各濾波回路的依據(jù)，同時考慮其它部分小負荷接入運行或所有負荷都滿負荷運行時，10

9、kVI段母線所需的無功補償量。6濾波補償對網(wǎng)壓波動的改善預(yù)測引起網(wǎng)壓波動的原因在于電網(wǎng)無功功率的變化，有關(guān)網(wǎng)壓波動的計算公式如下: Sb系統(tǒng)基準(zhǔn)谷重 電壓波動最大值為： Vmax(%)=100*cAQmax/ScSc=Sb/XsSc供電點至電源的短路阻抗標(biāo)么值。補償前的Vmax(%)=100*4Qmax/Sc=100*3.3/156=2.1補償后的Vmax(%)=100*4Qmax/Sc=100*1.5/156=1-取補償前相同有功功率為參考。濾波補償對網(wǎng)壓波動的改善是明顯的。710kV側(cè)濾波補償FC方案設(shè)計7.1 濾波方案的確定采用三頻率點濾波，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11次采用高通濾波。在相同基波的補償容量下，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，同時對其它次諧波也不會產(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)計時將適當(dāng)加大11次的安裝容量。濾波系統(tǒng)投入后對于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，故不會對系統(tǒng)產(chǎn)生影響，也不會超標(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償裝置投入后，10kV系統(tǒng)不會發(fā)生特征諧波頻率放大，線路短路容量小的對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，濾波裝置投入后對第3、4、6、10次諧波電流略有放大。考慮到系統(tǒng)的阻尼特性，諧波電流數(shù)值會較計算值小。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)，三相由三個單相接成Y型，中性點絕緣，含開口電壓檢測保護，電流不平衡檢測保護等。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。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次單臺額定電壓(kV)7.57.57.5單臺額定容量(kVar)211169211單臺額定電流（A）2822.528單臺電容（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并三相總臺數(shù)（臺）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）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)備訂貨時必須對電抗器、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a.不平衡電流保護b.過電壓保護c.失電壓保護d.電流速斷保護e. 氧化鋅避雷器抑制過電流保護f. 操作過電壓g. 單臺濾波電容器采用噴逐式熔斷器h. 放電線圈放電保護濾波器保護可以裝在相應(yīng)的斷路器柜上。其中過電壓和欠電壓保護四個支路共用一套即可。（4）對濾波器的監(jiān)控要求由于濾波器整體對10KV調(diào)諧，一般不允許每套濾波器的某個支路單獨運行（以免對低次諧波產(chǎn)生放大，濾波支路的投入間隔取0.51分

17、鐘，投入時從低次往高次按5、7、11次的投入順序進行，切除時從高次往低次按11、7、5次順序依次切除（切除時無間隔要求）。濾波器的監(jiān)控可以采用JKWX控制器實現(xiàn)對濾波器的控制和監(jiān)視，監(jiān)控必須具備以下功能：a對濾波器進行程控投切，控制濾波器支路的投切先后順序、投切時間間隔，故障連瑣跳閘；b.記錄開關(guān)變位、保護動作、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)自動控制濾波器的投切套數(shù)，也能手動控制濾波器的投切；d. 指示故障類型；f.監(jiān)測濾波器室內(nèi)溫度，超限報警；e. 測電容器的放電容狀況等；（5）濾波器成套設(shè)備3個濾波支路分別采用3臺高壓開關(guān)柜；電容柜架3臺；隔離開關(guān)3臺；

18、放電線圈9臺；氧化鋅避雷器9支；7.310KV濾波裝置控制原則、10KV母線聯(lián)接要求及運行狀態(tài)信息前后臺并列控制方式由前臺向后臺提供電容器組開關(guān)節(jié)點：各濾波回路電容過電流保護常開接點一對各濾波回路電容零序電壓保護常開接點一對各濾波回路電容電流不平衡差保護常開接點一對各濾波回路電容過電壓保護常開接點一對各濾波回路電容欠電壓縮保護常開接點一對各濾波回路真空接觸器常開常閉接點各一對8設(shè)計依據(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技術(shù)GB50227-95并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(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)計手冊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段進線側(cè)）達到0.95及以上。具有控制、聯(lián)鎖、檢測、過電壓保護和繼電保護等功能。濾