（电气工程专业论文）安亭变电站谐波测试与治理.pdf

安亭变电站谐波测试与治理 摘要 本文以1i o k v 安亭变电站的谐波实测和分析为例，介绍了电力 系统谐波测量和分析方法，以及变电站电压、电流谐波超标的治理 卜一 方案。通过谐波测试找到了安亭变电站主要的谐波源。为做好变电 站谐波治理工作，本文选用简单、经济的交流滤波器对谐波超标用 户设计滤波方案。文中在综合考虑许多方面的因素，比如滤波器的 滤波效益、无功功率补偿、系统电压等因素后详细说明了交流滤波 器参数。文中还列出交流滤波装置参数选择计算机辅助设计软件流 程框图，该软件计算核心部分采用v i s u a lf o r t r a n 语言编程，以 a c c e s s 进行数据库管理，使用v i s u a lb a s i c 设计用户界面。 ， 体文利用此软件对安亭变电站一家谐波超标用户( 大众联合发展 车身配件厂) 提出谐波治理方案，通过在用户侧安装3 次，5 次单调 谐交流滤波器来满足谐波抑制和无功补偿的要求。并通过滤波效益 分析得出结论，安装交流滤波器后可以有效地实现谐波抑制，并改 善安亭变电站谐波超标的现状。) 卜 关键宇：谐避塑4 垫j 遁i 萝旷“ r 一， h a r m o n i c s m o n i t o r i n g a n d c o n t r o l l i n gi na n t i n gs u b s t a t i o n a b s t r a c t t h e e s s a y i l l u s t r a t e st h em e t h o do fh a r m o n i c sm o n i t o r i n ga n da n a l y s i sa n dt h e w a yt oc o n t r o lt h ee x c e s s i v ev o l t a g e c u r r e n th a r m o n i c si np o w e rs y s t e mb yt a k i n g h a r m o n i c sm o n i t o r i n ga n da n a l y s i si na1 1 0 k v p o w e rs u b s t a t i o ni na n t i n gs h a n g h a i a se x a m p l e w eh a v ef o u n do u tt h eh a r m o n i c ss o u r c e si n a n l n gs u b s t a t i o nb y m o n i t o r i n gh a r m o n i c s i no r d e rt oi m p l e m e n th a r m o n i c sc o n t r o l l i n gi nt h es u b s t a t i o n ， t h ee s s a yh a sa p p l i e da n e a s y ，e c o n o m i c a la c f i l t e rt od e s i g nh a r m o n i c s c o n t r o l l i n g m e t h o df o re x c e s s i v eh a r m o n i c sc u s t o m e r al o to ff a c t o r sh a db e e nt a k e ni n t o c o n s i d e r a t i o n ，s u c ha sf i l t e d n ge m c i e n c y lr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o n 。a n ds y s t e m v o l t a g ee t c t oe l a b o r a t eh o w t oc h o o s e p a r a m e t e r so fa na cf i l t e r t h ee s s a ya l s o l i s t e do u tt h ef l o wc h a r lo ft h es o f t w a r ew h i c hi s a p p l i e dt o c a l c u l a t ea cf i l t e r p a r a m e t e r s t h e c o r eo ft h ec a l c u l a t i o np a r to f t h es o f t w a r e a d o p t e dv i s u a lf o r t r a n a c c e s si s a p p l i e dh e m f o rd a t a b a s em a n a g e m e n ta n dv i s u a lb a s i ci s a d o p t e dt o d e s i g nt h ec u s t o m e r i n t e r f a c e t h ee s s a yh a da p p l i e dt h es o f t w a r eo nt h ee x c e s s i v eh a r m o n i c sc u s t o m e r ( s h a n g h a iv o l k s w a g e n ) o fa n t i n gs u b s t a t i o nt of i n dt h ew a y t oc o n t r o lh a r m o n i c s w h i c hh a da p p l i e dt h i r da n df i f t hh a r m o n i c sf i l t e r so nt h ec u s t o m e rs i t et oc o n t r o l h a r m o n i c sa n dc o m p e n s a t er e a c t i v ep o w e r c o n c l u s i o ni sm a d ew i t h a n a l y s i so f f i l t e r i n ge f f i c i e n c y t h ec o n d i t i o no fe x c e s s i v eh a r m o n i c sc o u l db ec o n t r o l l e da n d i m p r o v e db ya p p l y i n ga c f i l t e r k e yw o r d s ：h a r m o n i c s ，m o n i t o r , c o n t r o l 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 诵i 晦矿 日期：俨。；年月日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：叩茸皈邑厂 指导教师签名： 黍怒 日期：v 哆年f 月“日日期：耖哆年1 月彳日 1 1引言 第一章绪论 随着目前电网规模e t 益扩大，负荷类型不断增多，以及现代电力电子技术的发展、铁芯设 备的饱和、电弧炼钢炉容量的增大、电气化铁路的应用和家用电器的大量使用等原因，注入电 力系统的高次谐波日益增多对系统供电的影响也日益严重，造成系统电压、电流正弦波的畸 变，使电能质量下降，对电力系统包括用户的安全、经济运行产生危害和影响。因此电力系统 谐波闷题的研究越来越被人们重视，不断深入对谐波产生的原因、分析计算的方法、危害影响 的机理、测量评估的标准以及综合治理的实施等方面的研究与探索 1 9 9 9 年华东电力试验研究所对浦西地区电网谐波电压普测发现了市南供电公司1 1 0 k v 安亭 变电站存在谐波超标问题实施本项目是为了找出安亭变电站谐波产生的原因并选择适当的方 案对谐波超标问题进行治理。通过对i l o k v 安亭变电站的谐波实澳l 和分析，我们了解该站的谐 波超标情况并查出谐波源，同时开发一套谐波抑制计算机辅助设计软件。用于制定安亭变电站 谐波治理方案，从而有效改善安亭变电站谐波超标的现状。 1 2 国外发展情况 早在1 8 世纪和1 9 世纪，f o u r i e r 等人提出的数学分析方法就为后人分析谐波问题奠定了 良好的基础，至今f o u r i e r 分析仍被广泛应用： 2 0 世纪2 0 年代和3 0 年代电力系统的谐波问题开始引起了人们的注意当时德国注意到 了由于使用静止汞弧变流器而造成的电压、电流波形畸变。1 9 4 5 年j c r e a d 发表的有关变 流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文； 到了5 0 年代和6 0 年代。由于高压直流输电技术的发展大量有关变流器引起电力系统谐 波问题的论文发表； 7 0 年代以来，由于电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛谐波 所造成的危害也日趋严重，世界各国都对谐波问题给予充分的关注。不少国家和国际学术组织 都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定国际电工协会( i e c ) 和国际大电 网会议( c i g r e ) 都组成了专门的工作组，专门来制定电力系统和用电设备谐波的国际标准， 英国i 毡气委员会总工程师会议在1 9 7 9 年9 月制定的供电网络谐波的有关规定( 工程技术导则 g 5 ，3 ) ， 早在1 9 8 3 年a b b 公司就在加拿大某铝电解厂安装了一套6 3 k v ，7 0 m v a r 工业用谐波滤 波系统1 9 8 6 年开始i e e e 每两年召开一次电力谐波图际学术会议( i c h p ) ，井出版了会议文 集。1 9 9 6 年在第七屑学术会议上又将其更名为电力谐波与电能质量学术会议( i c h q p ) ，研究 范用进一步拓宽。 1 3 国内发展情况 相对而言，我国对谐波问题的研究起步较晚。进入8 0 年代后电力： 作者和专家学者才开 始开展有关谐波的研究工作。1 9 8 2 年我国第一次谐波学术研讨会在石家庄市召开。当时主要针 对石太电气化铁路出现的谐波以及由此引起的电力电容器损坏展开了基本认识和普及性讨论 从此开始了我国谐波工作的广泛开展。1 9 8 4 年原水利电力部颁布了电力系统谐波管理暂行 规定( s d1 2 6 - - 8 4 ) 使电力系统谐波的管理监测工作有了依据。也推动了研究工作的开展1 9 8 8 年原能源部与铁道部联合测试山西省雁北地区电气化铁道引起的谐波状况。各有关科研部门和 高等学校也展开了谐波研究工作。1 9 9 0 年中国电机工程学会谐波分专委员会开始组织每两年一 次的学术研讨会。经过多年工作的努力，1 9 9 3 年7 月国家技术监督局颁布了电能质量一公用 电网谐波( g b f r1 4 5 4 9 - - - 9 3 ) 的国家标准井于1 9 9 4 年3 月起正式实施，这使我国谐波管理 ： 作走上正规化的轨道。2 0 0 2 年1 1 月召开了首届电能质量国际研讨会，与国际上知名的电能 质量专家们共同交流经验 概括地说，我国的谐波研究工作大体上经历了三个阶段：谐波认识和知识普及阶段：建立 分析、测量手段和进行实际普查阶段；谐波综合治理阶段。同国外技术水平相比较，我国谐波 研究和治理工作仍存在着较大差距。 2 1 4 ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) ( 6 ) 目前共同关心的研究方向 电能质量测鬣和评估方法。对测量评估中涉及到一些电气参数重新进行了定义，继续提 出新的测量方法和测量手段，研制了多通道谐波分析仪和电能质量测量仪等； 在分析与计量技术方面，分析了电网参数变化、模型与元件参数的精度对谐波计算的影 响；针对非稳态波形畸变，寻求新的数学方法，如近年发展较快的小波变换、神经网络 等： 谐波抑制措施，对无源与有源滤波混合方式的研究更加广泛和深入认为混合滤波器可 降低治理投资、改善传统滤波器的技术性能，是未来抑制谐波的应用方向。 对换流器谐波源进行广泛深入的研究。如对p w m 换流器提出了采用空间矢量法使其所 产生谐波电量最小化的方法：对于不对称触发的a c d c 换流器。提出了采用离散小信 号模型的分析方法： 提出了混合牛顿一高斯算法，并采用并联校正技术以改善收敛性；研究电网中装设滤波 器的最佳安装位置： 随着互联网技术的发展，研究基于髓络的电能质量监控与分析及多种数据源的兼霹等。 2 1 概述 第二章电力系统谐波测量 对电网中谐波源及其传播的定量的分析与计算，是保证电网和用电设备的安全和经济运行 的前提- 由于电网中谐波问题复杂用数学计算的方法，不能进行准确的分析，最终还是要以 实际测量的结果为依据，因此要求有可靠的测量手段与装置，而且要求测量结果可信。 对于大多数情况，畸变的负载电流是由用户的非线性负载或是由电压源存在的畸变所引起 的。然而，当把能产生谐波电流的负载注入存在谐波电压的电压源时，要判断在送电支路中流 动着的谐波电流是由j ；i 户还是由电网本身所产生，则唯一的办法就是利用专用的谐波测量仪器。 电力系统谐波测量的主要作用： ( 1 ) 鉴定实际电力系统及谐波源用户的谐波水平是否符合标准的规定，包括对所有谐波 源用户的设备投运时的测量。 ( 2 ) 电气设备调试、投运时的谐波测量，以确保设备投运后电力系统和设备的安全及经 济运行。 ( 3 ) 谐波故障或异常原因的测量。 ( 4 ) 谐波专题测试，如谐波阻抗、谐波潮流、谐波谐振和放大等。 2 2 谐波测量的基本要求 ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) 谐波测量方法和数据处理必须遵照1 9 9 3 年国家颁布的标准g b t 1 4 5 4 9 - - 9 3 ，即电能 质量公用电网谐波 谐波测量的主要参数应包括下述各量：谐波电压乩：谐波电流l ；谐波相位角吼； 谐波流向、谐波功率；电压、电流波形畸变率；谐波阻抗z ，。等 精度要求。为达到减少误差和准确测量的目的，谐波测量需制定一些测量精度以表示 4 抗噪音、杂波等非特征信号分量的能力。谐波测量的准确度要求一般不高，以误差表示 约为百分之几的数量级，相当于工业测试范畴。 ( 4 )速度要求要求具有较快的动态跟踪能力，测量时滞性小。 ( 5 )鲁棒性好。在电力系统的正常、异常运行情况下都能测出谐波。 ( 6 )实践代价小。在达到应用要求的前提下，应力求获得较高的性能价格比。 2 3 谐波测量的主要方法 2 3 1 采用模拟带通或带阻滤波器测量谐波 最早的谐波测量是采用模拟滤波器实现的。由圈1 - 1 可见，输入信号经放大后送入一组并 行联结的带通滤波器。滤波器的中心频率 、五、丘是固定的。为工频的整数倍，且t l f i ( 其中n 是谐波的最高次数) ，然后送至多路显示器显示被测量量中所含谐波成分及其 幅值。该检测方法的优点是电路结构简单，造价低，输出阻抗低品质因素易于控制。但该方 法也有许多缺点，如滤波器的中心频率对元件参数十分敏感。受外界环境影响较大，难以获得 理想的幅频和相频特性，当电网频率发生波动时。不仅影响检测精度而且检测出的谐波电流 中含有较多的基波分量要求有源补偿器的容量大，运行损耗也大。 图1 - 1 模拟并行滤波式谐波测量装置方框图 2 3 2 基于傅立时变换的诣波测量 基于傅立叶变换的谐波测量是当今应用最多也是最广泛的一种方法。它由离散傅立叶变换 过渡到快速傅立叶变换的基本原理构成。使用此方法测量谐波，精度较高功能较多，使用方 便。其缺点是需要一定时间的电流值，且需进行2 次变换，计算量大。计算时间长，从而使得 检测时间较长，检测结果实时性较差。而且在采样过程中。当信号频率和采样频率不一致时， 即当式( 2 1 ) 不成立时使用该方法会产生频谱泄漏效应和栅栏效应。使计算出的信号参数( 即 频率、幅值和相位) 不准确。尤其是相位的误差很大，无法满足测量精度的要求，因此必须对 算法进行改进 孕：善；n ( 2 一1 ) 五厶 式中t o 为信号周艄；t s 为采样周期； 为采样频率； 为信号频率：l 为正整数。 减少频谱泄漏的方法主要有3 种： ( 1 )利心加窗插值算法对快速傅立叶算法进行修正的方法。该方法可减少泄漏，有效地抑制 谐波之间的干扰和杂波及噪声的干扰，从丽可以精确测量到各次偕波电压和电流的幅值 及相侥。在实际测量过程中，一般选册矩形窗插值算法和海宁窗插值算法能够满足溯量 精度的要求。式( 2 - - 2 ) 和式( 2 - - 3 ) 为矩形窗插值算法计算复幅值a i 。和相角m 。的公式。 以= 2 瓜m g w ( f _ v ) ( s i n 刀c _ ) ( 2 - - 2 ) 妒。= p h a s e ( g 一( n 1 ) ) 胁。厅+ z c 2 ( 2 - - 3 ) 式( 2 - - 4 ) 和式( 2 - - 5 ) 为海宁窗插值算法计算复幅值a 。和相角咖。的公式 以= 掣扩印+ ) g 以v ) ( 2 _ 4 ) = a r c t a n ( i m ( a 。) ，r 嚣( ) ) ( 2 - - 5 ) ( 2 ) 修正理想采样频率法。这种方法的主要思想是对每个采样点进行修正，得到理想采样频 率下的采样值，修正公式如式( 2 - - 6 ) 。该方法计算量不大，并不需要添加任何硬件。 实时性比上一种方法好，适合在线测量，但只能减少5 0 的泄漏。 x o ( n ) “x ( n ) + 号肛( n ) 一x o + ) 月= o ，l ，2 ，m - ( 2 6 ) ( 3 )引利用数字式锁相器( d p l l ) 使信号频率利采样频率同步。图中数字式相位比较器把 取自系统的电压信号的相位和频率与锁相环输出的同步反馈信号进行相位比较当失步 6 时，数字式相位比较器输出与二者相位差和频率差有关的电压，经滤波后控制并改变压 控振荡器的频率，直到输入频率和反馈信号频率同步为止一旦锁定，便将跟踪输入信 号频率变化，保持二者的频率同步。输出的同步信号去控制对信号的采样和加窗函数。 这种方法实时性较好 图2 - 2 频率同步数字锁相装置框图。 7 第三章安亭变电站谐波的测试与分析 3 1测试目的 测试l l o k v 安亭变电站3 5 k v 、l o k v 母线及主变和出线侧电流的正弦波形畸变情况，为抑 制谐波超标提供现场测试数据。 3 2测试方法与接线图 1 l o k v 安亭变电站电气主接线幽如图3 - 1 所示。由于安亭变电站3 5 k v 、l o k v 电压母线均分 开运行，故对3 5 k v 正、副母线电压和l o k v 一、二段母线电压分别测试 8 变电站的每个被测母线测试三相相电压的正弦波形畸变测试信号从被测母线电压互感器 的二次侧抽取。由于测试仪器的电流输入通道有限，故变电站的主变及每条出线仅测试a 相谐 波电流测试信号从被钡4 线路电流互感器的二次侧抽取。 测试时间间隔为l o 分钟，每次测试取3 秒钟谐波分析的平均值，总测试时间为2 4 小时 每个测试对象各有1 4 4 个测试数据。 谐波电压畸变率和谐波电流含量以9 5 概率值为判断依据。同时列出最大值作为参考。 3 3 测试内容 2 0 0 2 年3 月1 3 日1 6 时至1 4 日1 6 时 3 5 k v 正、副母线相电压( 三相) 。一号主变和二号主变3 5 k v 侧电流( a 相) 及3 5 k v 山线电 流( a 相，分别为安延6 5 4 、安汽6 5 3 、安方6 5 6 、安轿6 5 8 、安发6 5 1 、安众6 5 5 ) 。( 辅测1 0 k v 一段罨l 二段母线相电压( a 相) ) 。 图3 - 2安亭变电站3 月1 3 日谐波测试接线圈 3 5 i 9 2 0 0 2 年3 月1 4 日1 6 时3 0 分 至1 5 日1 6 时3 0 分 1 0 k v 一段和二段母线相电压 ( 三相) 及1 0 k v 出线电流( a 相 分别是安1 0 铸铁、安1 3 车身、安 1 4 轿车、安2 0 民车、安2 4 前进、 安2 5 和靖、安2 6 玉兰、安4 新泾) ( 辅测3 5 k v 正、副母线相电压( a 相) ) 。 2 0 0 2 年3 月1 5 日1 7 时 至1 6 日1 7 时 1 0 k v 一段和二段母线相电压 ( 三相) 及1 0 k v 山线电流( a 相， 分别是安1 2 人造板，安1 9 汽铸、 安2 2 阀门、安5 梭拉塞富) 和一 号主变和二号主变1 0 k v 侧电流 ( a 相，) 。( 辅测3 5 k v 正、副母 线相电压( a 相) ) 。 幽3 - 3安亭变电站3 月1 4 日谐波测试接线圈 图3 4安亭变电站3 月1 5 日谐波测试接线图 0 3 4谐波允许值的标准 根据g b t 1 4 5 4 9 9 3 电能质量公用电网谐波的规定： 表3 - 1电压畸变率允许值、各次谐波相电压含有率允许值 谢日坠出首敬 3 5 l 【v1 0 l i v 总谐波相电压畸变率允许值 3 o 4 0 各奇次谐波相电压含有率允许值 2 4 3 2 各偶次谐波相电压含有率允许值 1 2 1 6 根据嘉定供电所区调所供资料，安亭变电站在小方式运行工况条件时，主变山线侧母线短 路容量分别为：3 5 k v 正母( 2 8 5 m v a ) ；3 5 k v 副母( 2 9 3 m v a ) ：1 0 k v 一段母线( 2 0 9 m v a ) ：1 0 k v 二段母线( 2 1 7 m v a ) 袭3 - 2 注入3 5 k v 0 k v 公共连结点的各次谐波电流允许允许值( a 一安培) 标准电压( k v )3 s k v 正母3 5 k v 副母1 0 k v 一段1 0 k v 二段 短路容量m v a ) 2 8 52 9 32 0 92 1 7 2 次 1 7 1 01 7 5 85 4 3 44 3 4 0 3 次 1 3 6 81 4 0 64 1 82 8 2 1 4 次 8 7 89 0 22 7 1 74 3 4 0 5 次 1 3 6 81 4 0 64 1 8 01 8 4 4 6 次 5 8 l5 9 81 7 7 63 2 5 5 7 次 l o 0 3l o 3 l3 1 3 51 3 8 9 8 次 4 3 34 4 51 3 3 81 4 7 6 9 次 4 6 74 8 01 4 2 11 1 0 7 1 0 次 3 5 33 6 31 0 6 62 0 1 8 1 1 次 6 3 86 5 61 9 州9 3 3 1 2 次 2 9 63 0 58 9 91 7 1 4 1 3 次 5 _ 3 65 5 11 6 5 l8 0 3 1 4 次 2 5 l2 5 87 7 39 0 1 5 次 2 8 52 9 38 5 76 9 4 1 6 次 2 1 72 2 36 6 91 3 0 2 1 7 次 4 1 04 2 21 2 5 46 0 8 1 8 次 1 9 41 9 95 8 5 1 1 7 2 1 9 次 3 6 53 7 51 1 2 95 6 4 2 0 次 1 7 11 7 65 4 36 2 9 2 1 次 2 0 52 1 l6 0 6 4 9 9 2 2 次 1 6 0 1 6 44 8 19 7 6 2 3 次 3 0 83 1 69 4 04 5 6 2 4 次 1 4 81 5 24 3 9 8 9 0 2 5 次 2 8 52 9 38 5 74 3 4 0 注：以上各次谐波电流允许值已经按表中所列实际短路容量折算，折算公式为： i = i ( s ，s ，) 式中：i 。公共连接点的各次谐波电流允许值单位：a i g b 基准短路容量下公共连接点各次谐波电流允许值单位：a s 实际短路容量单位：m v a s j 基准短路容量，取2 5 0 单位：m v a 同一公共连接点的每个用户向电网注入的谐波电流值按此用户在该点的协议容量或最大负 荷容量与其公共连接点的供电设备容量之比进行分配，即： ih i = i ( s ，s f ) 4 式中：s ；娜户的用电协议容量或最大负荷容量m v a s 。公共连接点供电设备容量单位：m v a i h 公共连结点的各次谐波电流允许值单位：a i 。；经过折算后的山线各次谐波电流允许值单位：a a 相位叠加系数，其值按l l i l 表3 - 3 取值 表3 - 3n 相位叠加系数 谐波次数 3571 1 1 3 咿1 3 h 黝(1 la1 11 21 41 81 92 l 安亭变电站的用户协议容量或最大负荷容量见表3 - - 4 表3 7 表3 _ 4 安亭变电站3 5 k v 正母出线用户协议容量( m v a ) 表3 - 5 安亭变电站3 5 k v 副母出线用户协议容量( m v a ) i 线路名 i - ：烂e 6 9 i 安车研 安荧岱ll 安众6 5 5安逛6 5 4 【辟i j 铷喊熵量l 2 0 i 6 74 t i 8 67 8 表3 - 6 安亭变电站1 0 k v 一段出线最大负荷容量( k v a ) i线路名安6 黠安1 0 铸铁安1 2 人i 敝安8 于田安2 1 姗安l 翥泾i 安胖 安2 6 玉兰 lm 魁瞄溶量 2 8 91 8 71 9 02 8 92 4 2 1 8 7 i 2 3 83 7 4 1 2 表3 7 安亭变电站1 0 k v 二段出线最大负荷容量( k v a ) l 燃安1 9 汽瞎 安1 4 轿车l 安挖阔 i 安2 胜扳l 安2 5 椭i 如率身i 安5 捌立塞富l 勃耥 i 用户功i 辫秸垂 1 9 73 7 4 1 8 7 l 1 8 7 l 2 3 8 l 2 8 9 i 2 6 9 l 1 8 7 根据以上数据和计算公式可以得出安亭变电站每条3 5 k v 出线及1 0 k v 出线的谐波电流允许 值，雨与安亭站每条出线谐波电流测试数据的9 5 概率大值进行比较，就可掌握安亭站每条山 线谐波电流的超标情况。 3 5 谐波电压畸变率结果分析 ( 1 ) 安亭站3 5 k v 正母各次谐波电压畸变率9 5 概率值中主要包含有2 、3 、4 、5 、6 、7 、9 、1 1 、 1 3 次谐波，其中5 次谐波为晟大( 1 3 6 ) ；其次为3 次谐波( 0 6 6 ) 安亭站3 5 k v 正母线 总谐波电压畸变率9 5 概率值( 1 5 0 ) 未超过国标允许值( 3 ) 安亭站3 5 k v 正母线各次 谐波电压畸变率9 5 蝴率值未超过国标允许值。 ( 2 ) 安亭站3 5 k v 副母各次谐波电压畸变率9 5 概率值中主要包含有2 、3 、4 、5 、6 、7 、1 1 、1 3 次谐波其中5 次谐波为最大( 3 3 0 ) ；其次为3 次谐波( 0 6 6 ) 。安亭站3 5 k v 副母线总 谐波电压畸变率9 5 概率值已达到( 3 4 1 ) 已超过国标允许值( 3 ) 。安亭站3 5 k v 副母 线5 次谐波电压畸变率9 5 概率值( 3 3 0 ) 已超过国标允许值( 2 4 ) 。其余各次谐波 电压畸变率9 5 概率值来超过国标允许值。 ( 3 ) 安亭站1 0 k v 一段母线各次谐波电压畸变率9 5 概率值中主要包含有2 、3 、4 、5 、6 、7 、9 、 1 1 、1 3 、1 5 、1 7 、2 1 、2 3 、2 5 、3 5 、3 7 次谐波其中5 次谐波为最大( 1 4 6 ) ；其次为3 次谐波( o 4 9 ) 。安亭站1 0 k v 一段母线总谐波电压畸变率9 5 概率值( 2 8 9 ) ，未超过 国标允许值( 4 ) 。安亭站1 0 k v 一段母线各次谐波电压畸变率9 5 概率值均未超过国标允许 值。 ( 4 ) 安亭站1 0 k v 二段母线各次谐波电压畸变率9 5 概率值中主要包含2 、3 、4 、5 、6 、7 、9 、1 1 、 1 3 、1 7 、1 9 次谐波，其中6 次谐波为最大( 3 2 9 9 6 ) ；其次为3 次谐波( o 6 6 ) 。安亭站1 0 k v 二段母线总谐波电压畸变率9 5 概率值达到( 3 3 9 ) ，接近国标允许值( “) 但尚未超标。 安亭站1 0 k v 二段母线6 次谐波电压畸变率9 5 概率值( 3 2 9 ) 。已超国标允许值( 3 2 ) 。 其余各次谐波电压畸变率9 5 概率值未超过国标允许值。 3 6 谐波电流畸变率结果分析 ( 1 ) 安亭站1 号主变3 5 k v 侧各次谐波电流畸变率9 5 概率值中主要包含有3 、5 、7 次谐波， 其中5 次谐波为摄大( 4 8 a ) ；其次为3 、7 次谐波( 1 6 a ) 。安亭站l 号主变3 5 k v 侧各次 谐波电流畸变率9 5 概率值均未超过国标允许值。 ( 2 ) 安亭站2 号主变3 5 k v 侧各次谐波电流畸变率9 5 概率值中主要包含有3 、5 、7 次谐波， 其中5 次谐波为最大( 8 a ) ：其次为3 、7 次谐波( 1 6 a ) 安亭站2 号主变3 5 k v 侧各次谐 波电流畸变率9 5 概率值均未超过国标允许值 ( 3 ) 安亭站3 5 k v 侧备条出线所含各次谐波电流畸变率9 5 概率值见表3 - 8 ，其中均以5 次谐波 为火，这与有关安亭站3 5 k v 母线各次谐波电压畸变率9 5 概率值中5 次谐波为最大和安亭 站主变3 5 k v 侧各次谐波电流畸变率9 5 概率值中5 次谐波为最大的结论相一致。说明安亭 站3 5 k v 母线各次谐波电压畸变由线路中非线性负荷所引起。 表3 - 8 安亭变屯站3 5 k v 出线各次谐波电流畸变率9 5 概率值( a ) 线路名安延6 5 4安汽6 5 3安方6 5 6安轿6 5 8安发6 5 1安众6 5 5 基波值 1 2 81 3 9 21 1 9 41 3 4 41 6 3 21 3 9 2 2 次 1 61 61 6 r 6 4 7 )f 5 1 9 )( 7 5 0 ) 3 次 1 61 68 3 2 + ( 2 7 3 )f 2 3 3 )( 1 5 3 )( 2 9 9 ) 4 次 1 6 f 2 6 6 ) 5 次 4 8 6 4 3 24 8 1 4 4 6 4 + ( 3 1 3 )( 2 7 1 )( 5 s 0 )( 2 7 1 )( 1 8 4 )( 3 4 0 ) 6 次 1 6 ( 1 7 6 ) 7 次 3 2 3 29 6 03 , 2 + 4 8 r 2 5 0 ) ( 4 8 1 )f 2 5 0 )( 1 8 0 )( 3 0 5 ) 1 1 次 1 61 6 ( 2 1 7 )( 1 6 9 ) 1 3 次 1 5 ( 1 5 2 ) 注：表格内“( ) ”内的数值是国标允许值 4 ( 4 ) 安亭站1 号主变1 0 k v 侧各次谐波电流畸变率9 5 概率值中主要包含有3 、5 、7 次谐波。均 未超过国标允许值 。 ( 5 ) 安亭站2 号主变1 0 k v 侧各次谐波电流畸变率9 5 概率值中主要包含有5 、7 次谐波。均未 超过国标允许值。 ( 6 ) 安亭站1 0 k v 侧出线所含各次谐波电流畸变率9 5 概率值见表3 - 9 1 0 k v 各出线电流中主要 含有3 、5 、7 、9 、1 1 、1 3 次谐波电流；其中安1 3 车身还含有2 、4 、6 、8 、1 0 次谐波电流。 备次谐波电流中以5 次谐波电流为最大。与安亭站1 0 k v 母线各次谐波电压畸变率9 5 概率 值分析中的5 次谐波电压值为最大的现像一致。 表3 - 9 安亭变电站1 0 k v 山线各次谐波电流畸变率9 5 * * 概率值( a ) 线路名安4 瓤泾安1 0 铸跌安1 4 稗安2 0 鼬丰安斛前进安2 5 和晴安拍玉兰安1 3 砷甥安5 梭l 蝴 基波值 2 8 81 4 0 85 4 a7 8 44 9 61 2 6 41 3 2 81 0 5 66 4 6 4 2 次 0 6 4 1 ) 1 66 41 1 2 3 次 f 6 0 4 )( 9 1 0 )( 4 8 1 ) 3 2 4 次 ( 1 6 4 1 ) 4 8 1 4 4 +4 8 3 24 8 +4 8 4 89 6 1 6 5 次 ( 5 8 3 )( 5 8 3 )( 4 5 2 )( 7 0 9 ) ( 2 5 5 )( 3 1 1 )( 1 0 3 4 )( 3 6 5 ) ( 3 4 3 ) 1 6 6 次 ( 1 2 3 1 ) 4 81 4 4 1 63 21 66 4 3 2 7 次 ( 5 7 9 )( 5 7 9 )( 4 1 6 )( 6 8 5 )f 2 5 5 )( 3 0 2 )( 3 4 6 ) 1 6 8 次 ( 5 5 8 ) 1 61 6 9 次 ( 4 3 6 )r 4 1 9 ) 1 6 3 2 1 0 次 ( 7 6 3 )( 7 3 6 ) 1 61 61 61 61 6 1 61 6 1 1 次 ( 5 2 3 )( 5 2 3 )( 3 6 5 )( 5 9 6 )陀8 5 )( 7 6 6 ) ( 3 1 7 ) 1 61 61 6 1 3 次 ( 4 7 6 )( 3 3 0 ) ( 5 3 9 ) 注：表格内“( ) ”内的数值是国标允许值 3 7 安亭变电站谐波超标结论 ( 1 ) 安亭站3 5 k v 副母线总谐波电压畸变率9 5 概率值( 3 4 l ) 已超过国标允许值( 3 ) 安 亭站3 5 k v 副母线5 次谐波电压畸变率9 5 概率值( 3 3 0 ) 均已超过国标允许值( 2 4 ) ( 2 ) 安亭站1 0 k v 二段母线5 次谐波电压畸变率9 5 概率值( 3 2 9 呦超过国标允许值( 3 2 ) 。 ( 3 ) 安亭站3 5 k v 、1 0 k v 出线谐波电流超标主要情况见表3 1 0 。 表3 - l o安亭站3 5 k v 、1 0k v 出线谐波电流超标情况 3 次谐波电流( a )5 次谐波电流( a )7 次谐波电流( a ) 电压山线名称 9 5 概率值国标允许值9 5 概率值国标允许值9 5 概率值 国标允许值 安延6 5 44 83 1 3 安汽6 5 36 42 7 13 22 5 3 5 k v 安轿6 5 84 _ 82 ，7 l9 62 5 安发6 5 1 8 1 5 31 4 41 8 43 21 8 安众6 5 53 22 9 96 43 4 0 4 83 0 5 安1 0 铸铁1 4 45 8 31 4 45 7 9 安1 4 轿乖4 84 5 2 1 0 k v安2 4 前进4 82 5 5 安2 5 和靖4 83 1 l6 43 0 2 安1 3 车身 “24 8 l9 6 3 6 5 1 6 4 1 交流滤波装置 第四章一电力系统谐波抑制 电力系统中谐波的抑制应该从两个方面来考虑，一是产生谐波的非线性负荷；另一是受危 害的电力设备和装置。这些应该相互配合，统一协调，作为一个系统整体米研究采用技术经 济最合理的方案米抑制和消除谐波。 采用交流滤波装置就近吸收谐波源产生的谐波电流，是抑制谐波“污染”的种有效措施 目前广泛采用的无源型交流滤波装置由电力电容器、电抗器( 常用空芯的) 利电阻器适当组合 而成运行中它和谐波源并联，除起滤波作h j 外还兼顾无功补偿的需要由于它结构简单、运 行可靠、维护方便。因此得到了广泛的应用。 4 1 1 滤波装置的结构及接线方式 滤波装鲨一般由一组或数组单调谐滤波器组成，有时再加一组高通滤波器。单调谐滤波器 利用启、厶f 电路串联谐振原理构成 4 - - 1 ( a ) 在具体工程中接线可以灵活多样，例如： 可以将电抗器接到母线和电容器之间；电容器( 或电容器一电抗器组) 可以采用星形或三角形接 线等但推荐采用图4 1 ( a ) 的接线，即将滤波电抗器和电阻器均接于电容器的低压侧，整个 滤波器采用星形接法，其主要优点是： ( 1 ) 一相中任何一个电容器击穿时，短路电流较小： ( 2 ) 电抗器不承受短路电流冲击，且只需采用“半绝缘”，因为在系统单相接地时，电抗 器对地电压仅为相电压； ( 3 ) 便于分相调谐。 在有些工程中采用的双调谐滤波器 图4 1 ( b ) 在谐振频率附近实际上等于两个并联的单 调谐滤波器。它同时吸收两种频率的谐波与两个单调谐滤波器相比，基波损耗较小，只有一 个电抗器承受全部冲击电压。这种滤波器缩构比较复杂，调谐困难。应用较少。因此这里不作 7 碡两- 器 4 1 2 滤波装置方案的确定 滤波装鲨的方案，主要是指确定用儿组单调谐滤波器，选取高通滤波器的裁止频率，以及 _ j 什么方式满足无功补偿的要求 单调谐滤波器应根据谐波源大小所产生的主要特征谐波电流来考虑。对于摧流性谐波源。 一般只设奇次滤波器。例如六相整流负荷可以设5 次、7 次、1 1 次等单调谐滤波器。如要滤除 更高次的谐波可以设一组高通滤波器( 如果主要目的是吸收1 3 谐波，则截止频率可以选为1 2 次) 。对于非特征的3 次谐波是否要设滤波器，应根据3 次谐波电流的大小。以及是否可能发生 3 次谐波谐振( 即3 次谐波电压过高) 来决定( 后者应待滤波装置参数初步选定后才能确定) 。电 弧炉负荷由于产生连续次数的特征谐波一般需要从2 次单调谐滤波器开始装设单调谐滤波器。 使滤波装置满足无功补偿要求，可以有两种处理办法： ( t ) 根据滤波要求设计滤波装置，如其无功容量小于补偿容量不足部分加装普通的并联电 容器组： ( 2 ) 加大滤波器容量，使其总的无墉量满足补偿要求。 一般说来，办法( 1 ) 比较简单运行灵活，投资可能省些。办法( 2 ) 滤波效果较好，如果设 计周密，也能做到运行灵活。究竟采用哪种办法，针对具体工程，可以作技术经济比较后确定。 4 1 3 滤波器的滤波效益 安装滤波器的主要目的，在于消除或减少谐波电流流入系统，同时可以提供一定量的无功 功率，以改善功率因数。图4 - - 2 ( 曲为滤波器联接的系统一次回路：图4 - - 2 ( 6 ) 为图4 - - 2 ( a ) 的等值回路豳。 u s 图4 2 ( 曲：滤波器联接的系统一次同路图( ：( a ) 的等值回路图 系统母线门次谐波电压 虬2 毓l 流入系统的力次谐波电流：l = j 是j 姒滤勰的门姗波慌厶2 惫l 式( 4 - 1 ) 、( 4 - - 2 ) 、( 4 - - 3 ) 中： 2 且：滤波器的门次谐波阻抗： ( 4 一1 ) ( 4 2 ) ( 4 3 ) 1 9 乙。：系统的门次谐波阻抗； ，。：谐波源产生的刀次谐波电流： ，。：装设滤波器后流入系统的力次谐波电流 i , ；流入滤波器的力次谐波电流 流入系统的n 次谐波电流系数 弘阡劁 流入滤波器的喇皆波屯流系数：如= 酬= 系统母线上的力次谐波电压值：i 玩。i 兰 ( 4 4 ) ( 4 5 ) 精t 卜阱i k l c 由式4 - - 4 、4 - - 6 可知，k 。值越小，则流入系统的疗次谐波电流就越小，力次谐波电流 引起系统谐波电压也越小。也即j 已越小，滤波器的滤波效益越好，因为式4 4 中2 。+ 2 扫 是向量和所以k 。的大小在z ，。已定的情况下不仅决定于z 扫的大小也决定于z j j 的相位 式4 - - 5 中- k 且的- x i 、不能反映流入系统的n 次谐波电流大小只能反映流入滤波器的n 次 谐波电流的大小，因为l = 厶+ l 。是相量和 实际上设置的滤波器要吸收全部的谐波电流( 墨。= o ) 是不可能的，只能减少流入系统的门 次谐波电流量其减少的程度与滤波器参数。即电容量p 、电感及电阻厅的选择和系统谐 波阻抗2 。有密切关系如果参数选择不当。不仅达不到应有的滤波效益。而且还可能使流入 系统的谐波电流放大，甚至会发生滤波器与系统、滤波器支路间的谐振，不仅k j j - 大于1 ，而 且k 。也会大于1 。 4 1 4 单调谐滤波器 4 1 4 1 单调谐滤波器的阻抗 单调谐滤波器是调谐到某一谐波频