供电系统谐波治理技术讲座供电系统谐波治理技术讲座

1、PAGE PAGE 14供电系统统谐波治治理技术术讲座无源电力力滤波器器的设计计与调试试华北电力力大学电电气工程程学院20044.100.200一、无源源LC滤滤波器基基本原理理和结构构LC滤波波器仍是是应用最最多、最最广的滤滤波器。1、常用用的两种种滤波器器：调谐谐滤波器器和高通通滤波器器。2、滤波波器设计计要求 11）使注注入系统统的谐波波减小到到国标允允许的水水平； 22）进行行基波无无功补偿偿，供给给负荷所所需的无无功功率率。3、单调调谐滤波波器由图主电电路可求求：调谐频率率：调谐次数数：在谐振点点：zR 特征阻抗抗：品质因数数： q为设设计滤波波器的重重要参数数，典型型值q=3060

2、。4、高通通滤波器器用于吸收收某一次次数及其其以上的的各次谐谐波。如如图所示示。复数阻抗抗：截止频率率：结构参数数：，一一般取mm=0.522； q=00.7 11.4依据以上上三式可可设计高高通滤波波器的参参数。二、滤波波器设计计内容和和计算公公式1、滤波波器参数数选择原原则原则：最最小投资资；母线线 TTHDUU 和进进入系统统的谐波波电流最最小；满满足无功功补偿的的要求；保证安安全、可可靠运行行。参数设计计、选择择前必须须掌握的的资料：1）系统统主接线线和系统统设备（变压器器、电缆缆等）资资料；2）系统统和负荷荷的性质质、大小小、阻抗抗特性等等；3）谐波波源特性性（谐波波次数、含量、波动

3、性性能等）；4）无功功补偿要要求；要要达到的的滤波指指标；5）滤波波器主设设备参数数误差、过载能能力、温温度等要要求。以上资料料是滤波波器参数数选择、设计必必要条件件。案例设计计问题：没有系系统最终终规模的的谐波资资料2、滤波波器结构构及接线线方式选选择由一组或或数组单单调谐滤滤波器组组成，有有时再加加一组高高通滤波波器。工工程接线线可灵活活多样，但推荐荐采用电电抗器接接电容低低压侧的的星形接接线，主主要优点点是： 11）任一一电容击击穿短路路电流小小； 22）设备备承受的的仅为相相电压； 33）便于于分相调调谐。高通滤波波器多采采用二阶阶减幅型型结构（基波损损耗小，频率特特性好，结构简简单）

4、。经济原原因高通通滤波器器多用于于高压。1、滤波波器参数数选择原原则原则：最最小投资资；母线线 TTHDUU 和进进入系统统的谐波波电流最最小；满满足无功功补偿的的要求；保证安安全、可可靠运行行。参数设计计、选择择前必须须掌握的的资料：1）系统统主接线线和系统统设备（变压器器、电缆缆等）资资料；2）系统统和负荷荷的性质质、大小小、阻抗抗特性等等；3）谐波波源特性性（谐波波次数、含量、波动性性能等）；4）无功功补偿要要求；要要达到的的滤波指指标；5）滤波波器主设设备参数数误差、过载能能力、温温度等要要求以上资料料是滤波波器参数数选择、设计必必要条件件。本案例11段母线线滤波器器接线（图纸拷拷贝）

5、。3、滤波波器设计计参数的的分析处处理参数设计计必须应应依据实实测值或或绝对可可靠的谐谐波计算算值，但但根据具具体情况况可作一一些近似似处理：1）母线线短路容容量较小小或换算算得到的的系统电电抗（包包括变压压器）XXS较大大时，可可忽略系系统等值值电阻RRS；2）系统统原有谐谐波水平平应通过过实测得得到，在在滤波器器参数设设计时，新老谐谐波电流流源应一一起考虑虑； 3）L、C制造、测量存存在误差差，以及及f、T变化可可能造成成滤波器器失谐，误差分分析是参参数设计计必须考考虑的问问题；4）参数数设计涉涉及技术术指标、安全指指标和经经济指标标，往往往需经多多个方案案比较后后才能确确定。4、滤波波器

6、方案案与参数数的分析析计算1）确定定滤波器器方案确定用几几组单调调谐滤波波器，选选高通滤滤波器截截止频率率，以及及用什么么方式满满足无功功补偿的的要求。例如：三三相全波波整流型型谐波源源，可设设5、7、11次单单调谐滤滤波器，高通滤滤波器截截止频率率选122次。无无功补偿偿要求从从容量需需求平衡衡角度，通过计计算综合合确定。2）滤波波器基本本参数的的分析电容器基基本参数数：额定定电压UUCN、额定容容量QCCN、基基波容抗抗XC，而而XC=3 UU2CNN/ QQCN（这里QQCN 是三相相值）。为保证电电容器安安全运行行，电压压应限制制在一定定范围内内。3）滤波波器参数数的初步步计算（按正常

7、常条件）设h次谐谐波电压压含有率率为HRRUh，通过推推导可得得到：其中，qq 为滤滤波器的的最佳品品质因数数。以上上是从保保证电容容器电压压要求初初步选择择的参数数。但为为保证电电容器的的安全运运行还应应满足过过电流和和容量平平衡的要要求，公公式如下下：4）滤波波器参数数的初步步计算串联电抗抗器参数数以上为单单调谐滤滤波器参参数的初初步选择择。5）滤波波器参数数的最后后确定滤波器最最终参数数需通过过大量、多次频频率特性性仿真计计算结果果确定；并根据据要求指指标进行行校验。为保证安安全运行行，还要要选断路路器、避避雷器、保护等等。自动调谐谐滤波器器（改变变电感 L）能能提高滤滤波效果果。但由由

8、于技术术经济的的原因，目前应应用不普普遍。5、滤波波器参数数指标的的校验1）电压压平衡：校验支支路滤波波电容器器的额定定电压2）电流流平衡：校验滤滤波电容容器的过过电流水水平，IECC为1.445倍。3）容量量平衡：QCNN= QQC1（基波容容量）+Q hh (谐谐波容量量)；对滤波支支路仅考考虑I11 和Ih 通过时时，近似似有：6、其它它分析、计算工工作1）滤波波支路等等值频偏偏（总失失谐度）的计算算2）滤波波支路品品质因数数q值的计计算其中，s为滤波波器接点点看进去去的系统统等值阻阻抗角。3）滤波波器性能能和二次次保护等等分析计计算滤波器设设计的技技术性很很强，需需有专门门的程序序。除

9、参参数计算算外，要要能对滤滤波器的的谐波阻阻抗、综综合阻抗抗、谐波波放大、局部谐谐振（串串、并联联）等滤滤波性能能进行分分析。三、案例例滤波器器设计方方法介绍绍1、案例例简介2、谐波波数据合合成 中中频炉属属交直直交供供电，换换流脉动动数为66，特征征谐波值值为6KK1次谐波波。非对对称触发发等原因因，存在在非特征征谐波。 福建中中试测试试：线22、线44和中频频炉馈线线；各谐谐波电压压畸变率率全部超超标，55、111、133及以上上谐波电电流超标标。 非在电电网最小小方式、钢厂非非满负荷荷下的测测试，测测试结果果偏小；及今后后8台炉炉投运超超标肯定定更大。 设计问问题：没没有单台台电炉谐谐波

10、测试试数据，没有新新供电方方案下负负荷同时时运行测测试数据据，需根根据经验验及现有有供电方方案谐波波测试数数据进行行分析获获取设计计数据。 按电炉炉变800负荷荷率合成成各母线线谐波电电流。 3、基波波无功容容量计算算 按按母线电电炉全部部运行功功率因数数大于00.9，单炉运运行功率率因数应应小于11，治理理前平均均功率因因数取00.855条件，通过程程序计算算各段母母线的三三相基波波补偿容容量： 110KVV I段段：Q=3.88MVAAR 110KVV III段：QQ=2.65MMVARR 6605频频炉线： Q=1.99MVAAR4、考核核标准计计算和滤滤波器配配置选择择 根根据各母母线

11、的短短路容量量，计算算各段母母线电炉炉运行过过程中的的谐波考考核标准准；以及及对比合合成的谐谐波电流流水平，选择、配置各各段母线线的滤波波器。总电压畸畸变率国国标规定定的限值值各级电网网谐波电电压限值值（%）电压（KKV）THD奇次偶次0.3885.4.02.06.100.43.21.635.66632.41.211021.60.0允许注入入电网的的各次谐谐波电流流国标规规定限值值（部分分）短路容量量不同时时的换算算公式：根据短路路容量换换算案例例的各母母线谐波波电流允允许值。标称电压压（KVV）基准短路路容量（MVAA）234567891011010.0100.00.2660020.0013

12、.0020.0008.5015.0006.4006.8005.1009.3（I）0010.0116.0025.0016.5012.5016.9008.2013.3006.1006.5004.9008.7(II)0100.0116.0019.1010.1009.5010.8006.2009.0004.7005.0003.7006.5(6055)0110.00080.0011.1005.1005.6005.6003.6004.9002.7002.9002.2003.7标称电压压（KVV）基准短路路容量（MVAA）12131415161718192021010.0100.0004.3007.9003

13、.7004.1003.2006.0002.8005.4002.6002.9（I）0010.0116.0004.1007.5003.6003.9003.1005.8002.7005.2002.5002.8(II)0100.0116.0003.2005.7002.7003.0002.3004.4002.1004.0001.9002.1(6055)0110.00080.0001.8003.3001.6001.8001.4002.6001.2002.3001.1001.2标称电压压（KVV）基准短路路容量（MVAA）2223232425010.0100.0002.3.0044.5.0044.5002.

14、1004.1（I）0010.0116.0002.2004.3004.3002.0003.9(II)0100.0116.0001.7003.3003.3001.5003.0(6055)0110.00080.0001.0001.9001.9000.9001.8与合成的的案例谐谐波比较较：各母母线谐波波电流均均超标，由于装装置的非非同时触触发，存存在非特特征谐波波超标的的现象。因此只只能对主主要的频频谱进行行设置滤滤波器；由于电电炉运行行方式大大幅度变变化，特特别是110KVV I段段负荷变变化较大大，受基基波无功功补偿容容量限制制，参数数设计存存在难度度及影响响其滤波波效果。 综综合考虑虑：各母母

15、线配置置5、77、111、133次滤波波器。5、滤波波器参数数设计（以100KV I段为为例） 由由于中频频炉谐波波为连续续频谱谐谐波，以以及基波波补偿电电容器的的限制，滤波器器参数设设计很难难满足要要求，经经几十次次分析、比较，确定的的案例最最终单相相参数如如下：H5H7H11H13合计电容器（F）27.551599220.77773333522.9984221三相电容容器安装装容量（kvaar）1830013500186001269963099三相基波波输出容容量（kkvarr）9006661108872634000电抗器（毫亨）14.77452229.96617882.39952222.

16、6111155考虑的问问题：滤滤波效果果，电压压、电流流、容量量是否能能够平衡衡，是否否存在谐谐波放大大，无功功是否过过补等，通过对对参数进进行多次次仿真，调整、比较和和评估设设计效果果，。1段母线线补偿电电容器和和滤波器器同时运运行仿真真示例：仅滤波器器投入运运行的仿仿真示例例。四、设备备定货、施工和和现场调调试1、拟合合标准指指标与产产品定货货按设计参参数选配配、拟合合标准规规格电容容器，考考虑电抗抗器调节节范围，提出温温升、耐耐压、损损耗等指指标。电容器要要求+误差，电抗器器5%可调调，电容容器质量量。注意滤波波电容器器，干式式、油侵侵电容器器等问题题。2、工程程施工需需要注意意的问题题

17、LC滤波波器属工工程，结结合用户户现场条条件、情情况，设设计单位位应提供供完善的的工程资资料，安安装、施施工要求求；由于于滤波器器现场安安装，要要求工程程单位按按设计施施工、保保证质量量；做详详细安装装检查，保证连连接正确确，防止止相序、设备接接线错误误案例施工工中的问问题：连连接、保保护3、现场场调试主主要要求求和方法法1）要求求：保证证系统可可靠运行行，避免免系统与与滤波器器谐振造造成的谐谐波放大大；投切切过电压压限制在在有效范范围内；保证滤滤波本身身安全运运行，不不会导致致电容、电感、电阻等等不发生生稳态过过负荷，以及投投、切时时的过电电压、过过电流不不损坏本本体设备备。其中，多多数与设

18、设计有关关。2）步骤骤：测量量各种工工况谐波波；计算算系统和和滤波器器频率特特性，研研究是否否可能出出现谐波波放大，决定滤滤波器是是正调偏偏还是负负调偏；计算调调整后的的过电压压、过电电流；分分析、考考虑配置置的保护护，避雷雷器对投投切、断断路器重重燃过电电压有重重要作用用；编写写滤波器器投入方方案，测测量考核核滤波效效果。案例调试试中发生生的问题题：。3）方法法：幅频特性性法：谐谐振时ZZ=R，滤波器器电流最最大；电电阻上的的电压最最大，滤滤波器总总电压最最小；因因此，通通过观测测两个电电压与预预估的电电压比较较，可确确定调谐谐回路的的谐振。缺点：误误差大，有计算算误差、试验误误差和观观测误

19、差差。相频特性性法：把把电阻电电压和滤滤波器总总电压分分别送示示波器两两个通道道进行相相角比较较，可确确定滤波波器是否否谐振。可采用用同轴或或不同轴轴两种方方法。同同轴法看看到的是是点重合合或相反反，因此此误差大大；不同同轴法通通过椭圆圆变成直直线确定定谐振，因此观观察比较较容易，准确，工作量量小。放电振荡荡法：过过程如图图放电时测测量R上电压压，记录录波形；测量周波波时间，可计算算谐振频频率。缺点：每每测一次次都需充充、放电一次，过程复复杂，也也不够准准确。因此，三三种方法法中，相相频特性性法比较较实用，而且可可用频率率计实际际测量谐谐振频率率；改变变信号发发生器频频率，还还可以测测量滤波波器的阻阻抗频率率特性。实际工程程一般采采用-55%（负负偏）调调谐滤波波器。4、案例例工程运运行测试试结果（1段母线线）投运前：电压（VV）电流（AA）功率因数数电压总畸畸变率%电流总畸畸变率%980005400.88810.115.1投运后：电压（VV）电流（AA）功率因数数电压总畸畸变率%电流总畸畸变率%1020005600.9991.54.2投运后各各次谐波波电流的的95%最大值值五、关于于电弧炉炉谐波治治理的简简介 1、电弧弧炉负荷荷特点和和治理要要求1）三相相负荷电电流严重重不对称称，严重重时负序序可达正正序的550%