文/潘友权

1 某化纤公司低压配电基本情况

1.1 全厂配电系统图

该厂建有一座110kV变电站，分别引入两条110kV供电电源，设主变2台，每台容量为31500kVA，一备一用，10kV采用单母线分段，分列运行方式，并装有10台10/0.4kV配电变压器，分别给纺丝车间、聚酯车间及公用配套设备供电，配电系统图如1。

1.2 负荷情况

本项目的电气设备主要是二级负荷，具体负荷如表1 所示。

2 电能质量评估分析

该厂低压设备中约80%采用变频器控制电机启动与调速，变频器是交流电气传动常用的一种控制装置,是将交流工频电源转换成电压、频率均可变的适合交流电机调速的电力电子变换装置，简称 VVVF ( Variable VoltageVariable Frequency ）。

变频器的特点是在接近满负载状态下功率因数非常高，可以达到0.95以上，由变频器引起的三相电压不平衡、电压波动和闪变比较小，但变频器是非常典型的非线性设备，其产生的谐波量较大。在交直交变频器中，整流器是将交流电变换成直流的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输出电流非正弦，带有丰富的谐波，其常见特征谐波电流一般为 5 、7、11、13 次含量较高。

该化纤企业主要机械设备大多使用了变频器进行调速控制，不但提高了控制的精度也节省了电气设备的用电量。但是变频器在节约电能的同时，变频器运行时所产生的谐波也给企业的电力系统带来其他的一些问题，其中一些严重时还会对企业的供电安全造成影响，必须加以重视。谐波对配电系统的影响表现如下：

表1 用电设备负荷表

续表1：用电设备负荷表

表2：谐波电流计算值

（1）在企业正常生产时，在电气设备运行上出现一些不正常现象，如低压总开关出现不明跳闸现象。

（2）低压电容补偿柜的电容器时有损坏和继电保护出现一些误动作情况，多次排查均未发现明显故障原因。

（3）电动机绕组发热，发出异响，接线端子出线烧灼现象。

（4）变频设备运行时场内监控设备出现干扰，屏幕出现大量雪花点。

上述问题给用电安全性，可靠性造成了极大的影响，为了解决上述问题，我司采用电能质量测试仪器对该厂的低压配系统进行了测试，经电能质量仪器测试发现谐波电压畸变率（THDu）超过国标要求，谐波电流5次、7次超过国标要求。在谐波超标的车间低配母线上安装动态补偿滤波器后达到了治理谐波的目的，谐波治理后电气元器件损坏率降低，低压开关及继电保护误动作消除，电缆发热情况减少，用电量降低，企业生产效率提高，得到了较好的使用效果。

根据该厂负荷情况测得数据，采用MATLAB软件进行仿真分析计算，其110kV侧谐波电流见表2。

由计算结果可以看出，该公司的非线性负荷产生的谐波电流以 5、7次为主，当项目负荷全部投入运行后，5次、7次谐波电流超出公用电网谐波标准。

3 谐波治理方案

3.1 滤波器设计原则

（1）滤波器产生的容性无功功率应满足电力部门对补偿功率因数的要求，一般低压系统补偿要求，功率因数要求达到0.95以上；

图1：全厂配电系统图

图2：纺丝车间一次方案图

（2）选取滤波电容器额定电压时应考虑系统谐波电压对电容器叠加影响，留有适当余量来保证滤波电容器可靠运行；主要考虑有以下几点：母线电压波动情况；串联电抗器对电容器两端电压抬升为滤波器外加电压的n2/(n2-1)倍，n2为电抗器的电抗率（%）；谐波电流通过电容器产生的谐波电压In/nωc ；

（3）滤波器的分组应满足滤除各次谐波电流大小的要求；

（4）其他还应考虑系统大量负荷为变频器负载，基础功率因数比较高；

（5）设计的滤波器方案应进行各种运行方式下的计算机仿真校验，避免与系统发生谐振；

（6）对滤波器运行的安全性应进行仔细校验。

3.2 方案设计

根据负荷计算结果，纺丝车间每台低配变压器补偿容量为620kVar，电容器电压选择0.525/√3kV（相电压），装机容量为1050kVar，分为5次、7次两个滤波支路，分别容量为570kVar、480kVar，滤波器采用固定无源滤波方式，考虑到方案的经济性及系统自身无功需求量，配置400kVar的可调并联电抗器（TCR），可以实现220kvar-620kVar的无功调节范围，其中滤波支路经断路器固定接于母线，通过调节可调并联电抗器（TCR）的输出容量（感性无功），实现无功功率的连续动态可调，保证系统实时功率因数稳定在0.96以上。其余车间补偿采用复合开关自动投切，每台电容补偿柜内补偿支路配6%串联电抗器，能够有效抑制5次以上谐波。如图2所示。

3.3 方案的优势

（1）根据低压配电系统的负荷特性，设计动态补偿滤波治理方案，纺丝车间由于变频器负载较多，谐波含量较大，依靠常规的电容器，电抗器，难以对谐波进行抑制，甚至会对电容器造成损坏，因此需要采用单调谐无源滤波器，针对主要的5次，7次谐波进行滤波。其余车间谐波较小，采用6%串联电抗器抑制谐波。

（2）纺丝车间采用动态补偿滤波装置（TSVC），其中滤波器支路不需要投切，经断路器固定接于母线上，避免频繁投切对系统产生冲击，影响电压质量；滤波器配置可调并联电抗器，实现容性无功功率连续动态平滑可调，从而保证滤波效果。

（3）控制器系统从母线进行数据采样，可调并联电抗器（TCR）采用晶闸管控制导通角，无级调节输出容量，响应时间小于20ms,可以真正实现柔性补偿。

（4）低压可调并联电抗器（TCR）不涉及晶闸管的串联问题，克服了TCR型SVC在中高压系统因涉及到晶闸管的串联问题，因而可靠性很高、使用寿命长。

（5）其余车间采用复合开关投切电容器组，利用可控硅电压过零时导通，电流为零时切除，无电容器投切涌流，运行时可控硅无需承受电流，运行可靠。

4 投运后效果

（1）设备投运后，其余各配电变压器低压侧功率因数达到0.95以上；

（2）纺丝车间采用动态补偿滤波装置（TSVC）后，谐波电流降低约70%，低压侧功率因数达到0.96以上，110kV侧总的谐波电流大幅下降，满足GB14594《公用电网谐波》规定限值。

5 结论

（1）化纤行业大部分负荷为变频器负载，其含有大量谐波，造成电网电能质量很差，威胁配电系统安全运行；

（2）低压动态滤波补偿装置（TSVC）可以有效滤除系统谐波，提高了功率因数补偿精度，改善了补偿效果。

（3）运行维护成本低，设备运行安全可靠。