电能质量 河海大学

国内外电能质量控制技术改进与完善的成功案例1：葛洲坝－上海直

流输电工程中的滤波器应用

刘晓波，0905020213，电自（2）班

（河海大学能源与电气工程学院，江苏南京211100）

0案例背景

葛洲坝－上海直流输电工程(Gezhouba－Shanghai HVDC transmission project) 中国第一条±500KV超高压直流输电工程，输送功率为1200MW。本工程于1982年进行可行性研究，1984年国家批准为建设项目，同年12月与原瑞士BBC公司和西德西门子公司签订了供货合同。由BBC公司总负责，西门子公司只提供南桥换流站的一次设备，其余全部设备均由BBC公司提供。原计划1987年12月建成极1 ，1988年工程全部建成。由于换流变压器未通过出厂试验而重新制造，极1 推迟到1989年9月投入运行，整个工程于1990年8月全部建成。

本工程送端葛洲坝换流站位于宜昌宋家坝，受端换流站位于上海市奉贤县南桥，途经湖北、安徽、江苏、浙江和上海，线路全长1045.7Km。

1案例中存在的电能质量问题——直流输电系统的谐波危害

换流变在交、直流两侧都会产生谐波电压和谐波电流,如果进入交流电网和直流输电线路的谐波分量过大,就会对换流器本身和交流系统的运行以及邻近通信系统产生不良影响。

1.1 在旋转电机和电容器中产生附加损耗而发热 旋转电机中的谐波电流将产生附加损耗,因而使电机过热,这种影响主要由于有效值较大的低次谐波造成的。虽然低电阻的阻尼绕组可以使转子铁芯对谐波磁通起蔽作用,但只有在凸极同步机上才用阻尼绕组。因此,实心转子的同步机中仍会由于谐波磁通而使转子铁芯过热,这使发电机的出力受到限制。异步电动机中较大的谐波电流将减少它在额定转速下的有效转矩,并在较低转速下引起的寄生转矩使启动后的电机无法达到它的额定转速。电容器由于谐波附加损耗而过热,影响它的正常运行和寿命。

2.2 对通信设备(特别是电话线路)产生干扰

一般来说,音频通道的工作频率范围约为

200~3500 Hz,而直流输电线路中的许多谐波就在

这个频率范围内,不论是直流输电线路中、或是交流侧的谐波电压和谐波电流,都会对它们邻近的电话线路产生静电感应和电磁感应的影响,由于交、直流电力线路和电话线路的功率水平差别很大,因而在电话线路中存在因谐波引起的易察觉、甚至不能容许的电话杂音。 2.3 造成换流器的控制不稳定

交流系统中一组大的并联电容器和系统中的其他部分之间,可能在某一谐波频率下产生谐振,这种谐振频率可以使电容器出现过电压,导致电容器发热,也会使换流器的定电流调节器工作不稳定。

2解决方案

设置交流滤波器抑制电力谐波，提供无功补偿。

3实际解决情况

3.1 滤波器设计要求

葛洲坝站及南桥站两站滤波器设计的要求是：单次谐波电压畸变率小于1%，各次谐波电压畸变之和小于4%，电话谐波波形系数小于1%。 3.2 实际投入使用的的交流滤波器

葛洲坝站配备了四组11/12.94次和两组23.8/36.23次的双调谐高通滤波器，每组容量为67MVar。南桥站配备了调谐频率为11.8次和24次的高通滤波器各两组以及调谐频率为11.8/24次和24/36次的双调谐高通滤波器各两组，每组容量为87MVar。为满足一组滤波器退出运行时的要求，南桥站还配备一组87MVar的并联电容器组。上述滤波器配备方式所提供的基波无功功率已能满足两端换流站无功补偿的要求。 3.3 实际投入使用的直流滤波器

两换流站的每极各配备调谐频率为12/24次和12/36次的双调谐滤波器各一组。按设计要求，直流线路中的等效干扰电流，在双极运行时应小于150MA，单极大地回线方式运行时应小于

450MA。实测结果均未满足要求，尚需改进。

4依据电能质量相关标准分析改进前后的效果 各级电网谐波电压限1.衡量点为值（%） PCC, 取实测压奇偶95%概率值； 电能质电THD GB/T 次 次 2.对用户允许量 公（kV） 145495 4.0 2.0 产生的谐波电用电网0.38 —1993 谐波 6、10 4 3.2 1.6 流,提供计算2.4 1.2 方法； 35、66 3 110 2 1.6 0.8 3.对测量方法注：1. 220kV电网参照和测量仪器做110kV执行； 出规定；对同2. 表中THD为总谐波次谐波随机性畸变率。 合成提供算法。 依据葛洲坝站及南桥站两站滤波器设计的要求是：单次谐波电压畸变率小于1%，各次谐波电压畸变之和小于4%，电话谐波波形系数小于1%。可见，均满足GB/T 14549—1993规定的谐波要求。

国内外电能质量控制技术改进与完善的成功案例2：中频炉谐波治理

工程案例

0 案例背景

宁波日星铸业有限公司计划分三期进行投资建造，总投资规模计划选7亿元民币，最后形成年产1 5万吨以上大型风力发电、柴油机等系列化化铸件产品。生产工艺采用树脂自硬砂造型、冲天炉炉外脱硫+电炉精炼、CAE／CAD工艺设计、铸件凝固模拟技术、铁水质量智能评估、计算机金相图像分析、直读光谱倥成份分折、无损探伤等先进的工艺及测试技术。本期项目是日星公司铸造一期车间，变压容量为31 50kVA一台，短路阻抗为6.67％。10／0.4kV，低压侧电流为4400A左右主要负载为两台5吨中频炉。

作。计算机、数据传送和自动控制系统数据丢失经常会造成自动化产品线上废品率的增加。

6） 电力系统继电保护误启动，误动作跳闸，拒动和损坏，引起事故；

7）电网谐波污染，导致输电线路、变压器和电机损耗增加，浪费能源。 8）电能表等计量装置误差增大，不能正确计量电能。

2解决方案

根据以前测量的实际参数，设计的滤波支路为5次、7次、11次分别滤除中额炉产生的5次、7次、11次谐波，同时补偿无功功率。示意图如下，技术参数保密。

1案例中存在的电能质量问题——中频炉谐波对企业的危害

1）谐波使企业电网中的设备产生附加谐波损耗，增加电网线损。在三相四线制系统中，零线会由于流过大量的3次及其倍数次谐波电流，造成零线过热，严重时造成电缆火灾。

2）谐波会产生额外的热效应从而引起用电设备发热，使绝缘老化，降低设备的使用寿命，甚至关键部件的频繁损坏。

3）如果企业电网中装有补偿电容器，谐波容易使电网与补偿电容器之间发生谐振，使谐波电流放大几倍甚至数十倍，造成过电流，引起电容器和与之相连设备的损坏，经常发生此类设备的重大事故。 4）谐波会引起一些敏感的自动化设备误动作，也会导致电气测量仪表计量不准确。

5）谐波会对附近系统的信号传输产生干扰，轻者引入噪声，重者导致信号丢失，使系统无法正常工

3 滤波装置投运效果

3.1测量点说明

本次测试由于0.4kV总进线侧无法测量，测量点取在10kV变压器馈电柜，其中电流取样取自变压器10kV侧馈电柜的电流互感器，电压取样取自10kV电压互感器二次侧。 3.2测量仪器

HIOKI 3196电力谐波分折仪（日本日置公司生产的专用电能质量测试仪）。 3.3滤波装置投运效果

滤波装置投入运行前，电压波形畸变严重，畸变率达到10.35％，远超过4％的国际标准。滤波装置投入运行之后，电压波形畸变率降到3.23％，满足4％的国际标准。

滤波装置投入运行前，谐波电流分别是5次17.56A，7次11.60A，11次7.97A，13次6.86A。滤波装置投入运行之后，谐波电流分别降到5次2.50A，7次2.51A，11次2.09A，13次2.40A。谐波电流大大降低。

4 依据电能质量相关标准分析改进前后的效果

从测试数据可以看出，在装置投入前，两台中频炉工作时电压畸变严重，电流谐波含量很大，超出了国家标准的要求，在装置投入后电压畸变率满足了国家标准的要求，各次电流谐波也达到了国标要求（GB/T 14549—1993标准见上）。

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