1、概述
1.1工程概況
山東磐金鋼管制造有限公司10kV濾波兼無功補償裝置，安裝位置在變電站室內(nèi)。
1.2自然條件
根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010），場地抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度值為0.20g，相應(yīng)的設(shè)計地震分組為第一組。
1.3技術(shù)要求
要求成套裝置達到以下技術(shù)指標(biāo)：
1） 功率因數(shù)補償
在補償容量允許的情況下10kV系統(tǒng)的實時功率因數(shù)值高于0.95（滯后、無過補）。
2） 諧波要求
在補償容量范圍內(nèi)，注入系統(tǒng)的諧波電流和10kV母線電壓總諧波畸變率低于國家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量、公用電網(wǎng)諧波》GB/T14549-93。
3）過載能力
成套裝置應(yīng)具有短時過載能力，過載無功補償容量為成套裝置總?cè)萘康?0%。
4）冷卻方式
室內(nèi)采用風(fēng)機冷卻。
1.4 PCC點電能質(zhì)量要求
功率因數(shù)：≥0.95（滯后）；
諧波電壓限值表：
| 電網(wǎng)標(biāo)稱電壓（kV） | 電壓總諧波畸變率（%） | 各次諧波電壓含有率（%） |
| 奇次 | 偶次 |
| 10 | 4.0 | 3.2 | 1.6 |
1.5其它要求
1）、濾波裝置設(shè)計要求：在最小運行方式時負(fù)荷對供電系統(tǒng)電能質(zhì)量影響最為嚴(yán)重，因此在設(shè)計中均按最小運行方式下的短路容量最嚴(yán)重運行工況進行計算，同時保證在最小運行方式和**運行方式短路容量下濾波裝置不與系統(tǒng)發(fā)生諧振；
2）、根據(jù)初步設(shè)計要求，濾波裝置設(shè)計數(shù)量如下：
10kV母線裝設(shè)一套濾波裝置（FC）；
2、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的分析與計算
2.1 FC接入點短路計算
電源頻率： 50Hz；
額定電壓： 10kV；
PCC考核點及FC接入點短路參數(shù)如下：
10kV側(cè)**短路容量：
未知；10kV側(cè)最小短路容量：
未知；供電設(shè)備容量、用電協(xié)議容量： 未知，可暫不考慮。
2.2 補償容量計算
FC裝置有效補償為8Mvar左右，額定容量為12.15Mvar，分為5、7、11三濾波通道。
2.2諧波限值的計算
諧波電壓限值按GB/T 14549-1993標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如下：
| 電網(wǎng)標(biāo)稱電壓（kV） | 電壓總諧波畸變率（%） | 各次諧波電壓含有率（%） |
| 奇次 | 偶次 |
| 10 | 4.0 | 3.2 | 1.6 |
諧波電流限值按GB/T 14549-1993標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如下：
額定電壓
(kV) | 基準(zhǔn)短路容量
(MVA) | 諧波次數(shù)和諧波電流允許值(A) |
| 次數(shù) | 5 | 7 | 11 | 13 | 17 | 19 | 23 | 25 |
| 10 | 100 | 允許值 | 20.0 | 15.0 | 9.3 | 7.9 | 6.0 | 5.4 | 4.5 | 4.1 |
10kV側(cè)PCC點諧波電流限值如下：
| 額定電壓(kV) | 諧波次數(shù)和諧波電流允許值(A) |
| 次數(shù) | 5 | 7 | 11 | 13 | 17 | 19 | 23 | 25 |
| 10kV側(cè)限值 | 允許值 | | | | | | | | |
2.3諧波電流發(fā)生量的計算
| 額定電壓(kV) | 諧波次數(shù)和諧波電流允許值(A) |
| 次數(shù) | 5 | 7 | 11 | 13 | 17 | 19 | 23 | 25 |
| 10kV側(cè)限值 | 允許值 | | | | | | | | |
| 10kV母線 | 發(fā)生值 | | | | | | | | |
3、濾波技術(shù)方案選擇說明
3.1方案選擇的要點
方案著重貫徹以下要點：
- 待補償?shù)臒o功負(fù)荷是變動的，按計算負(fù)荷確定的基波補償量，從經(jīng)驗上看只適用于較滿負(fù)荷時的補償需要，為此在支路分配上力求；較少支路的情況下達到PCC點諧波治理的目標(biāo)，高次支路可以在低負(fù)荷時切除，作為無功補償?shù)恼{(diào)整量，而確保系統(tǒng)不出現(xiàn)過補，使月平均功率因數(shù)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
- 在濾波支路的器件選擇和配置上、在基波電壓和諧波電壓均允許超過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的20%正常運行，并留有一定的裕度。
- 對系統(tǒng)可能出現(xiàn)的串聯(lián)、并聯(lián)諧振，通過對濾波裝置參數(shù)的選擇加以遏制，保證裝置及系統(tǒng)運行的穩(wěn)定。
3.2方案達到的技術(shù)指標(biāo)
- 經(jīng)濾波后注入系統(tǒng)的諧波電流和10kV母線電壓總諧波畸變率滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T14549-93 電能質(zhì)量、公共電網(wǎng)諧波》的相關(guān)要求，具體參數(shù)詳見本方案的第四部份；
- 補償后的PCC點的平均功率因數(shù)
（滯后）。
3.3設(shè)計、生產(chǎn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
GB/T14549-1993 電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波
GB/T 11024.1-2001 標(biāo)稱電壓1kV 以上交流 電力系統(tǒng)用并聯(lián)電容漆 第1 部分：總則 性能、試驗和定額 安全要求 安裝和運行導(dǎo)則
GB 4208-2008 對外殼防護等級；
GB 11032-2000 交流無間隙金屬氧化物避雷器
GB 311.1-1997 高壓輸變電設(shè)備絕緣配合
GB 10229-1988 電抗器
GB1984-2003 高壓交流斷路器
JB/T 7111-1993 高壓并聯(lián)電容器裝置
GB 50227-2008 并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范
DL462-92 高壓并聯(lián)電容器用串聯(lián)電抗器訂貨技術(shù)條件
IEEE Std 1531-2003 IEEE Guide for Application and Specification for Harmonic Filters
以上標(biāo)準(zhǔn)均執(zhí)行**版本；如有差異，按較高標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
4、濾波技術(shù)方案
4.1主要參數(shù)
| 濾波裝置支路 | F5 | F7 | F11 | 合計 |
| 濾波裝置類型 | 單調(diào)諧 |
| 濾波裝置連接方式 | Y接 |
| 母線電壓(kV) | 10 |
| 單只濾波電容器 | 額定電壓(kV) | 7.5 | 12/√3 | 12/√3 | |
| 額定容量 (kvar) | 450 | 450 | 450 | |
| 數(shù)量 | 3并/相 | 3并/相 | 3并/相 | 27 |
| 濾波電抗（空芯鋁抗） | 額定電感(mH) | 5.52 | 2.40 | 0.97 | |
| 額定電流(A) | 180 | 195 | 195 | |
| 補償容量(kvar) | 2505 | 2874 | 2837 | 8216 |
| 安裝容量(kvar) | 450×9=4050 | 450×9=4050 | 450×9=4050 | 12150 |
| 裝置型號 | 廠家確定 |
| 裝置數(shù)量 | 一套 |
4.2系統(tǒng)仿真
仿真圖
仿真圖需說明濾波裝置對系統(tǒng)產(chǎn)生特征諧波無諧振情況，系統(tǒng)與濾波裝置均可安全運行；同時對系統(tǒng)的主要特征諧波均呈感性，無放大現(xiàn)象。
4.3濾波電容器仿真校驗
校驗要求：Ifn<Icn
需通過；
Ifn：流過電容器各次電流的方均根值；
Icn：電容器額定電流（n=5、7、11）；
校驗要求：Ufn<Ucn
需通過；
Ufn： 電容器基波電壓與各次諧波電壓之和；
Ucn：電容器額定電壓（n=5、7、11）；
校驗要求：Qfn<Qcn
需通過；
Qfn： 電容器基波容量與各次諧波容量之和；
Qcn：電容器額定容量（n=5、7、11）；
4.4濾波效果仿真
經(jīng)濾波裝置投入運行后，對系統(tǒng)諧波治理較為理想，均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。具體數(shù)據(jù)見下表：
| 諧波源 | 諧波次數(shù)和諧波電流發(fā)生值、限值(A) |
| 次數(shù) | 5 | 7 | 11 | 13 | 17 | 19 | 23 | 25 |
| 限值 | | | | | | | | |
| 10kV母線 | 治理前諧波值 | | | | | | | | |
| 治理后諧波值 | | | | | | | | |
通過濾波裝置對系統(tǒng)諧波電流治理后，系統(tǒng)供電電壓質(zhì)量得到有效的改善；同時系統(tǒng)電壓在正常工作時波形圖也趨向理想化，見下圖所示：
| 電壓總諧波畸變率（%） |
| 10kV側(cè)限值 | 4.0 |
| 10kV母線 (諧波治理前) | |
| 10kV母線 (諧波治理后) | |
針對以上仿真、計算數(shù)據(jù)的驗證，需要采用先進的電能質(zhì)量測試儀進行跟蹤監(jiān)測。
4.5濾波方案總體說明
- 濾波方案按三濾波支路的安排，重點考慮到二個支路的無功補償量分配，以便在實際運行中可根據(jù)負(fù)荷變化狀態(tài)時間較長時投入或切除高次濾波支路以適應(yīng)系統(tǒng)無功的需求，使月平均功率因數(shù)達到標(biāo)準(zhǔn)要求；
- 濾波方案中同時考慮濾波裝置二、一個支路在系統(tǒng)**、最小運行方式下無任何特征諧放大現(xiàn)象，保證系統(tǒng)和濾波裝置的安全運行。
- 通過仿真軟件**計算，濾波裝置一個支路運行時均能將各次諧波抑制在國標(biāo)范圍之內(nèi)；
- 本濾波方案也考慮了當(dāng)系統(tǒng)運行在**運行方式下，無特征諧波諧振；
- 通過仿真，本濾波裝置在基頻
下運行穩(wěn)定。
5、濾波裝置的配置
5.1濾波裝置一次系統(tǒng)圖
- 本圖僅供參考，10KV母線僅提供一面出線柜，實際施工時出線柜一路電纜引出，三面開關(guān)柜并接。
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