低压高密度聚乙烯装置变电所谐波治理

孙先亮

（中国石油大庆石化公司塑料厂，黑龙江大庆163714）

电源侧控制着幅值、频率和波形畸变等因素，会影响电能质量，而更多的用电设备及负载会导致电流或电压波形畸变。线性负载的电流波形是正弦波，当电网正弦波电压施加于非线性负载时，负载的电流波形畸变为非正弦波。非正弦波电流在电网阻抗上产生压降，导致电压波形成为非正弦波。谐波电流注入电网，造成配电系统异常甚至设备故障，威胁系统的安全运行，对用户产生危害，为此国家技术监督局1993年发布了国家标准（GB/T14549-1993）《电能质量 公用电网谐波》［1～3］。

1 谐波治理的意义

1.1 降低谐波畸变率，抑制谐波污染

通过滤波补偿综合治理，抑制谐波污染，降低谐波损耗，改善电能质量。

1.2 抑制电压畸变，提高电压质量

对于额定电压为U，等值电阻和电抗分别为R、X的线路，在传输有功功率P和无功功率Q时的电压降为：

因X≫R，QX≫PR，电流中含有谐波时，QX会明显增加，因此电压降主要由输送谐波和无功功率产生，当谐波和无功减少时，可减少电压降［4］。电压升高1%，可平均增产0.5%；电网电压升高1%，可使送变电设备容量增加1.5%，降低线损2%。

1.3 降低功率损耗和电能损失

通过实施谐波治理和无功补偿，可有效降低谐波电流和无功电流在配电网传输过程中造成的损耗。谐波的损耗计算比较复杂，这里以无功为例计算线路损耗，按滤波补偿前后线路传送的有功功率不变，线路电压为U，等值电阻为R，补偿前后的功率因数分别为cosφ1和cosφ2，则线损降低：

功率因数从0.70～0.85提高到0.95时，损耗将降低20%～45%。

1.4 提高设备出力

若有功功率不变，滤波补偿后的谐波电流大大降低，功率因数提高，视在功率由S1减小到S2，释放容量ΔS=S1-S2，因此可减少设备容量，或提高系统输送能力，以满足负荷增长的需要［5］。

2 实用案例

某石化企业乙烯装置直流机谐波治理。

2.1 设备系统概况

某变电所6 kV III段母线的主要谐波负载为A3603，2 500 kW直流电动机和0.4 kV电机负载，系统主接线方法见图1，现场测量数据见表1。

图1系统接线方法

表1设备测量数据

2.2 Z-2426混炼机主要参数

2 500 kW直流电动机，由6 kV整流变压器（Z-2426）降压供电，基本情况如下：

Z-2426混炼机变压器：4 000 kVA，6.3 kV/0.75 kV，△/Y；电机功率：2 500 kW，DC750V。

2.3 谐波治理前数据

利用电能质量分析仪测试6 kV混炼机变压器馈出电压畸变值，结果见表2。电压畸变率超过4%，不符合GB/T 14549-1993电能质量公用电网谐波》要求。功率因数见表3。

表2 Z-2426混炼机变压器馈出柜测量数据

表3功率因数

从表3可见，负荷表现为典型的整流负荷，5、7次谐波较突出，功率因数较低。

2.4 设计方案

针对整流装置典型非线性负荷，高含量谐波及波动频繁的特点，采用TSF智能动态滤波补偿装置。利用大功率晶闸管无触点开关分级投切滤波器组，同步锁相技术得到的高频计数脉冲来精确计算触发角度，保证触发信号与电网电压完全同步，且可随系统频率变化而跟踪变化，最终保证当电网电压与电容器上的残压一致时投切滤波器，实现无冲击、无涌流、无过渡过程（无操作过电压、无电弧重燃）投切，最大限度地延长了滤波器及开关自身使用寿命，有效改善冲击负荷所引起的电流冲击，抑制电压波动和电压闪变。

2.4.1 TSF智能动态滤波补偿装置特点（1）同步采集电压信号，通过单片机计算投切时间，在可控硅2端电压差为零时触发，确保零电流投切，响应时间≤20 ms；（2）零电流投切，投切无涌流、无电弧重燃、无操作过电压，可频繁投切，使用寿命超过10×104次；（3）过压、欠压、缺相、系统过载、谐波超限等多种保护功能，保护报警并闭锁滤波补偿回路；（4）电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率、频率、有功电量、无功电量、电压总谐波畸变率、电流总谐波畸变率等多种电量监测显示。

2.4.2 滤波补偿容量计算现场在750 V侧需要治理的谐波电流值在：

无源滤波器中流过的谐波电流和基波电流的比例在1∶1～1∶2之间，考虑滤波效果和不能造成无功过补偿，按照谐波与基波电流比例为1∶1.3进行设计，因此滤波器流过的基波电流约为：

则需要配置的电容器实际补偿容量约为：

滤波装置的电容采用Y形接法，工作相电压为750/√3=433 V，考虑谐波工况，滤波装置电容额定电压选择为550 V，滤波装置的安装容量：

2.4.3 滤波器配置与投切方式（1）装置针对含量最重的5、7次谐波设置调谐滤波支路；（2）设备容量按1∶2∶4∶7配置4路滤波支路，采用编码组合投切方式，构成14级滤波补偿容量，级差90 kVAR。根据谐波负荷的变化，投入适当的滤波器组，以保证有效滤除谐波；（3）在混炼机负荷的波动范围为最大负荷的80%～100%时，所有滤波支路全部投运，所设计的容量可以确保无功不过补，且避开了负荷波动可能带来的滤波支路频繁投切问题；（4）滤波电容器采用Y形接线，中性点接地。

2.5 滤波补偿装置投用后测试5、7次谐波数据

滤波补偿装置投用后，电能质量明显改观，使用电能质量分析仪测试6 kV Z-2426混炼机变压器馈出电压畸变率变小3.4%，符合GB/T 14549-1993电能质量公用电网谐波》要求。投用后的测量数据见表4，功率因数见表5。接效益防范谐波引起保护装置的误动或拒动，使其保护动作可靠。电动机、变压器、电缆等用电设备发热、击穿等故障得到有效抑制，为电力系统的安全运行提供保障。

表4滤波补偿装置投用后，Z-2426混炼机变压器馈出柜测量数据

表5功率因数

2.6 验收标准

综合测试情况及用户需求，该项目针对主要谐波负载Z-2426混炼机A3603直流电动机实施谐波治理，设计在Z-2426混炼机A3603变压器750 V侧加装滤波补偿装置。经过治理后，A3603变压器6 kV侧电压畸变率优于《GB/T 14549-1993电能质量公用电网谐波》对6 kV部分电压畸变率不得超过4%的要求，6 kV侧进线电流中，5次谐波电流降低60%，7次谐波电流降低40%。

3 结束语

通过对低压高密度聚乙烯装置混炼机谐波的治理，高效的滤波补偿可节约30×104kWh/a。间