谐波治理在变电站的工程应用 口文／张春晖 摘要：本文分析了系统中谐波电流的产生及其危害，讨论了谐波治理的各种技术手段，并通过工程实例介绍了电力 系统的谐波治理方案。 关键词：谐波危害；谐波治理；无源滤波器 ｌ引言 坏。谐波可能使电网中的电容器产生谐振。电网主要是 谐波含量是电能质量的一个重要指标。在电力系统 按基波频率设计的，在基频下，系统装设的各种用途的 中，各种谐波源产生的谐波对电力系统本身和广大用户 电容器比系统中的感抗要大得多，不会产生谐振，但谐 都产生了一定影响。谐波导致供电质量下降，甚至对电 波发生时，由于感抗与频率成正比而容抗与频率成反 力系统的安全稳定运行构成潜在威胁。所以，解决电力 比，这时就有可能出现谐振。谐振可能将谐波电流放大 几倍甚至数十倍，导致电容器及与之串联的电抗器等设 系统的谐波问题非常迫切。 备被烧毁。 ２谐波的产生及其危害 此外，谐波还会使电网中的供电线路及电气设备产 国际上公认的谐波含义为：“谐波是一个周期电气 生额外的损耗（谐波功率）。由于集肤效应和邻近效应， 量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍”。电力系 线路电阻随频率增加而提高，因此在线路中通过谐波 统中的谐波，来自各种谐波源。各类非线性用电设备、变 时。有功损耗大于流过基波电流时的有功损耗，造成电 压器和各类铁心电抗器，都是谐波源，其中非线性用电 能的浪费，降低了输电的效率。其次，谐波会影响设备的 设备是最主要的，可以分为以下几类： 正常工作，如变压器局部严重过热，电容器、电缆等设备 （１）电力电子装置； 过热，绝缘部分老化、变质，严重时甚至损坏设备。 （２）电弧炉； 另外，谐波还可能使继电保护和自动装置出现误动 （３）家用电器； 作，并使仪表和电能计量出现较大误差。谐波对其他系 （４）高新技术应用的多种设备。 统及电力用户危害也很大：如对附近的通信系统产生干 谐波电流对系统造成的影响和危害是多方面的。例 扰，轻者出现噪声，降低通信质量，重者丢失信息，使通 如产生谐波损耗，使发、变电和用电设备效率降低，加速 信系统无法正常工作。谐波还会影响电子设备工作精 电力电缆绝缘老化而使其容易被击穿，影响继电保护自 度，使精密机械加工的产品质量降低；设备寿命缩短，家 动装置动作的准确性，对通讯线路和控制信号造成电磁 用电器工况变坏等。 及射频干扰等。综上所述，为了电网的安全稳定，变电站 阳塘２２０ｋＶ变为湖南怀化电网的中间变电站，在怀 化电网中起着重要作用。由于阳塘变的１ｌＯｋＶ线路为湘 的安全运行，必须对谐波进行治理。 首先，谐波电流对并联电容器的影响不容忽视，主 黔电气化铁道提供电源，所以阳塘变的谐波电流严重超 标，危及站内电气设备的安全。情况严重时，甚至导致无 要表现在： 功补偿装置不能投入。 （１）增加电容器损耗； （２）增加无功输出； ３电力系统中的谐波治理 （３）引起谐波过电压或过电流。 谐波治理有多种技术手段，如：增加换流装置的脉 上述现象均可弓１起电容器过热，而导至电容器损 １５８Ｉ厂东科技 。’。 总第 期 ｆ 动数（相数）；加装交流滤波装置；改变谐波源的配置或 工作方式；加装串联电抗器等等。采用各种滤波器，是目 前电力系统使用最广泛的方法。电力系统的滤波装置按 ４怀西２２０ｋＶ变的谐波治理情况 湖南怀化地区存在一定数量的中小型矿产冶炼企 业，同时，数条电气化铁道穿过该地区，谐波一直威胁着 怀化电网的安全。笔者担任设计总工程师的怀西２２０ｋＶ 变，从建设之初便受到谐波的潜在威胁。 怀西２２０ｋＶ变电站主供怀化市中西部地区，是怀化 主回路中是否含有有源器件可以分为有源滤波器和无 源滤波器两大类。 （１）有源型滤波装置ＡＰＦ。有源滤波器实质上是一 种大功率波形发生器，它把谐波源发出的谐波经测量、 采样、移相１８００后，再完整地复制出来，并送到谐波源 的入网点，复制的谐波和谐波源产生谐波的波形幅值完 全相同，并跟随其变化而变化，二者在相位上相差１８０ｏ， 这样谐波源产生的谐波被滤波器复制的谐波完全抵消， 电网中只剩下纯净的基波电流。虽然有源滤波器在谐波 治理方面有着突出的优点，但因电力电子器件参数、有 功损耗及投资费用等问题的，在大容量的滤波方案 中不宜采用。 （２）无源型滤波装置ＰＰＦ。无源电力滤波器由滤波 电容器和电抗器串联构成一个串联谐振滤波支路，谐振 于需滤除的主要谐波频率。对应于谐波频率，电容器与 电抗器的阻抗相匹配，滤波器呈纯阻性，对谐波电流构 成分流支路。频率低于谐振频率时，滤波器呈容性；频率 高于谐振频率时，滤波器呈感性。无源滤波器的作用是 为谐波电流提供一个低阻抗的通路或谐振回路，通过分 流非线性负荷产生的谐波电流来减少流人电网的谐波 电流。无源电力滤波器不仅可以有效吸收谐波，而且在 基波下可以补偿无功，因此工程上又称之为谐波治理兼 无功补偿装置（Ｆｃ），是目前最主要的谐波治理装置。 例如，怀化电业局分别于１９９７年、２００２年、２００４年 对阳塘２２０ｋＶ变１０ｋＶ并联电容器进行滤波改造。５９９７ 年，对运行编号为３０８的ｌＯｋＶ并联电容器支路进行改 造，更换普通电容器为滤波电容器；２００２年，对运行编号 为３５２、３２２的ｌＯｋＶ并联电容器支路进行改造，更换普 通电抗器为干式空芯滤波电抗器；２００４年，对运行编号 为３０８的ｌＯｋＶ并联电容器支路进行改造，更换普通电 抗器为干式空芯滤波电抗器。从而将原３０８、３５２、３２２的 并联电容器补偿装置改造成具有滤波功能的无功补偿 装置。其中３０８支路为３次滤波回路，３１２支路为５次滤 波回路，３２２支路为７次滤波回路。改造后谐波得到了有 效地抑制，治理效果明显。 电网的中间变电站。该变电站的５ｌＯｋＶ出线同时接至湘 黔电铁和渝怀电铁，为二路电气化铁道的牵引变提供电 能。湘黔电铁上的新晃牵、岩田铺牵、怀化牵的建设规模 均为２￣２５ＭＶＡ；渝怀电铁上的锦和牵、麻阳牵、象鼻子 牵的建设规模均为２￣２０ＭＶＡ。所以，怀西２２０ｋＶ变必须 装设滤波装置，以保证站内设备安全稳定运行，提高供 电质量。 怀西２２０ｋＶ变现有１台１２０ＭＶＡ主变，要求在 ｌＯｋＶ侧配置５８ＭＶａｒ的容性无功补偿装置，考虑分３组 装设，每组容量６０００ｋＶａｒ。考虑到当前国内１１０ｋＶ电压 等级的滤波装置经济投入较大，而怀化电网缺乏相关的 运行经验，鉴于怀化阳塘２２０ｋＶ的谐波治理效果以及怀 化变的实际情况，故考虑怀西２２０ｋＶ变电站在１０ｋＶ侧 配置无源滤波器，兼作无功补偿装置。 怀西２２０ｋＶ变的现场谐波实测值如表１、表２所示。 表５ １ ５０ｋＶ侧电铁谐波源产生的谐波电流 谐波次数 谐波电流（Ａ） １ １９７．６ ２ １．１５ ３ ３１．０３ ４ Ｏ．５ｌ ５ ２３＿２５ ６ ０．４６ ７ ｌ４．２Ｏ ８ ０．５７ ９ ７．４１ 表２公坪变电站１ １０ｋＶ侧母线的谐波电压 谐波次数 谐波电压含有率（％） ３ １．５６ ５ ３．４８ ７ ３．０７ ９ ２．％ ＶＴＨＤ ５．Ｏ２ 由上表可知，该站的谐波主要成分是３、５、７、９次谐 波。基于该站仅３个容性无功补偿回路，综合无功功率 补偿、谐振放大及谐波效果等情况，故怀西２２０ｋＶ变设 置３组无源滤波器，兼作无功补偿装置；根据谐波的具 广东科技 ０’０ 总第２５２期１１５９ Ｉ ５００ ｋＶ变压器各侧断路器失灵 保护接线的探讨 口文／余丽贞 摘要：５００ｋＶ变压器保护的配置完善程度是５００ｋＶ变压器能否可靠运行的关键．而规程、反措等文件在５００ｋＶ变压 器各侧断路器失灵保护方面的说明不够具体，且各继电保护厂家装置各有差异。使得实际工程接线的做法多种多样。 本文根据规程、反措、最新的技术导则等文的要求结合实际工程探讨５００ｋＶ变压器各侧断路器失灵保护的接线原则。 关键词：变压器保护；失灵保护；原理及接线 ｌ引言 随着电网的发展．变电所变压器的建设容量越来越 大。５００ｋＶ变压器在变电中扮演着重要的角色．因此 ５００ｋＶ变压器的保护配置完善程度直接关系到变电所 的安全运行。在以往的实际工程中．规程、反措对变压器 的差动保护、后备保护、非电量保护描述得比较详尽．而 且各保护厂家的设备说明书对此也做了详细说明．但对 船：ｉ ｒ＝｛ ｒ ｒ夸 ｒ 一 · ，窖 妊 妊窜 辜 窜 窜 一 夸 于５００ｋＶ变压器各侧断路器的失灵保护如何与５００ｋＶ 变压器保护配合的问题只提及总的要求．各保护厂家对 此更是提及甚少．因此导致了工程接线的多样化．不利于 运行维护。笔者就规程、反措、技术导则等文件关于 ５００ｋＶ变压器各侧断路器失灵保护的要求．对当今主流 厂家设备的基本原理进行分析研究．提出合理的接线方 案。 ，誊 ｒ ｒｓ 窖 一姑：ｉ 一 船盛宣 ｒ ｒ ｒ 娃ｒ窖 夸 夸 夸 ，专 ｒ 体数据，３组无源滤波器均设计成单调滤波器，分别滤 ３、５、７次谐波。滤波器接线示意图如下所示： ０Ｓ ． Ｆ Ｊ 随着科学技术的发展，高压滤波器的制造成本逐步 下降。在ｌ ｌＯｋＶ及以上电压等级装设无源或有源滤波器 的工程投资将降到工程建设可接受的水平。直接在谐波 源侧装设滤波器，将达到更好的谐波治理效果。 （注：怀西２２０ｋＶ变的调度名称即为公坪２２ｋＶ变。） ： 滤波器接线示意图 参考文献： 『１１张直平主编．城市电网谐波手册，中国电力出版社，２０００ 年． 电容器选用ＡＡＭ型滤波电容器，双星形接线；电抗 器选用ＬＫＧＫＬ型干式空芯电抗器，水平一列式布置。每 ｆ２１《钢铁企业电力设计手册》编委会，钢铁企业电力设计手 册，冶金工业出版社，１９９６．１． 【３１李炜，陈剑．２２０ｋＶ公坪变电站谐波治理的研究．２００８中 国国际供电会议． 组滤波器占地为８ｘ８ｍ，采用户外布置方式。 本次滤波器兼作无功补偿装置，在最大滤除３次、５ 次、７次谐波的情况下，３个滤波支路总的实际基波无功 补偿容量可达到所要求的１８ＭＶａｒ的９３％。全部投入滤 波器组可将电压总谐波畸变率从５．８１％降至３．７２％，起 到了较为明显的滤波效果，同时满足了无功补偿的需 要。但其主要谐波源在１１０ｋＶ侧，而滤波器装在ｌＯｋＶ 侧，滤波器并不能完全发挥它的功效。 ｆ４】徐巍．浅析电力系统的谐波及治理方法，第四届江苏省电 机工程青年科技论坛论文集，２００９年第８辑． ｆ５ＩＮ厚林，王星，徐腊元．谐波在电力安全中的影响，电气应 用，２（）ｏ７，２６（１Ｏ）． （作者单位：湖南省电力勘测设计院） １６０ｌ厂东科技２０１０ ２总第 期 Ｉ
