李强彭冰
（1.华北油田供水供电服务中心2.渤海石油职业学院河北任丘062552）
中图分类号：TE4文献标识码：A
一、必要性与可行性
华北油田电网现有很多低谷大负荷用户，他们大多是含半导体非线性元件的谐波源、中频电源设备和少量的交流电弧炉，其负荷向电网注入的谐波量已严重影响了电网的正常运行,从2000年以来已经造成的危害主要表现在：
（一）局部区域用户家用电器(电视机、冰箱及冰箱保护器、微机电源等)大量损坏。
（二）某些变电站无功补偿电容器组的谐波电流放大和谐振,从而导致电容器因过负荷或过电压而损坏,熔断器大量烧毁,电容器组不能正常投入,致使功率因数很低。
（三）导线和电气设备损耗增加,当发生谐振或放大现象时,损耗更加严重。
（四）对继电保护和自动控制装置产生干扰并造成误动或拒动。
（五）对测量仪表和电能计量装置产生影响,后果是谐波源负荷用户少付电费,而受害用户反而多付电费。
（六）开关设备的遮断能力降低。
据不完全统计,华北油田电网从2001年至2002年因谐波污染而造成的变电站电容器损坏100余台,熔断器熔断1900多根,用户微机电源损坏50多台,冰箱保护器损坏80多个,以及众多的电子照明灯。
因此,无论从保证油田电力系统安全经济运行还是从保证用户安全可靠用电的角度出发,对谐波污染所造成的危害加以限制是极为迫切的。
功率电子技术的发展，使得半导体元件为抑制谐波和无功动态补偿装置提供了技术实现的可能，使用动态补偿及滤波装置可实现：吸收谐波电流，减少电压畸变；提高功率因数并使之保持稳定；平抑电压波动，提高供电电压质量。
二、主要技术内容
经实际调查核实，华北油田电网中产生谐波源的站所有10多座，从监测谐波的含量和类型来看，造成影响的低谷时段大负荷多为三相桥式整流装置所产生的特征谐波，即六脉动特征谐波，在其交流侧产生的高次谐波为5、7、11、13、17…次谐波，谐波电流中5次和7次的含量分别占到20%和14%。平均电压总谐波畸变率达到5.8%。
以任一变为例,任一35kV变电站是受谐波源污染严重的站所之一，所供负荷中,生活用电所占比例较大，若在任一35kV变电站实施电网滤波与动态无功补偿技术。则主要技术内容有：
（一）在6kV母线上配置一套滤波装置，吸收系统谐波源设备产生的谐波电流，投入滤波设备后注入电网的谐波电流和电压谐波畸变率应满足技术条件的要求，同时满足国标《电能质量公用电网谐波》（GB/T14549-93）中的有关要求。
（二）提高系统的功率因数，补偿对象包括6kV系统的全部负荷，使6kV母线的平均功率因数由原来的0.89提高到0.95，达到节约电能，抑制电压波动的效果。
三、主要技术指标
国标(GB/T14549-93)规定，中压和高压电网电压总谐波畸变率限制值为：6～10kV系统不大于4%，35～66kV系统不大于3%，110kV系统不大于2%。
供电营业规则规定：100千伏安及以上高压供电的用户功率因数应为0.90以上。
国标《电能质量供电电压允许偏差》(GB12325-90)规定,在电力系统正常状况下，供电企业供到用户受电端的供电电压①35千伏及以上电压供电的，电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定值的10%；②10千伏及以下三相供电的，为额定值的±7%；③220伏单相供电的，为额定值的+7%，-10%。在电力系统非正常状况下，用户受电端的电压最大允许偏差不应超过额定值的±10%。但用户用电功率因数达不到规定要求时，其受电端的电压偏差不受此限制。
根据国标和相应法规的规定，结合华北油田电网的实际情况，任一35kV变电站滤波器投入运行后，达到以下技术指标：
1．6kV系统PCC点电压总谐波畸变率：THDu<3.0%,其中，各次谐波电压含有率为：偶数〈1.2%；奇数<2.5%。
2．6kV母线的平均功率因数达到0.95以上。
3．6kV母线电压偏差不超过额定值的±5%。
四、实施方案建议
(一)规模、地点及技术方案
根据任一35kV变电站6kV系统谐波电流测量结果和技术条件的要求,在6kV系统母线上安装一套滤波设备,初步计划设置5次和7次2个滤波回路,分别吸收250Hz和350Hz及以上频率的谐波电流。根据单调谐串联谐振滤波回路的设计经验,将串联谐振点设定为特征谐波频率的98%,即滤波回路的谐振点分别为245Hz和347Hz。以便平衡运行电容器和电抗器参数的变化。各次滤波回路除吸收谐波源产生的特征次谐波电流外,还可以吸收旁频谐波电流,同时考虑电网背景谐波,使滤波装置具有足够的滤波能力,保证设备安全运行。
滤波装置电容器安装容量为2800kvar,其中,两个支路的容量分别为1600kvar和1200kvar。电容器基波补偿容量为3000kvar。
每个滤波回路包括以下主要设备:滤波电容器、滤波电抗器、避雷器、电流互感器、噴逐式熔断器、金属支架及连接母排、监测保护装置、并联电阻、放电装置和真空接触器。每个滤波支路设速断保护、过流保护、过负荷保护、过电压保护、低电压保护、中性点不平衡电压保护,采用BDP-6410微机综合保护器,可同时满足以上保护要求。
监控系统实现:电流、电压、功率显示记录,功率因数测量及控制；根据给定值对各支路进行自动投切,防止在弱负荷期间过补偿；三相对称度监测、谐波分析及记录；谐波室温度监测及风机控制；放电状态显示；投切顺序闭锁。电能质量监测装置采用德国生产的EMM4在线监测仪,对各次谐波进行在线监测。
2个滤波支路由1台高压开关柜控制,接于6kV母线,开关柜与滤波回路间由电缆连接。滤波装置的运行方式分为自动投切和手动投切两种。
以上只是初步方案,待厂家测试后设计具体方案。
(二)考核技术经济指标及验收规范
技术指标:投入该装置后6kV系统PCC点电压总谐波畸变率THDu<3.0%；6kV母线的平均功率因数达到0.95以上；6kV母线电压偏差不超过额定值的±5%。
验收规范:
①对于谐波:使用进口高精度电力谐波分析仪,测量投入装置后6kV系统PCC点的谐波电压和谐波电流,共测量10次,并按技术要求进行对照,测量结果应能满足前述的技术指标。
②对于功率因数:根据6kV母线进线侧有功电能表和无功电能表一个月记录的电量,按下式计算平均功率因数,其结果应不小于0.95。
③6kV母线电压表记录的电压值,在24小时内,其偏差保持在额定值的±5%内。
五、效果论证分析
从用户角度看,目前电力消费的趋势是高效率用电与高质量用电相接合。进行谐波治理，提高电力品质是第一位的，其次是节能。本项目经济效益的表现方式有:
①减少输配电网电气设备和家用电器损坏而造成的损失。
②降低因谐波电流通过电气设备而增加的有功损耗。
③提高线路末端电压,减少有功损耗。
④提高功率因数,减少线路和主变压器的有功损耗。
⑤提高供电可靠性,提高开拓供电市场的能力,增加供电量。