1 前言
麗水電業(yè)局地處浙西南山區(qū)，該地區(qū)負(fù)荷密度較小,，但小水電資源豐富?，F(xiàn)有220kV變電所一座，水電廠有上標(biāo)電廠裝機(jī)16000kW,，成屏電廠裝機(jī)8000kW,，兩電廠年發(fā)電量超過7000kW ·ho全區(qū)境內(nèi)還有400余座并網(wǎng)中小水電站作為電網(wǎng)的補(bǔ)充電源。目前,，麗水電網(wǎng)形成了以220kV為樞紐,110kV主網(wǎng)架覆蓋全區(qū)9縣(市),，35kV,、10kV及低壓線路為輻射，小水電為補(bǔ)充電源的供電網(wǎng)絡(luò),。
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,，大量非線性負(fù)荷如中頻爐、電弧爐等設(shè)備投入電網(wǎng)運(yùn)行,，使公用電網(wǎng)的電壓波形發(fā)生畸變,，損耗增加，電能質(zhì)量下降,，已多次發(fā)生壓變,、流變絕緣擊穿，電壓無功綜合控制器電壓指示不準(zhǔn),，低谷時(shí)段電容器不能正常投運(yùn),，保護(hù)異常動作，功率因數(shù)表指示失真,，小水電機(jī)組有時(shí)不能并網(wǎng)發(fā)電,，有的電廠機(jī)組震動強(qiáng)烈、噪聲增大,、出力受到嚴(yán)重影響,，繼電保護(hù)調(diào)試時(shí)由于試驗(yàn)電源諧波含量大，調(diào)試?yán)щy等,，諧波污染已成為影響麗水地區(qū)電網(wǎng)電能質(zhì)量和安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要因素之一,。另由于諧波電流在電網(wǎng)內(nèi)流動，產(chǎn)生附加損耗和諧波電壓降,，使電壓合格率降低,，電網(wǎng)損耗增加。由于浙江民營經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn),，中小企業(yè)星羅棋布,，其運(yùn)作以市場為導(dǎo)向，隨著小五金等行業(yè)的發(fā)展,，大量非線性負(fù)荷如中頻爐,、電弧爐等設(shè)備投人運(yùn)行。造成變電所的一條lOkV出線就有幾家非線性負(fù)荷接人,，較遠(yuǎn)的則通過35kV線路接人,。這類負(fù)荷單個規(guī)模小,，但累計(jì)的規(guī)模很大,，靠用戶自己進(jìn)行諧波治理，費(fèi)用高,，難度大,，由于中小企業(yè)的非線性負(fù)荷如中頻爐等本身的設(shè)備投資不大,，如要求配備濾波裝置，其設(shè)備投資往往與生產(chǎn)設(shè)備相當(dāng),，企業(yè)主一般均不愿承擔(dān),。而一個變電所的lOkV母線往往供許多家非線性負(fù)荷企業(yè)，如僅其中一家投入濾波器,，將吸收幾家非線性負(fù)荷設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流,，有可能會造成濾波器的過載而燒損，這樣,，也為諧波治理增加了困難,。
2 諧波源及分布情況
麗水地區(qū)進(jìn)行諧波普測的220kV變電所有1個：麗水變，1lOkV變電所有12個：金溪變,、碧湖變,、西屏變、縉云變,、巖泉變,、龍泉變、壺鎮(zhèn)變,、古市變,、慶元變、溫溪變,、云和變,、景寧變，35kV變電所4個：城北變,、松陽變,、大港頭變、東源變,，總共17個變電所,。所測幾個變電所均有一到幾個諧波指標(biāo)超標(biāo)，有超標(biāo)現(xiàn)象的變電所占所測量變電所的100％ ,，不僅如此,，某些變電所還存在嚴(yán)重的電壓波動和閃變問題，詳細(xì)情況分述如下(注：若無特別說明,，本文表格中有 的諧波指標(biāo)數(shù)值均指該值已超過國標(biāo)限值),。
多諧波源集中治理" src="http://files.chinaaet.com/images/2012/05/10/03b9d075-ded9-4ca1-8eb2-9b8ef95c76ed.jpg" />
2．1 220kV電壓等級
麗水地區(qū)只有一座220kV變電所：麗水變，220kV電壓等級中以3次,、5次為主導(dǎo)諧波(見表1),，其中3次諧波含有率及總諧波電壓畸變率已超標(biāo)，其值分別為2．1％和2．4％ ,，超標(biāo)31_25％和21％ ,。
2．2 1lOkV電壓等級
由于麗水地區(qū)35kV及以下電壓等級的諧波情況比較嚴(yán)重,，所以有些變電所如溫溪變、巖泉變,、龍泉變,、慶元變和壺鎮(zhèn)變，只測了35kV,、lOkV電壓等級的諧波,，從目前所測量的1lOkV電壓等級的諧波情況來看(見表2)，3次,、5次諧波為主導(dǎo)諧波,，其中金溪變1lOkV母線3次諧波電壓含有率及電壓總諧波畸變率均已嚴(yán)重超標(biāo)，其值為4．9％ 和5.05％ ,，超過國標(biāo)限值達(dá)206．2％ 和152．5％ ,；麗水變3次諧波電壓含有率及電壓總諧波畸變率也已超標(biāo)，其值為2．2％ 和2．5％ ,，超過國標(biāo)限值達(dá)37．5％ 和25．3％ ,；古市變5次諧波電壓含有率剛達(dá)到國標(biāo)限值，電壓總諧波畸變率接近國標(biāo)限值,。
2．3 35kV電壓等級
35kV母線3次,、5次諧波電壓含有率及電壓總諧波畸變率有超標(biāo)現(xiàn)象的變電所占所測量變電所的90％(見表3)，主導(dǎo)諧波為3次,、5次和7次,，諧波指標(biāo)超標(biāo)范圍在2．3％ 一145．8％ 之間，其中以壺鎮(zhèn)變超標(biāo)最為嚴(yán)重,，其35kV母線5次諧波電壓含有率及電壓總諧波畸變率分別為5．9％ 和6．3％ ,，超標(biāo)達(dá)145．8％和111．1％ 。
2．4 lOkV電壓等級
lOkV母線3次,、5次諧波電壓含有率及電壓總諧波畸變率有超標(biāo)現(xiàn)象的變電所占所測量變電所的9o％(見表4),，主導(dǎo)諧波為3次、5次和7次,，諧波指標(biāo)超標(biāo)范圍在3．12％ 一600％之間,，其中以大港頭變超標(biāo)最為嚴(yán)重，當(dāng)電容器組不投運(yùn)時(shí),，lOkV母線3次,、5次諧波電壓含有率及總諧波電壓畸變率分別為：3．3％ 、12．3％ 和12．7％ ,，超標(biāo)百分比分別達(dá)3．12％ ,、284．4％ 和218％ ，當(dāng)電容器組投運(yùn)時(shí)，造成7次,、5次諧波放大，超標(biāo)更為嚴(yán)重,，總諧波電壓畸變率超標(biāo)百分比竟然高達(dá)600％ ,。
從以上數(shù)據(jù)可知，220kV電壓等級以3次,、5次為主導(dǎo)諧波,，其中3次諧波含有率及總諧波電壓畸變率已超標(biāo)，麗水變220kV母線3次諧波電壓含有率超標(biāo)與別的地區(qū)有所不同,，變壓器深度飽和引起
3次諧波電壓增大只是其中一個因素,，而低電壓等級的諧波滲透較為嚴(yán)重，這一現(xiàn)象應(yīng)引起有關(guān)方面的重視,。110 kV及以上電壓等級以3次,、5次為主導(dǎo)諧波，個別變電所由于諧波源的影響2次諧波含有率也較大,。35kV及以下電壓等級諧波污染相當(dāng)嚴(yán)重(包括電壓波動和閃變),。
麗水地區(qū)電網(wǎng)較弱，諧波污染顯得尤為嚴(yán)重,。大批中,、小容量的諧波源，如中頻爐,、電弧爐等已
影響到220kV主網(wǎng),，部分變電所因諧波引起保護(hù)裝置異常發(fā)信及誤動，表計(jì)指示異常,，繼電保護(hù)調(diào)
試?yán)щy,，主變發(fā)出異常聲音，電容器不能正常投入運(yùn)行,，流變,、壓變、電纜等因過熱而絕緣擊穿等等,，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)及用電設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,。
3 全網(wǎng)諧波水平的抑制和多諧波源的集中治理
為了麗水電網(wǎng)及用電設(shè)備的的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為電力用戶提供合格的電能質(zhì)量,，必須對麗水電網(wǎng)的諧波等電能質(zhì)量作全面的治理,，通過大量的測試和總結(jié)已基本查清了麗水電網(wǎng)的電能質(zhì)量現(xiàn)狀。為此,，必須合理制訂麗水電網(wǎng)電能質(zhì)量治理的方案,。
3．1 無源濾波器
低成本的無源濾波器是目前普遍采用的抑制諧波和無功補(bǔ)償主要方法，該方法投資少、效率高,、結(jié)構(gòu)簡單,、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便,。其濾波特性是由系統(tǒng)和濾波器的阻抗比所決定,，為了減少線損和提高諧波源發(fā)生地的治理效率，其治理地點(diǎn)一般要求在諧波源發(fā)生地,。這種方法用于容量較大且數(shù)量單一的諧波源是合適的,。對于小容量、多布點(diǎn),、密集分布的諧波源,，用戶安裝濾波器難度
較大，又不能保證各諧波源均設(shè)濾波器并同時(shí)投入運(yùn)行,。在對電網(wǎng),、對用戶的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行已經(jīng)造成嚴(yán)重威脅的情況下,，應(yīng)考慮在變電所對多諧波源采取集中治理的方法,。
3．2 多諧波源的集中治理時(shí)諧波潮流的計(jì)算和濾波器容量確定
3．2．1 諧波注入量
針對多諧波源的諧波治理，在供電母線設(shè)濾波器時(shí),，其諧波注入量應(yīng)計(jì)及兩部分：
(1)供電區(qū)內(nèi)的諧波性質(zhì)和發(fā)生量,；
(2)當(dāng)投入濾波器后，與之相連的各變電所通過各電壓等級線路和變壓器傳遞的諧波量,。
3．2．2 諧波潮流計(jì)算和濾波容量確定
在諧波潮流計(jì)算前應(yīng)對區(qū)域電網(wǎng)的諧波進(jìn)行一個全面詳盡的測試,，確定該地區(qū)的最大諧波發(fā)生量及相應(yīng)的性質(zhì)和分布。收集建立該地區(qū)的諧波潮流計(jì)算網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù),。
確定裝設(shè)濾波器的變電所需要的無功補(bǔ)償量,。并根據(jù)諧波總注入量與性質(zhì)確定濾波器的容量和支路分配得到初始參數(shù)。進(jìn)行諧波潮流計(jì)算,，得出各點(diǎn)的諧波水平和濾波器承載的電流和電壓,。
多次修正濾波器參數(shù)，重復(fù)進(jìn)行諧波計(jì)算,，優(yōu)化濾波效益和減少設(shè)備投資,。最后確定工程實(shí)施參數(shù)。在濾波器容量確定和調(diào)諧點(diǎn)設(shè)置等方面,，與單個諧波源的治理不同,，濾波器容量確定應(yīng)考慮各種電網(wǎng)方式下不過載，合理的調(diào)諧點(diǎn)設(shè)置能防止過度吸收供電區(qū)外的諧波,。
3．3 全地區(qū)電網(wǎng)諧波治理思路
由于整個地區(qū)電網(wǎng)的諧波水平很高,，要進(jìn)行治理時(shí)必須分析電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)阻抗特性和該地區(qū)的諧波源的分布及特性,。對處于電網(wǎng)末端的1lOkV變電所首先治理，防止諧波電流滲透至高一級電網(wǎng),。對最先投入的濾波器不僅要考慮本變電所供電區(qū)域內(nèi)的諧波源,，還要計(jì)及與其相聯(lián)的其余電網(wǎng)諧波的注入。對220kV變電所,，合理選擇并聯(lián)電容器的串聯(lián)電抗率,，以抑制3次和5次諧波放大為主。對1lOkV及以下變電所lOkV公用線供電成片諧波源負(fù)荷區(qū)進(jìn)行集中治理,，裝設(shè)濾波器,，對35kV專線用電的電弧爐,、中頻爐等大用戶必須設(shè)濾波裝置,。
4 電壓、諧波和無功綜合控制策略
4．1 變電所電壓,、無功控制策略
變電所的電壓和無功按所謂的“九域圖”控制,，是將變電所內(nèi)受控母線的電壓和受控口子的無功功率(功率因數(shù))的工作范圍劃為九個工作區(qū)域，控制器根據(jù)當(dāng)前受控母線的電壓和受控口子的無功功率(功率因數(shù))決定如何對并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備和變壓器分接頭進(jìn)行控制,。當(dāng)變電所的工作狀態(tài)為受控母線的電壓低于下限,，且受控口子的無功功率(功率因數(shù))低于下限，此時(shí)需要優(yōu)先投入并聯(lián)電容器,，再視情況決定是否需要調(diào)節(jié)變壓器分接頭將受控母線電壓升高,；當(dāng)受控母線電壓高于上限，但受控口子功率(功率因數(shù))在合格范圍內(nèi),，此時(shí)首先調(diào)節(jié)變壓器分接頭將受控母線的電壓降低到合格范圍內(nèi),。
4．2 與濾波器配合使用的電壓、諧波及無功綜合控制策略
為了能夠滿足在變電所低壓出線上接容量不等的小水電,，同時(shí)又有大量的非線性負(fù)荷的應(yīng)用情況,，在電壓、無功控制策略的基礎(chǔ)上,，提出了與濾波器配合使用的電壓,、諧波及無功綜合控制策略。在“九域圖”的基礎(chǔ)上提出了“三十五域圖”控制策略,。其控制區(qū)域示意圖如圖1及圖2所示：
4．3 電壓,、諧波及無功綜合控制策略的設(shè)計(jì)需考慮的原則和技術(shù)要求
在電壓、諧波及無功綜合控制策略的設(shè)計(jì)時(shí),，重點(diǎn)考慮以下原則和技術(shù)要求：
(1)為了保證電網(wǎng)和設(shè)備的安全運(yùn)行,，結(jié)合麗水電網(wǎng)實(shí)際，采用電壓合格優(yōu)先,，諧波合格次之,，無功功率平衡最后的控制策略,。
(2)在諧波定值的整定上，除了考慮啟動值外,，還考慮10kV母線并列運(yùn)行時(shí),，一組濾波裝置過載時(shí)自動投入第二組濾波裝置，以免過載運(yùn)行,。同時(shí)合理設(shè)置濾波裝置的返回值,，確保在濾波裝置退出運(yùn)行后諧波指標(biāo)仍能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。
(3)濾波裝置治理多次諧波,，在投切順序上應(yīng)滿足先投低次濾波器支路再投高次濾波器支路,。切支路的時(shí)候相反，應(yīng)先切高次濾波器支路再切低次濾波器支路,，防止高次諧波對低次諧波的放大,。
(4)為了防止綜控器的投切振蕩，綜控器不僅具有電壓,、諧波,、無功檢測和分析功能外，還引入了濾波器支路的諧波電流檢測分析,，用于母線電壓諧波控制的返回值控制等等,。
5 景寧變諧波治理
5．1 運(yùn)行現(xiàn)狀與負(fù)荷特性
景寧縣境內(nèi)分布著大量的中頻爐負(fù)荷，目前配變?nèi)萘坑?3300kVA,，近年來由于諧波的影響,，曾造成以下這些情況：
(1)10kV流變、壓變絕緣多次擊穿(共發(fā)生1O多次)
(2)電容器不能正常投運(yùn)
(3)表計(jì)指示不準(zhǔn),，指示異常
(4)充電機(jī)發(fā)出告警信號,，直流系統(tǒng)震蕩。
(5)無功電壓綜合控制器電壓指示不準(zhǔn),。
(6)常發(fā)35kV交流斷線信號,。
(7)主變常發(fā)出異常聲音。
為了實(shí)施多諧波源的集中治理及變電所電壓,、諧波和無功綜合控制策略,，選擇了景寧變電所作為第一個試點(diǎn)，該變電所現(xiàn)有兩臺主變,，1 主變：SFSZ8—31500／110,，變比110-4-8×1．25％／
38．5-4-2×2．5％／10．5；2 主變：SSZ9—31500／110,，變比110土6×2．5％／37-4-2×2．5％／10．5,。所供的負(fù)荷主要特點(diǎn)為：豐水期，白天有功負(fù)荷輸出,，無功負(fù)荷輸入,，晚上22：0o至次13 8：00非線性負(fù)荷投入,，主要為中頻爐負(fù)荷，有功輸入,，無功因小水電原因向系統(tǒng)倒送,，這一段時(shí)間系統(tǒng)諧波嚴(yán)重超標(biāo)，經(jīng)諧波測試發(fā)現(xiàn),，主要為5次,、7次諧波。某13的測試數(shù)據(jù)匯總?cè)缦拢寒?dāng)受電功率為17MW時(shí),，l 主變10kV側(cè)諧波電流為5次48A,，7次25A，11次3．7A,，13次3A,。35kV母線的電壓畸變率為4％ ，超過國家標(biāo)準(zhǔn)限值3％要求33％ ,，10kV母線電壓畸變率9．17％ ,，超過國家標(biāo)準(zhǔn)限值4％要求127％ ,，供電質(zhì)量極差,。同時(shí)，該變電所的中低壓側(cè)均有大量的小水電接人,，其潮流變化較大,，電壓調(diào)節(jié)、諧波水平的抑制及無功功率的優(yōu)化的控制策略變得相當(dāng)復(fù)雜,，為此,，運(yùn)用了結(jié)合麗水地區(qū)電力系統(tǒng)而研制和開發(fā)的結(jié)合電壓、諧波,、無功于一體的“三十五域圖”的綜合控制策略于該變電所,。
5．2 無功和濾波裝置方案
5．2．1 濾波裝置設(shè)計(jì)采用的系統(tǒng)條件
景寧變諧波測試數(shù)據(jù)。
景寧變正常小方式下,，1 10kV正序短路阻抗為0．4364,。
景寧變110kV母線系統(tǒng)阻抗角取88度。
景寧變主變參數(shù)：
諧波響應(yīng)計(jì)算考慮主變分列運(yùn)行,，10kV母線包括合分兩種方式,。
非線性負(fù)荷的增長極限為10kV側(cè)主變?nèi)萘繚M載且均為中頻爐負(fù)荷。
5．2．2 濾波裝置方案
在10kV的I,、Ⅱ段母線各設(shè)立一組濾波器,，每組由兩支路組成，分別為5次支路和7次支路,。5次支路的濾波電容器容量為3300kvar,。7次支路的濾波電容器容量為1800kvar,。濾波器組的保護(hù)設(shè)過電壓、低電壓,、過流,、過負(fù)荷和開口三角電壓保護(hù)。另應(yīng)有5次支路跳閘時(shí)聯(lián)跳同組濾波器7次支路的功能,。采用的濾波成套裝置每支路包括隔離刀閘,、放電 、外熔絲,、成套柜,、避雷器和電壓指示等。
5．2．3 基波無功
濾波器的投切順序是先投低次濾波器支路再投高次支路,。切支路的時(shí)候相反,，應(yīng)先切高次支路再切低次支路。根據(jù)負(fù)荷的情況,，利用開關(guān)的投切配合,，在額定電壓下可以有以下基波無功的輸出量。
5．3 三種運(yùn)行方式及運(yùn)行注意事項(xiàng)
(1)水電大發(fā),。有功,、無功倒送，這時(shí)如果非線性負(fù)荷不投,，則濾波裝置切除,。非線性負(fù)荷投入，濾波裝置投,。小水電無功少發(fā)或者個別水電廠進(jìn)網(wǎng)運(yùn)行,。
(2)水電停，非線性負(fù)荷全投,。則按10kV側(cè),，有功12．72MW，無功5．50Mvar推算,，P+ (Q— Qe)=12．72+j2．4,，功率因數(shù)可以滿足要求。
(3)最大諧波量,，10kV側(cè)滿載,，中頻爐負(fù)荷的無功一般為0．85—0．88，按中頻爐cosq~=0．85計(jì),，當(dāng)P=15．75MW 時(shí),，Q為9．76Mvar，扣減3130kvar,，10kV 側(cè)主變潮流：P +JQ =15．75+． 63,，cosq~=o．925．4 工程實(shí)效在2002年4月,，濾波器投運(yùn)后進(jìn)行了實(shí)測，1 10kV景寧變10kV母線電壓諧波在濾波器各工況下的測試數(shù)據(jù)見表8,。
同時(shí)測試了濾波器支路的諧波電流,，5次支路和7次支路的諧波電流均達(dá)到設(shè)計(jì)值的70％左右。2002年6月7日主變各側(cè)電壓諧波情況如表9至表20所示,。
5．4．1 (濾波器投運(yùn)前)電壓諧波情況
在完成濾波器投切后,，進(jìn)行了控制器性能試驗(yàn)，在投運(yùn)試驗(yàn)時(shí),，設(shè)置不同的10kV電壓初值及濾波器投入狀態(tài),，分別在控制器的試驗(yàn)狀態(tài)和投入狀態(tài)下觀察動作是否正確。通過試驗(yàn)表明,，該裝置符合設(shè)計(jì)要求,。
從2002年6月8日至2002年7月8日運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。主要技術(shù)指標(biāo)結(jié)果為：5次諧波畸變率由原5．7％ (國標(biāo)3．2％)下降到0．25％ ,；7次諧波畸變率由原6．1％(國標(biāo)3．2％)下降到0．13％ ,；電壓合格率達(dá)到99％。
濾波裝置日平均投切約3次,。其中：主要因?yàn)V波需要日平均投2次,，主要因無功補(bǔ)償需要日平均投1次。切除電容器主要因電壓原因1次,，切除電容器主要因無功原因2次,。主變分接頭日平均動作1．5次,。無功就地平衡較原來大大提高,，線損明顯下降，電能質(zhì)量顯著提高,。
6 結(jié)論
隨著麗水地區(qū)非線性負(fù)荷的增長,，諧波污染的問題也日益突出，已嚴(yán)重威脅著電力系統(tǒng)的安全,、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,，根據(jù)麗水地區(qū)負(fù)荷輕，小水電多,，潮流變化大,，中頻爐點(diǎn)多、面廣,，分散治理難度大的情況下,，采用在變電所集中治理的方式，取得了良好的效果,。而且在運(yùn)用原有電壓,、無功控制器的基礎(chǔ)上,，開發(fā)設(shè)計(jì)了電壓、諧波和無功綜合控制器,，使電壓,、無功控制和諧波治理有機(jī)地結(jié)合在一起，提高了綜合治理的自動化水平,，使各項(xiàng)電能指標(biāo)達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn),。本文通過景寧變電所工程實(shí)踐進(jìn)行了方法介紹，并在浙江寧波不繡鋼熔煉企業(yè)較多的地區(qū)也進(jìn)行了兩個試點(diǎn),，均取得類似效果,。該方法在麗水電網(wǎng)已全面推廣應(yīng)用取得了較好的電網(wǎng)效益，在云和,、縉云等幾個諧波危害嚴(yán)重地區(qū)的治理工程完工后,，因諧波影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的事件已大大減少。隨著電網(wǎng)諧波電壓水平的降低,，又為單個諧波源用戶的分散治理創(chuàng)造了條件,，新上諧波用戶可以做到配置的濾波裝置同步投入運(yùn)行。