110kV高压谐波滤波装置的使用及完善
日期：2008-9-19 8:23:30 来源：中国自动化网
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摘 要：针对设备运行中出现的滤波 谐振、过载跳闸等问题，对滤波装置进行了改造和完善。同时对滤波装置出故障期间，谐波的危害和对供电系统自动重合闸、电力计量及功率因数等的影响进行了分析。
关键词：可控硅整流器；谐波；滤波装置；畸变率
山东铝业股份有限公司电解铝厂(简称山铝电解铝厂)是以电解铝为主导产品的企业，年生产能力为5.5万t，分60kV和80kV两个系列，全厂整流供电装置分为两个露天变电站(整流所)，电压等级均为110kV。110kV、60kV系列滤波系统由1060V、36kA直流可控硅整流机组及相应的具有5th、7th、12th三个通道单调谐滤波装置组成，于1989年底正式投入运行。系统单线图见图1。
图1 110kV,60kV系列整流所单线系统
1 滤波装置运行状况
110kV、60kV系列整流所滤波装置投入运行后，分别对不带滤波装置的3台和2台整流机组运行时网侧谐波进行了测试，同时对带滤波装置的3台整流机组运行时网侧总谐波进行了测试。
1.1 不带滤波装置
1.1.1 3台整流机组运行 系统直流电压Ud ：945V，单机直流电流Id ：21.3kA，系统电压U：112kV，短路容量Sd 约为1700MVA，总电压畸变率R：3.595%，S:3.481%，T:4.051%。
1.1.2 2台整流机组运行 Ud ：945V，Id ：32kA，U：112kV，Sd 约为1700MVA，总电压畸变率R：4.942%，S:4.759%，T:6.361%。
1.2 带滤波装置（5th、7th、12th）时网侧总滤波
3台机组同时运行，单机脉冲为6、总脉冲为18，系统电压Ud为950V，单机平均Id为
21.6kA，α 约为360，电压113kV，电磁式PT：
，Sd 约为1700MVA、
总电压畸变率DFU为1.88％。
实际测试结果表明，有滤波装置时，整流系统本身产生的大量滤波电流为滤波网络吸收，网侧总滤波电流明显减少，滤波效果明显。滤波装置的基本参数见表1。
表1 滤波装置基本参数
2 滤波装置的完善
滤波系统经过一年多运行后，出现系统滤波谐振。经过检查发现为电厂110kV输出母线上的另一路负荷(编号为395开关)解环所致；又经测试发现，当系统短路容量改变为某一定值时，滤波装置将出现9次谐波谐振现象。当395开关为开环方式时，曾发现12th通道有严重过载跳闸现象。针对滤波装置出现的问题，决定进行改造。在12次通道滤波装置的每项电抗器上并接1台286Ω无感阻尼电阻，以此限制此类过载事故的发生。滤波装置等值线路图见图2。
图2 滤波装置等值线路
3 谐波对实际供电过程的影响
2002年6月10日，在对1＃整流机组停电操作后，当2＃、3＃机组运行时，110kV滤波系统7th滤波装置C相电抗器被高压击穿造成匝间短路，整个滤波装置回路被迫停电。无滤波装置时给实际供电运行过程中的影响也是多方面。
(1)高次谐波对绝缘的危害。山铝电解铝厂110kV采用300m高压电缆两路进线，由于谐波的存在使电压波形出现尖峰，从而使绝缘加速老化，缩短寿命，增加电缆发生故障的概率，可靠性降低。
(2)对整流变压器的影响。因为滤波装置连接在交流系统侧，在谐波作用下，整流变压器机绕组中的谐波电流分量较大，对变压器损耗和发热都有影响。
(3)对重合闸的影响。山铝电解铝厂供电系统供电方有自动重合闸装置来提高电力系统的暂态稳定性，并联电抗器的中性点加装接地电抗器。这一接地电抗器按线路工频参数调谐设计，用以使潜供电弧加速熄灭，从而缩短重合的无电时间。当线路中含有较大的高次谐波电流时，潜供电弧的熄灭将被明显延迟，从而导致单项重合失败或者对单相重合闸不得不采用较长的无电时间。这些后果对系统运行的稳定性都是不利的，因此电厂在滤波装置不能正常使用期间，解除了自动重合闸装置。
(4)对电力计量的影响。山铝电解铝厂电力计量采用电力系统中有用的基波功率。而谐波功率是一种有害损耗，由于额外的谐波损耗，按有用基波电量计量，电度表少计了电量；而另一部分厂内动力用电计量，除有用的基波功率P1(M)外，还有额外的由谐波所引起的损耗功率使这类负荷电度表多计量；由于谐波的影响造成计量方面存在正负误差。在滤波装置停运期间，山铝电解铝厂总电量每天少计约10000kW.h，而动力电量每天多计约5000kW.h，给生产的组织带来不利影响。
(5)对功率因数的影响。使用滤波装置时，山铝电解铝厂功率因数0.90以上。滤波系统的停运，电网中的电压和电流中含有较大的谐波分量，使得电压电流中含有不同次数的谐波量，受波形畸变的影响，山铝电解铝厂每天报出的功率因数仅为0.74。
(6)对整流器的影响。山铝电解铝厂整流设备采用的是大功率可控硅三相桥式整流，负荷中有一部分设备是整流器。这类交换器在运行过程中自身是谐波源，但是其触发控制系统又受到电压中谐波的影响，整流器的电流换相过程会使电压波形出现“缺口”，从而使其它整流器触发系统中电压过零点的检测产生误差，影响控制触发的同步。
(7)对断路器的影响。当断路器的电流中含有较大的高次谐波分量时，其遮断能力将降低。在电流有效值相同的情况下，波行畸变严重的电流，在电流过零点处的di/dt可能要比正弦波形的电流大得多，使断路器在遮断过程中有可能产生重燃现象，可能因不能灭弧而造成事故。
谐波及其抑制是高压电力系统中的重要技术问题之一，通常不得不装设滤波装置，且需要对滤波装置不断进行完善，以保证生产的稳定顺行。同时，滤波装置在整流变电站的投资和占地面积中占有相当大的比重，因此，应对滤波进行准确分析计算并合理配置滤波装置，对于高压电力系统的长期安全运行有着十分重要的意义。
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关键词：可控硅整流器；谐波；滤波装置；畸变率
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山东铝业股份有限公司电解铝厂(简称山铝电解铝厂)是以电解铝为主导产品的企业，年生产能力为5.5万t，分60kV和80kV两个系列，全厂整流供电装置分为两个露天变电站(整流所)，电压等级均为110kV。110kV、60kV系列滤波系统由1060V、36kA直流可控硅整流机组及相应的具有5th、7th、12th三个通道单调谐滤波装置组成，于1989年底正式投入运行。系统单线图见图1。
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图1 110kV,60kV系列整流所单线系统
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1 滤波装置运行状况
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110kV、60kV系列整流所滤波装置投入运行后，分别对不带滤波装置的3台和2台整流机组运行时网侧谐波进行了测试，同时对带滤波装置的3台整流机组运行时网侧总谐波进行了测试。
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1.1 不带滤波装置
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1.1.1 3台整流机组运行 系统直流电压Ud ：945V，单机直流电流Id ：21.3kA，系统电压U：112kV，短路容量Sd 约为1700MVA，总电压畸变率R：3.595%，S:3.481%，T:4.051%。
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1.1.2 2台整流机组运行 Ud ：945V，Id ：32kA，U：112kV，Sd 约为1700MVA，总电压畸变率R：4.942%，S:4.759%，T:6.361%。
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1.2 带滤波装置（5th、7th、12th）时网侧总滤波
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3台机组同时运行，单机脉冲为6、总脉冲为18，系统电压Ud为950V，单机平均Id为
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21.6kA，α 约为360，电压113kV，电磁式PT：
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，Sd 约为1700MVA、
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总电压畸变率DFU为1.88％。
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实际测试结果表明，有滤波装置时，整流系统本身产生的大量滤波电流为滤波网络吸收，网侧总滤波电流明显减少，滤波效果明显。滤波装置的基本参数见表1。
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表1 滤波装置基本参数
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2 滤波装置的完善
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滤波系统经过一年多运行后，出现系统滤波谐振。经过检查发现为电厂110kV输出母线上的另一路负荷(编号为395开关)解环所致；又经测试发现，当系统短路容量改变为某一定值时，滤波装置将出现9次谐波谐振现象。当395开关为开环方式时，曾发现12th通道有严重过载跳闸现象。针对滤波装置出现的问题，决定进行改造。在12次通道滤波装置的每项电抗器上并接1台286Ω无感阻尼电阻，以此限制此类过载事故的发生。滤波装置等值线路图见图2。
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图2 滤波装置等值线路
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3 谐波对实际供电过程的影响
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2002年6月10日，在对1＃整流机组停电操作后，当2＃、3＃机组运行时，110kV滤波系统7th滤波装置C相电抗器被高压击穿造成匝间短路，整个滤波装置回路被迫停电。无滤波装置时给实际供电运行过程中的影响也是多方面。
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(1)高次谐波对绝缘的危害。山铝电解铝厂110kV采用300m高压电缆两路进线，由于谐波的存在使电压波形出现尖峰，从而使绝缘加速老化，缩短寿命，增加电缆发生故障的概率，可靠性降低。
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(2)对整流变压器的影响。因为滤波装置连接在交流系统侧，在谐波作用下，整流变压器机绕组中的谐波电流分量较大，对变压器损耗和发热都有影响。
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(3)对重合闸的影响。山铝电解铝厂供电系统供电方有自动重合闸装置来提高电力系统的暂态稳定性，并联电抗器的中性点加装接地电抗器。这一接地电抗器按线路工频参数调谐设计，用以使潜供电弧加速熄灭，从而缩短重合的无电时间。当线路中含有较大的高次谐波电流时，潜供电弧的熄灭将被明显延迟，从而导致单项重合失败或者对单相重合闸不得不采用较长的无电时间。这些后果对系统运行的稳定性都是不利的，因此电厂在滤波装置不能正常使用期间，解除了自动重合闸装置。
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(4)对电力计量的影响。山铝电解铝厂电力计量采用电力系统中有用的基波功率。而谐波功率是一种有害损耗，由于额外的谐波损耗，按有用基波电量计量，电度表少计了电量；而另一部分厂内动力用电计量，除有用的基波功率P1(M)外，还有额外的由谐波所引起的损耗功率使这类负荷电度表多计量；由于谐波的影响造成计量方面存在正负误差。在滤波装置停运期间，山铝电解铝厂总电量每天少计约10000kW.h，而动力电量每天多计约5000kW.h，给生产的组织带来不利影响。
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(5)对功率因数的影响。使用滤波装置时，山铝电解铝厂功率因数0.90以上。滤波系统的停运，电网中的电压和电流中含有较大的谐波分量，使得电压电流中含有不同次数的谐波量，受波形畸变的影响，山铝电解铝厂每天报出的功率因数仅为0.74。
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(6)对整流器的影响。山铝电解铝厂整流设备采用的是大功率可控硅三相桥式整流，负荷中有一部分设备是整流器。这类交换器在运行过程中自身是谐波源，但是其触发控制系统又受到电压中谐波的影响，整流器的电流换相过程会使电压波形出现“缺口”，从而使其它整流器触发系统中电压过零点的检测产生误差，影响控制触发的同步。
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(7)对断路器的影响。当断路器的电流中含有较大的高次谐波分量时，其遮断能力将降低。在电流有效值相同的情况下，波行畸变严重的电流，在电流过零点处的di/dt可能要比正弦波形的电流大得多，使断路器在遮断过程中有可能产生重燃现象，可能因不能灭弧而造成事故。
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