1 系統概述
根據某銅業廠提供的現有配電系統情況可知，工廠現有35kv進線一條，該線非該廠專線。廠內主要負荷為電解銅生產線及大功率電機等用電裝置。因電解銅生產線採用的是可控矽整流裝置。
由於可控矽整流裝置的六脈及12脈整流特性，在執行過程中將產生以6n±1和12n±1（n為正整數）為主的諧波電流注入電網，危及到其它用電裝置及電網的用電安全。同時因系統功率因數比較低，故使用者在10kv母線上安裝了一套高壓電容補償櫃，但由於電解銅等用電裝置在執行時產生了較大的諧波注入系統，而電容補償櫃在投入後又與系統發生併聯諧振，對系統諧波進一步放大，造成電容補償裝置在諧波環境下執行因過載而發生較大的異常聲音，甚至造成部分電容櫃無法正常投入，經常造成高壓補償電容器的熔絲**燒毀。
使用者配電系統一次示意圖如圖1所示。
圖1使用者配電系統示意圖
2系統用電引數分析
根據對廠內變電站10kv i段母線的諧波測試資料分析，可將執行時有功功率、無功功率、功率因數及諧波的變化可歸納為：
（1）10kv母線平均功率因數約為0.92左右，
（2）母線協議容量10mva，
（3）主要諧波源型別：熱電解銅及大功率電機等，
（4）10kv線路三相功率資料分析
段10kv i段母線正常執行時負荷基本相等，且負載相對較穩定。有功功率基本都8000kw左右，功率因數相對較低，約0.92左右，無功功率也基本在2800kvar～3300kvar之間變化。
3諧波分析
因負載大部分採用的是六脈波及12脈波整流，產生的主要諧波為：6n±1次及12n±1（n為工頻頻率倍數）。故10kv段諧波的特徵次為5、7、11、13．．．．．．。
其中5、7、11次諧波相對較大，故濾波裝置應考慮以濾除5、7、11次諧波為主的濾波方式。根據我司於2007/09/21日對配電系統10kv母線 i段的諧波測試資料分析，將裝置執行時產生的各次諧波值分析如下：
35kv側使用者協議容10mva，裝置容量90mva，正常方式下短路容量為689mva。
為了對濾波裝置的濾波效果要求更為嚴格，故各次諧波電流注入允許值可按最小短路容量為689mva的標準來考核，見表1。
表1注入35kv pcc點各次諧波電流限值
表1：35kv變電站電源開關進線側注入公共連線點的諧波電流允許值
表2 注入10kv pcc點各次諧波電流限值（折算）及實際測量值
表2：因不知道使用者10kv側的短路容量，故從35kv側折算出10kv電源開關進線側注入公共連線點的諧波電流允許值及各次諧波電流實際側量值，因15次以上的各次諧波相對較小，表中不一一列出。
上述諧波電流通過主變返送到電網，會造成上級電網母線諧波電流（電壓）超標。因此，本方案設計在10kv母線i段上安裝一套高壓濾波補償裝置，使10kv接入點（考核點）的諧波及功率因數滿足國家標準的要求。
國標gb/t 14549-93規定如下：
公用電網諧波電壓（相電壓）限值見表3。
表34 諧波電流允許值
公共連線點的全部使用者向該點注入的諧波電流分量（方均根值）不應超過表3中規定的允許值。當公共連線點處的最小短路容量不同於基準短路容量時，表3中的諧波電流允許值的換算見附錄b（補充件）
表4注入公共連線點的諧波電流允許值
5確定基波無功功率補償容量
根據前面對i段母線現場的諧波測試資料分析可知，10kv母線i段總進線端的功率因數為0.92左右，有功功率在8000kw之間。平均功率因數在0.
92左右，系統所缺的無功基本都在2800～3300kvar之間。
按如下公式即計算出需要補償的無功功率
q＝p（－） 取cos=0.98
得到需要補償的無功功率q＝1800kvar，以下將以此無功補償容量作為設計各濾波迴路的依據，同時考慮其它部分小負荷接入執行或所有負荷都滿負荷執行時，10kv i段母線所需的無功補償量。
6 濾波補償對網壓波動的改善**
引起網壓波動的原因在於電網無功功率的變化，有關網壓波動的計算公式如下：
△ sb—系統基準容量
△ 電壓波動最大值為：
△ vmax(%)=100*△qmax/sc
sc=sb/xs sc—供電點至電源的短路阻抗標麼值。
補償前的vmax(%)=100*△qmax/sc=100*3.3/156=2.1
補償後的vmax(%)=100*△qmax/sc=100*1.5/156=1 –取補償前相同有功功率為參考。濾波補償對網壓波動的改善是明顯的。
7 10kv側濾波補償fc方案設計
7.1濾波方案的確定
採用三頻率點濾波，用系統**分析比較了多組濾波組合的濾波效果，並從中選出5，7， 11次三個濾波支路為組合方式，因系統中11次以上的各次諧波分量較小，故本方案設計11次採用高通濾波。在相同基波的補償容量下，採用5，7， 11次濾波組合有利於吸收系統中的5,7， 11次及11次以上的各諧波，同時對其它次諧波也不會產生放大作用。為了更好地吸收11次及11次以上的特徵諧波電流，方案設計時將適當加大11次的安裝容量。
濾波系統投入後對於4次，6次，9次諧波有大約1.5倍的放大，由於系統中4，6，9次諧波本身就比較小，故不會對系統產生影響，也不會超標。**分析給出諧波吸收曲線：
圖210k v(156mva)濾波組合——諧波吸收率圖
圖3 10kv(156mva)濾波組合——系統阻抗圖
圖示表明高壓濾波補償裝置投入後，10kv系統不會發生特徵諧波頻率放大，線路短路容量小的對諧波電流吸收效果優於短路容量大的。曲線看出注入主變的2次電流為105%，3次為110%，4次為130%，5次諧波電流為35%，6次為120%，7次為30%，8次為70%，9次為80%，10次為150%，11次為25%， 11次以上平均為70%。由此可見，濾波裝置投入後對第3、4、6、10次諧波電流略有放大。
考慮到系統的阻尼特性，諧波電流數值會較計算值小。從諧波阻抗圖2可算出濾波不接和濾波接入的各次諧波電壓及總諧波電壓值。將各次諧波電流乘以該次諧波阻抗值（變壓器），即得到該次諧波電壓值，將各次諧波電壓值的平方求和後開平方，得到uthd值。
7.2 濾波迴路組合的電路結構
每相迴路由濾波電容與濾波電抗串聯，三相由三個單相接成y型，中性點絕緣，含開口電壓檢測保護，電流不平衡檢測保護等。電容器組並接放電線圈，各濾波迴路接入避雷器，熔斷器等。電路原理見下圖，圖4以10kv母線i段為例給出主原理圖，濾波迴路由高壓控制櫃的真空接觸器控制，共有控制櫃3臺。
圖4 濾波系統一次原理圖
表5 10kv濾波電容器電抗器參數列
電抗器的額定電流是指該迴路的基波電流與各次諧波電流均方根值。
表6 10kv濾波電容器額定引數
表7 1#濾波電抗器引數
注：濾波電抗器調節範圍是考慮到限流電抗器電感製造誤差－10%～＋10%，濾波電容器組製造誤差0%～＋3%計算出來的，但製造廠製造的濾波電抗器可調範圍一般在－5%～＋5%，這樣必須對電抗器可調範圍、濾波電容器的製造誤差加以限制。
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