电能质量及谐波标准讲座

电能质量及谐波标准讲座 内容提纲 1( 电能质量基本概念 2( 电能质量的影响 3( 国内电能质量标准及修订概述 4( 电能质量国家标准摘要 5( 电能质量国外标准简介 6( 谐波国家标准基本内容 7( 电能质量治理措施 8( 电能质量技术监督 1 电能质量的基本概念 (1) 电力系统概况:结构、有功和无功平衡，各种干扰 (2) 电能质量——关系到电气设备工作(运行)的供电电压指标。 (3) 电能质量指标:电压偏差、频率偏差、谐波、电压波动和闪变、三相 电压不平衡度、暂时过电压和瞬态过电压、电压暂降、波形缺口、?? (4) 电能质量指标特点: a. b. 空间上、时间上不断变化 需要供、用电双方共同合作维护 (5) 电能质量问题的由来 ? 随电力工业诞生而存在的一个传统问题; ? 现代用电负荷结构发生了质的变化。电力电子技术广泛应用，家用电器普及，炼钢电弧炉和轧机的发展等，由于其非线性、冲击 性以及不平衡的用电特性引起电能质量的恶化。 ? 计算机的普及、IT产业的发展、微电子控制技术应用导致对电能质量要求越来越高。 例如:一个计算中心失电2s就可能破坏几十个小时数据处理结果，导致几十万美元产值损失; 1,2周波供电电压暂降，就可能破坏半导体生产线，导致上百万美元损失。 据统计美国因电能质量问题造成的损失每年高达260亿美元。 2005年由国际铜业协会(中国)的一次“中国电能质量行业现状与用户行为调研报告”中，调查了32个行业，共92个企业中有49个企业，因电能质量问题，在经济上损失2.5,3.5亿元(人民币)，每个企业年经济损失约10万,100万(人民币)(其中有四家年损失1000万元以上)。 (6) 关于电能质量的定义 Power Quality——电能质量(电源质量、电力质量、电力品质) ? 导致用户设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差。 ? 合格电能质量的概念是指给敏感设备提供的电力和设置的接地系统是都适合于该设备正常工作的。 ? 在电力系统中某一指定点上电的特性，这些特性可根据预定的基准技术 1 参数来 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 。 ? 电压质量、电流质量、供电质量、用电质量。 实际上电能质量就是供电电压特性，即关系到用电设备工作(或运行)的供电电压各种指标偏离理想值(额定值或标称值)的程度。 2 电能质量的影响 ? 各种指标的影响: (1)供电电压偏差 照明设备的发光和寿命;电动机的力矩、转速、发热、工效以及产品质量;变压器的发热、温升、损耗;并联电容器无功出力、寿命;家用电器如电视机的视感、寿命;电子计算机和控制设备不正常;工业设备(如电解、电热)效率降低;电力系统稳定性降低，线损增加。 (2)电力系统频率偏差 电动机转速变化，影响纺织、造纸等产品质量;传动机械出力变化，影响生产效率;对测量、控制和计时等电子设备精度和性能影响;使感应式电能表计量误差加大;影响发电机和电力系统安全;冲击负荷对近区电网的危害。 (3)谐波 降低电力设备的利用率，使电气设备(如旋转电机、电容器、变压器)以及导线(如低压中性线、电缆、母排等)过载运行(发热、振动、异常声响等)，缩短使用寿命;干扰继电保护、自动装置和计算机系统;使测量和计量仪器、仪表误差加大;降低信号传输质量，干扰通信系统;增加电力网中谐振可能性，诱发过电压或过电流的危害;减少白炽灯使用寿命。 (4)电压波动和闪变 照明灯光闪烁，引起人的视觉疲劳;电视机屏幕图像失真、摆动翻滚 和亮度变化;电动机转速不均匀、振动、异响，影响产品质量;电子计算机、监测和控制设备等工作不正常。 (5)三相电压不平衡 电机附加发热，并引起二倍频的附加振动力矩;引起以负序分量为启动元件的多种保护误动作;换流设备产生附加的谐波电流(非特征谐波);变压器负载能力下降;在低压配电线路中，引起照明灯的寿命缩短或烧损、电视机损坏、中 2 性线过负荷等;引起线损及线路电压损失增大;影响正常通信质量。 (6)暂时过电压和瞬态过电压 使设备绝缘破坏，引发事故。 (7)电压暂降(包括短时断电) 引起变速驱动装置(ASD)跳闸、程序逻辑控制器(PLC)损坏、各种数字式自动控制装置误动、计算机系统失常，数据丢失;导致相关加工生产线(例如塑料、玻璃、石化、纺织、造纸、半导体以及橡胶等)停顿，大型场所照明失电(例如镝灯，灯灭后需冷却好几分钟后才能启动)等等。图1为国外统计的一次电压暂降对不同行业可能造成的经济损失。表1为电压暂降对一些设备的危害。 图1 一次电压暂降对不同用户造成的损失 3 (8)电压波形缺口 由变流装置换相过程造成的电压缺口可能影响交流装置的同步或以电压过零进行控制的电子装置正常工作。注意，电压缺口虽然属于波形畸 变，但不能用谐波 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 来说明它的影响。一般用缺口的深度和面积描述。 ? 案例 (1) 上海某高层大厦一台变压器设计为全部带空调负荷，但投运后由于大 量谐波的存在，使得变压器根本就没有办法正常运行。 (2) 90年亚运会期间网球中心电压暂降造成照明失电10余分钟(照明灯 为镝灯，需冷却启动)，使场内照明黑了一半，这次事故在国际上造成了非常不好的影响。 (3) 某商厦工程大量采用日光灯，全部采用电子镇流器，正常情况下，零 线中产生很大电流，造成电缆发热，变压器温升过高(典型的谐波问题)。 (4) 某证券公司由于谐波使得网络速度变慢、数据出错，实时交易的动态 信息显示屏幕出现大片空白，数据刷新和交易的速度都极慢，且经常中断，根本无法进行交易。 (5) 某宽带运营商由于突然断电造成宽带网络客户不能正常上网，客户索 赔几百万元。 (6) 北京某化工厂2005年1月18日，外网波动引起断电，聚氯乙烯装置 爆炸，停电5-6小时，直接损失30万元。 (7) 某钢铁企业2004年一次停电导致所有生产线上的产品作废，损失上亿 元。 (8) 2004年3,8月吉林省农电局一条10kV配电线(约40km)末端49 个台区先后发生了500多次低压电器设备(包括电视机、计算机、冰箱温控器、交换机模块、VCD、加油机电源板等等)烧损事故，经测试分析，是某钢厂中频炉谐波，因长线“谐波容升电压”效应所致。 (9) 1993年2月河南省信阳和驻马店地区220kV计驻线(双回线，一回线 停电检修)因电气化铁路牵引站的谐波引发高频保护误动，引起大面积停电事故(两个220kV2×240MVA变电站停电)。 (10) 河南省220kV柳林变电站原10kV8组6600kVar并联电容器，因3 4 次谐波影响原串联电抗器选配不当等原因大量损坏，不得不全部更换(现为8×8000kVar)。 ? 结论 电能质量涉及国民经济各行各业和人民生活用电，优质电力可以提高用电设备效率，增加使用寿命，减少电能损耗和生产损失，电能质量关系到电力可持续发展，也关系到国民经济总体效益，是实现节约型社会的必要条件之一。 3 国内电能质量标准及修订概况 3.1 电能质量国家标准 ? 电能质量指标国家标准 (1) 供电电压允许偏差(GB/T 12325—2003) (2) 电压波动和闪变(GB 12326—2000) (3) 公用电网谐波(GB/T 14549—93) (4) 三相电压允许不平衡度(GB/T 15543—1995) (5) 电力系统频率允许偏差(GB/T 15945—1995) (6) 暂时过电压和瞬态过电压(GB/T 18481—2001) ? 电能质量测量国家标准 (1) 供电系统及相连设备的谐波、谐间波的测量和测量仪器导则 (GB/T 17626.7—1998)(注:此标准等同采用IEC 61000-4-7: 1991，已有2002年新版) (2) 电能质量监测设备——通用要求(GB/T 19862—2005) ? 相关的设备国家标准 (1) 谐波电流发射限值(设备每相输入电流?16A)(GB 17625.1— 2003) (2) 对每相额定电流?16A且无条件接入的设备在公用低压供电系统 中产生的电压变化、电压波动和闪烁的限制(GB 17625.2—2007) (3) 对额定电流大于16A的设备在低压供电系统中产生的电压波动和 闪烁的限制(GB/Z 17625.3—2000) (4) 对额定电流大于16A的设备在低压供电系统中产生谐波电流发射 的限制(GB/Z 17625.6-2003) 5 (5) 半导体变流器与供电系统的兼容及干扰防护导则(GB/T 10236— 2006) ? 电能质量治理设备(装置)国家标准 (1) 输配电系统静止无功补偿器用晶闸管阀的试验(待批) (2) 静止型无功功率补偿装置(SVC)功能特性(GB/T 20298—2006) (3) 静止型无功功率补偿装置(SVC)现场试验(GB/T 20297—2006) 3.2 电能质量标准修订概况 目前五个电能质量指标国家标准正在修订: (1)修订的任务来源，标委会和起草工作组; (2)修订工作的进展情况; (3)修订目标:适应电力市场的发展，使标准做到科学性、先进性、适用性和可操作性; (4)修订内容概况:限值，测量(测量仪器、测量条件、测量 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 、数据处理)，概率取值和合格率。 3.3 电能质量行业标准 已制订了一批电能质量方面的行标，计有: (1)高压静止无功补偿装置(系列标准，DL/T 1010.1,1010.5—2006) (2)电能质量监测装置运行规程(报批稿) (3)电能质量监测装置技术规程(征求意见稿) (4)电能质量术语(报批稿) (5)电能质量技术监督规程(DL 1053-2007) 4 国家标准摘要 (1)标 准:GB/T 12325—2003电能质量 供电电压允许偏差 允许限值:?35kV及以上为正负偏差绝对值之和不超过10%;?10kV 及以下三相供电为?7%;?220V单相供电为+7%，-10%。 说 明:衡量点为供电产权分界处或电能计量点 (2)标 准:GB 12326—2000电能质量 电压波动和闪变 允许限值:电压变动d的限值和变动频率r有关;对于随机不规则的变 6 动，d=2%(LV，MV)和d=1.5%(HV) 注:低压(LV)、UN?1kV;中压(MV)，1kV,UN?35kV;高压(HV)，35kV,UN?220kV。 表2 闪变限值 ?Pst为短时间闪变值(10min);Plt为长时间闪变值(2h) 说 明:?衡量点为公共连接点PCC;?限值分三级处理原则;? 提供预测计算方法， 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 测量仪器并给出典型分析实例。 (3)标 准:GB/T 14549—1993电能质量 公用电网谐波 允许限值: 表3 各级电网谐波电压限值(%) ?表中THD为总谐波畸变率 说 明:?衡量点为PCC，取实测95%概率值;?对用户允许产生 的谐波电流，提供计算方法;?对测量方法和测量仪器做出规定;?对同次谐波随机性合成提供算法。 (4)标 准:GB/T 15543—1995电能质量 三相电压允许不平衡度 允许限值:?正常允许2%，短时不超过4%;?每个用户一般不得超 7 过1.3%。 说 明:?各级电压要求一样;?衡量点为PCC，取实测95%概率 值或日累计超标不许超过72min，且每30min中超标不许超 过5min;?对测量方法和测量仪器做出基本规定;?提供 不平衡度算法。 (5)标 准:GB/T 15945—1995电能质量 电力系统频率允许偏差 允许限值:?正常允许?0.2Hz，根据系统容量可以放宽到?0.5Hz;? 用户冲击引起的频率变动一般不得超过?0.2Hz。 说 明:对测量仪器提出了基本要求。 (6)标 准:GB/T 18481—2001电能质量 暂时过电压和瞬态过电压 允许限值: ?系统工频过电压 表4 系统工频过电压限值 注:?m ?Um>252kV(?)和Um>252kV(?)分别指断路器变电所侧和线路侧 8 ?操作过电压 表5 空载线路合闸过电压限值 * 说 明:?暂时过电压包括工频过电压和谐振过电压。瞬态过电压包 括操作过电压和雷击过电压;?工频过电压1.0p.u.=Um/谐振过电压和操作过电压m路分闸过电压、断路器开断并联补偿装置及变压器等瞬态过 电压限值作出了规定。 5 电能质量国外标准简介 5.1 欧盟 1999年欧盟颁布了《公用配电系统供电电压特性》(EN50160)，包括5大类13个指标。 5.2 美国 (1)计算机和商用设备制造商协会(Computer and Business Equipment Manufacturers Association，即CBEMA)出于大型计算机及其控制装置对电能质量要求，提出了电压容限曲线(称为CBEMA曲线)。该协会后改称为信息技术工业协会(Information Technology Industry Council，即ITIC)，并 将电压容限曲线作了一定改进，如图2所示。 9 图2 ITIC曲线 (2)IEEE导则——输电用静止无功补偿器的功能规范(IEEE Std.1031-2000) (3)IEEE导则——静止无功补偿器现场试验(IEEE Std.1303-1994) (4)IEEE电力系统中谐波控制推荐规程和要求(IEEE Std.519-1992) ?? 5.3 电能质量标准和电磁兼容标准的关系 (1)电磁兼容的概念 (2)IEC 61000系列标准 六大部分:《总论》、《环境》、《限值》、《试验和测量技术》、《安全装置和抑制导则》和《其他》。 (3)标准限值的协调 图3 电磁兼容协调中的有关参数 图4 扰动水平和概率密度关系 10 表6 已采用为国标的与谐波相关的IEC 61000标准文件 6 谐波国家标准基本内容 6.1 电网各级电压的谐波限值 各级电压的谐波限值是谐波标准的基础，是判断公用电网谐波是否合格的依据。国标中的规定见表7。 表7 我国公用电网谐波电压(相电压)限值 11 6.2 不同谐波源的叠加计算 电网谐波电压和电流往往由多个谐波源产生，因而不同谐波源的相量叠加计算是谐波标准制定的重要基础。两个谐波源的同次谐波电流Ih1和Ih2在一条线路上叠加，当相位角?h已知时，按下式计算 Ih (1) 但实际电网中，同次谐波电流相位关系受多种因素影响具有一定的随机性，因此国标中给出相位角?h不确定时，进行合成计算的公式 Ih (2) 式中: Kh系数按表8选取。 表8 系数Kh的值 6.3 用户注入电网的谐波电流允许值 分配给用户的谐波电流允许值应保证各级电网公共连接点处谐波电压在限值之内。影响各级电网谐波电压的主要因素有: (1) 本级谐波源负荷产生的谐波; (2) 上级电网谐波电压对本级的传递(即渗透); (3) 各谐波源同次谐波的相量合成。 一般忽略下级电网谐波电压对上级的传递，这是因为按短路容量比较，可以近似认为上级电网的谐波阻抗远小于下级电网的谐波阻抗。 表9 各级电网基准短路容量 在国标中，根据典型网络研究，给出了各级电压UN的基准短路容量 SK 12 (MVA)，如表9所列。由SK可以求出电网基波等值电抗xs，假定h次谐波电抗为hxs则由下式求出一个公共连接点的总谐波电流允许值Ih(在标准中给出前25次的Ih值) Ih? (3) 式中: HRUh—由本级负荷产生的第h次谐波电压含有率(%)，根据上列(1),(3)条件，(在某些假设条件下)计算得到。 根据按用户用电容量分配谐波指标的原则，某个用户的谐波电流允许值由下式确定 Ihi?Ih(Si/St)1/? (4) 式中: Si—第i个用户的用电 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 容量 表10 相位系数?值 St—公共连接点的供电设备(或线路)容量 ? —相位系数，按表10取值 不难证明，表10中?值和表8中Kh值基本上是对应的。 当公共连接点的短路容量Sk?不同于基准短路容量Sk时，式(4)中Ih值应按下式换算为Ih? ??Ih?Ih Sk? Sk (5) 应注意，式(4)中的供电设备容量St应和Sk?的供电方式(正常最小运行方式)相对应，不能一概取供电变电站(或发电厂)内全部变压器容量之和。 6.4 测量方法、数据处理及测试仪器 由于谐波源的多样性和多变性，测量方法必须根据被测对象有所区别。考虑到谐波的波动性，原则上取95%时间内不超过概率值。为了实际应用方便，在标准中规定按实测值大小排队，取95%概率大值。对波动谐波源，规定实测值不少于30个，这是使测值平均数的分布接近于正态分布所需的最低样本数。考虑到某些谐波源较稳定的特点，标准中又规定可以选取五个接近的实测值，取算术平 13 均值。 为了区别暂态现象和谐波，每次测量结果应为3秒内被测值的平均值，由于目前广泛使用数字式谐波分析仪，故国标中按离散采样给出推荐式 Uh? (6) 式中 Uhk—3s内第k次测得h次谐波电压含有率; m—3s内取均匀间隔的测量次数，m?6。 实际上Uhk通常取一个工频周波采样的分析结果，至于一个周波的采样点数，应根据待分析的谐波次数(h)按采样定理确定。 关于对测量仪器的准确度、电源条件等要求，主要根据国际电工委员会标准《供电系统及所连设备谐波、谐间波的测量和测量仪器导则》(IEC 61000-4-7:1991即国标GB/T 17626.7:1998)的规定。 必须指出，由于采用离散傅立叶(DFT)方法，取一个工频周波采样分析结果，只能得出工频整数倍(即2、3、??)的谐波。实际电网中还存在间谐波(即非整数次谐波)，这种谐波广泛存在于波动负荷和变频调速设备中。为了分析间谐波，也为了避免间谐波对单周波采样分析结果的影响，IEC 61000-4-7:2002中根据电网谐波的变化特性测量采样规定取10个工频周波长窗口(注意，一个工频周波为0.02s)，并且要求采用“谐波集”(harmonic group)输出，现行谐波国标中，对此未作规定。 由于6,110kV电磁式电压互感器一般可用于1000Hz以下频率测量，同时考虑到电网中低次谐波为主，故标准中规定“测量的谐波次数一般为第2到第19次”，以便于执行。 14 7 电能质量治理措施 7.1 技术措施概况 表11 改善电能质量的技术措施 15 7.2 电力系统无功补偿和电压调整 电力系统运行在任何瞬间均保持有功功率和无功功率平衡，整个电网电压水平和无功平衡关系很大，无功电源充足，系统维持较高的电压水平，否则维持较低的电压水平。地区也应保持无功大致平衡。同时合理配置调压手段. 无功电源:?同步发电机;?同步电动机;?线路对地电容;?并联 电容器(滤波器);?调相机。 无功负荷:?变压器;?线路的电感;?异步电动机;?并联电抗器;?欠励磁的发电机、同步电动机、调相机。 静止无功补偿器(SVC)可以运行在电源或负荷状态。 自然无功负荷系数k?QM?1,1.4 PM QM——无补偿时的最大无功负荷; PM——最大的有功负荷。 2004年国家电网公司以生[2004]435号文颁布了《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》。2005年3月，中国南方电网公司7号文下达《电力系统电压质量和无功管理标准》。 7.3 防止并联电容器组对谐波的放大 在电网中，并联电容器组起改善功率因数和调压作用。当存在谐波时，在一定的参数配合下，电容器组会对谐波起严重的放大作用，危及电容器本身和其附近电气设备的安全。因此，在电网中并联电容器组的使用应注意对谐波的影响。 电网中主要谐波源一般可以视为恒流源，即其产生的谐波电流和外阻抗无 ?，进入电网的谐波电流为I?，进入电容器组关。设谐波源的h次谐波电流为Ihsh ?，其简化等效电路如图5所示。图中电网h次谐波阻抗的谐波电流为ICh Zsh=Rsh+jxsh中，通常Rsh<<xsh，故忽略Rsh。对于电网等效电抗xsh，当h次数不太高(例如h?13)，110kV及以下的供电线路对地电 容的影响一般可忽略，则xsh=hxs，(xs为系统等效工频电抗);电容器支路中的等值电阻很小，分析时可以先不考虑，这样 16 图5 谐波电流放大的分析电路 (a) 电路图; (b) 等效电路 ICh? Ish?hxsIh hxs?(hxL?xC/h)hxL?xC/hIh hxs?(hxL?xC/h) (7) (8) 若在式(7)和式(8)中引入β=(hxL-xC/h)/hxs，并以Ih作为基准表示电流，则 ICh1? Ih1?? (9) (10) Ish?? Ih1?? 根据式(9)和式(10)可得出IChI和sh随β的变化曲线，如图6所示。 IhIh 图6 Ich、Ish变化曲线图 当???1,1???0,h?h0?xC时，电容器和串联电抗器与系统发生并联谐xs?xL 振，谐波电流放大达到最大值;当???2,h?ha?IIxC时，sh?2,Ch?1;xL?2xsIhIh 17 当???0.5,h?hb? 2xCII 时，Ch?2,sh?1。ha?h?hb为使谐波电流严重放 IhIh2xL?xs 大的区域。可以看出，串联电抗器xL愈大，ha和hb愈小，且(hb,ha)亦愈小，即串联电抗器不仅可以降低谐振谐波次数，并且缩小了谐波电流严重放大区。 当h?ha时，电容器支路呈容性，流入系统的谐波电流Ish虽比谐波电流Ih大， ??但放大并不严重;当??0,h?h0 xxC ?xL，即电容器支路发生串联时，有C?h0 ?hxL0 ?次谐波完全滤波，此时ICh=Ih，Ish=0;当hb<h<h0?时，电容器谐振，相当于对h0 支路亦呈容性，流入系统的谐波电流仅为谐波源电流的一部分(Ish< Ih)，但电容 ??器支路中的电流有所放大(ICh> Ih);当??1,h?hc xCI ，ICh?Ish?h;在xL?xs2 ??h?hc时，电容器支路已呈感性，起分流作用，当h= hc时只分流一半，随着h0 h增大，分流作用将减小。 上述情况可以归结到表12中。当系统和电容器支路发生并联谐振时， 不能忽略系统(包括负荷)的等值电阻。表12中粗略地按大值。根据国外某些电网的经验，对于h?13, h0xs 来估算谐振电流的最Rsh h0xs ?5,10。 Rsh 表12 流入系统和电容器支路的谐波电流 18 7.4 交流滤波装置 7.4.1 滤波装置的组成 采用交流滤波装置就近吸收谐波源所产生的谐波电流，降低连接点的谐波电压，是抑制谐波“污染”的一种有效措施。目前所采用的滤波装置一般由电力电容器、电抗器(常用空心的)和电阻器适当组合而成，运行中它和谐波源并联，除起滤波作用外还兼顾无功补偿的需要。由于结构简单、运行可靠、维护方便，因此得到了广泛的应用。 滤波装置一般由一组或数组单调谐滤波器组成，有时再加一组高通滤波器。单调谐滤波器利用R、L、C元件串联谐振原理构成[图7(a)]。在有些工程中采用双调谐滤波器[图7(b)]。这种谐波器在谐振频率附近实际上等于两个并联的单调谐波器，它能同时吸收两种频率的谐波。与两个单调谐滤波器相比，基波损耗较小，只有一个电抗器承受全部冲击电压。这种滤波器结构比较复杂，调谐难度大，在一些大型直流输电工程中有所应用，一般应用较少。 图7 滤波器接线方式 (a)单调谐型;(b)双调谐型;(c)一阶减幅型;(d)二阶减幅值;(e)三阶减幅型;(f) C型 高通滤波器在高于某个频率之后很宽的频带范围内呈低阻抗特性，用以吸收若干较高次的谐波。高通滤波器有一阶减幅型[图7(c)]二阶减幅型[图7(d)]、三阶减幅型[图7(e)]和C型 [图7(f)]。一阶减幅型由于基波功率损耗太大，一般不采用;二阶减幅型的基波损耗较小，且阻抗频率特性较好，结构也简单，故工程上用得最多;三阶减幅型的基波损耗更小，但特性不如二阶减幅型的，除了在一些大型工程上采用外，用得也不太多;C型滤波器是一种新型的高通型式，滤波特性介于二阶与三阶之间，其主要优点是由于C2与L对基波串联调谐，故电阻中基波损耗很小，但它对基频的失谐度(即电网频率偏差)及元件参数变化较敏感。 必须指出，工程上很少采用串联型式的滤波器，这是因为串联滤波器在运行中必须通过主电路的全部电流，并且需要对地全绝缘。此外串联滤波器在运行过程中要消耗部分基波无功，而并联滤波器可以输出基波无功，从而改善系统的功率因数。因此从技术经济上，运行维护上看，并联型式的滤波器有明显的优点，故工程上几乎全采用并联滤波方式。不过，在个别情况下也不排除使用串联滤波器的可能性。 7.4.2 滤波器装置设计概要 滤波装置设计的基本任务是，在确定的系统和谐波负荷的条件下，以最少的 19 投资达到母线电压谐波畸变率和注入系统的各次谐波电流符合规定 指标，满足无功补偿容量和电压调整的要求，并保证装置安全可靠和经济运行。装置设计大体上经下列步骤: (1)原始资料的收集 设计所需的资料包括: ?系统主接线及设备(主变压器、线路、限流电抗器等)参数; ?电网运行参数(电压、频率的变化，电压不平衡度等); ?系统最大与最小短路容量; ?负荷特性(负荷的性质、大小、谐波阻抗等); ?谐波源的特性(谐波次数、谐波量和波动性能); ?系统“背景”谐波水平; ?无功补偿的要求; ?要达到的谐波指标; ?滤波器主设备(电容器、电抗器和电阻器)的参数误差和过载能力(即校验指标)。 必须指出，系统的谐波阻抗是滤波器设计的重要依据，目前一般用短路电抗乘谐波次数求得，这种方法对于直接于110kV及以上系统的滤波器是不能用的。谐波阻抗的较准确的确定需要用网络的分析计算，也有用专门仪器测量和试验获得的。国外也有些经验数据，这里就不作进一步介绍了。 (2)滤波装置方案的确定 滤波装置的方案主要指滤波器回路结构及用什么方式满足无功补偿的要求。对于幅值较大的低次特征谐波，一般需装设单调谐滤波器。例如 六脉动整流负荷可以设5次、7次、11次等单调谐滤波器。为了滤去更高次的谐波，可以设一组高通滤波器，其截止频次h0可以取12。对于非特征的3次谐波是否设滤波器，应根据电网3次谐波电压和负荷3次谐波电流大小，以及滤波装置和系统是否有3次谐波并联谐振点等来决定。对于电弧炉负荷，由于产生连续次数的特征谐波(2，3，4，?)，一般需要从2次滤波器开始设单调谐滤波器。 (3)滤波装置参数的初步选择 为了初步确定各单调谐滤波器的参数，可以采用如下假定: ?负荷的谐波电流Ih不放大且全部流入相应的滤波器。 20 ?滤波器处于全谐振状态，即呈纯电阻性。 ?滤波器中仅通过基波电流和本次(即所滤的次数)谐波电流。 在上列假定下，根据电容器的三个校验条件，确定滤波电容器的额定参数。三个校验条件是: 1)电压应满足UC1?UCh?1.1UCN 222)电流应满足IC1?ICh?1.3ICN 3)容量应满足QC1?QCh?1.35QCN 高通滤波器除了通过基波电流外，还通过其通频带范围内若干次的谐波电流，同样根据上述校验条件初步选定额定参数。滤波电容器参数确定之后，相应的滤波电抗器和电阻器的参数就很易确定。具体计算时需利用滤波器性能表达式作些推导。滤波器最终的参数一般由专门计算程序分析后确定，这里就不进一步介绍了。 (4)滤波装置的保护 滤波装置参数基本确定后，针对不同异常情况(例如某一滤波器停用，电网频率异常降低，系统的特殊运行方式等等)进行分析，为继电保护、自动装置上特殊考虑或现场安全运行规定提供依据。滤波装置的继电保护基本上和普通并联电容器的保护相同，考虑到可能发生谐波放大或谐振的特点，相应增加了有关的保护和自动装置。滤波电容器组应有放电装置或设内放电电阻，以保证检修安全。 滤波装置常用的保护方式有: ? 单台电容器熔丝保护(有内熔丝和外熔丝两种型式); ?电容器组内部故障保护(包括开口三角电压保护、单相电压差动保护、双星形中性点不平衡电流或电压保护和单相桥式差动电流保护等)。 ?过电压保护; ?欠电压保护; ?过电流保护; ?电流速断保护; ?低频保护(防止低频下发生谐波谐振的危害); ?联切装置(防止某些滤波器切除后发生谐波谐振)。 后两种保护是滤波装置特有的，一般通过分析或试验后采用(不一定都用)。 21 滤波器在投切过程中，若断路器发生重燃，则会产生较高的过电压，现场实测到相对地过电压高达5倍，电容器极间过电压达2.5倍。为了保证滤波器的安全，应视滤波器容量和操作的频度选择合适型号的断路器， 并采用氧化锌避雷器或阻容吸收装置限制操作过电压。根据国际电工委员会(IEC)有关标准规定，应选用不重燃的断路器或经过试验，切电容器组时不易重燃的断路器。目前真空断路器和六氟化硫(SF6)断路器应用较广泛。 7.5 优质电力园区的基本概念 优质电力园区是一种包含“用户至上”经营理念的新型电力技术，通过监测园区电网的电能质量，区分用户的不同电能质量需求;通过对电网进行合理规划、改造和安装SSTS、DVR、DSTATCOM和APF等电能质量治理设备多种方法，为用户提供基本服务、附加服务和优质服务等不同等级的电能质量服务水平。用户可根据自身的需要选择不同的服务等级。 优质电力园区的基本配置方案可分为三种: (1)集中式PPP系统 电力用户分组后集中地由当地配电系统来控制。所有电能质量治理设备(PQDs)都装在一处，园区内部形成不同的电能质量等级通过馈线进行分配。 (2)分布式PPP系统 在这个方案里，电能质量设备(PQDs)从系统移至园中并安装在使用地点，根据用户的具体需求在用户侧安装并联和串联设备。 (3)集中分布混合式PPP系统 它从电网和用户两方面同时进行电能质量的治理，通过供电企业与用户的协调配合，实现高可靠性、高电能质量且投资少，调度管理灵活的电力供应。 随着定制电力技术研究的不断深入以及相关产品的推广应用，国内已经积极开展优质电力园区建设模式的研究与探索。 由供电部门联合企业用户，共同寻求治理现代电能质量问题和提高供电可靠性是未来的发展趋势。在高科技产业园区实现优质电力园区建设是解决园区电能质量问题的必由之路。 22 8 电能质量技术监督 (1) 健全监管体系(公司内部各部门的分工协作;电网各级公司间的对口管理) (2)完善标准体系(电力法?国家标准?行业标准、地方标准?企业标准;相关产品的制造、技术和运行规范;将电能质量渗透到电力规划、设计、运行和管理的规范中)。 (3)提高电能质量的运行监督水平，逐步做到对电能质量指标的实时、全面检测。 (4)积极推广新技术、不断改善电网，提高电能质量。 (5)加强培训、开展相关的科研活动。 23