淄博齐林10kV煤矿谐波治理方案.docx
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淄博齐林10kV煤矿谐波治理方案
煤矿
10kV谐波治理及无功补偿
技术方案
山东齐林电科电力设备制造有限公司
2011年5月11日
设备技术性能的详细描述
山东齐林电科电力设备制造有限公司是专业从事电力系统谐波治理及无功补偿的高新技术研发企业，是进行滤波成套设计和制造的专业厂家。
在滤波器设计制造方面有着丰富的设计、运行经验。
公司滤波成套装置涵盖了0.4kV～110kV所有系列。
产品运行业绩涉及电力、煤碳、铁路、化工、铝镁、钢铁等领域，至今运行良好，滤波效果满足国家标准，得到用户的好评、赢得了良好的信誉。
针对XXX煤矿有限公司10kV专线上负荷仿真计算出滤波补偿容量。
高压动态滤波成套装置MSVC10-5400/2400-L共1套，安装容量为5400kvar，分H5、H7、H11三个支路及MCR支路。
每个滤波支路装置采用单星形接线结构，开口三角电压保护方式。
每相电容器并接一台带双二次绕组的10kV干式全密封放电线圈。
电容器组采用模块化结构，单台电容器采用双套管卧式安装，容量组合灵活，维护、更换方便；框架及围栏采用喷塑扣装式结构，先镀锌，后喷塑，防腐效果好；装置配无级调感式干式空心滤波电抗器，接于电源侧，三相平装；氧化锌避雷器采用三避雷器接线方式，安置于电抗器和电容器与地之间；整套装置结构紧凑而稳定，安装简单，维护方便。
目录
1.矿井变电所状况3
2.设计依据4
2.1环境条件4
2.3引用标准5
3.考核的技术指标6
3.1平均功率因数要求6
3.2闪变要求6
3.3谐波电压要求6
3.4谐波电流要求6
4.MSVC设计计算书7
4.1MSVC计算原理图7
4.2MSVC设计原则8
4.3设备参数的计算确定8
4.3.1设备参数计算8
4.3.2无功补偿效果校核9
4.3.3滤波器与系统并联谐振的校核9
4.3.4滤波效果仿真9
5.MSVC系统配置及技术性能10
5.1系统基本配置10
5.2MSVC装置的最大输出：
3568kvar10
5.3MSVC装置的最大输出时的损耗：
不大于1.5%10
5.4响应时间：
≤0.06s10
5.5滤波器的技术参数10
5.6滤波器主要元件技术参数10
5.6.1滤波电容器10
5.6.2滤波电抗器11
5.6.3放电线圈12
6.MSVC的控制及保护12
6.1控制12
6.2保护13
7.谐波的监控13
8.装置的交接点13
9.供货设备清单13
10.技术资料及服务14
10.1技术资料14
10.2服务14
附录一接线原理图16
1.矿井变电所状况
1.1电源状况：
矿井35kV变电所，由110kV变电站和110kV变电所分别引入一回路35kV电源，35kV侧采用单母线分段接线，主变压器采用两台容量为12500kVA三相油浸式风冷有载调压降压变压器，两台变压器同时工作，分列运行。
10kV侧为单母线分段接线，分列运行。
1.2额定电压：
10kV
1.3最高工作电压：
12kV
1.4主变参数：
SFZ10-12500/35；35±3×2.5％/10.5kV；
YN,d11;Ud=8.0%，两台
1.5主接线方式：
单母线分段。
1.635kV变电所10kV侧最大短路容量：
102.31MVA；最小短路容量：
54.16MVA。
1.6矿井（含选煤厂）计算估算值：
有功功率：
10421.21kW；无功功率：
7867.78kvar
2.设计依据
主井提升机选用一台电压10kV，功率1120kW电动机，电动机为直流电动机，电控系统采用12脉动晶闸管整流技术，电动机启动时功率因数约0.1～0.2，正常工作时功率因数约0.75。
副井提升机选用一台电压10kV，功率1250kW电动机，电动机为直流电动机，电控系统采用12脉动晶闸管整流技术，电动机启动时功率因数约0.1～0.2，正常工作时功率因数约0.75。
井下设备负荷，井下工作设备容量约9755.77kW，有功计算功率约7236.05kW，自然功率因数约0.792，井下电动机以交流异步电动机为主，单台电机最大容量2240kW。
通风机，选用电压10kV，功率2×315kW对旋交流异步电机，自然功率约0.85左右。
压风机，4台，其中三台工作，一台备用。
选用电压10kV，功率250kW交流异步电机，自然功率因数约为0.8左右。
地面其他负荷，设备容量约2762.49kW，有功功率约1739.97kW，自然功率因数约0.72。
选煤厂，计算负荷约1138.54kW，选煤厂采用低压就地无功补偿后，功率因数大于0.9，按0.9计算无功功率。
考虑存在少量5、7次谐波。
2.1环境条件
2.1环境条件
2.1.1安装场所：
户内
2.1.2海拔高度：
≤1000m
2.1.3环境温度：
上限+40℃，下限-15℃（户内）
2.1.4相对湿度：
不大于85%；
2.1.5地震烈度不超过8度；
2.1.6没有火灾、爆炸危险、严重污秽、化学腐蚀及剧烈震动的场所。
2.2系统条件
2.2.1系统额定电压：
10.5kV
2.2.2系统最高运行电压：
12kV
2.2.3额定频率：
50HZ
2.2.4中性点连接方式：
中性点经消弧线圈接地
2.2.5供电系统图见附图
2.2.6磁控电抗器房间尺寸（长×宽×高mm）：
7200×7000×6500
2.2.7无功补偿装置室尺寸（长×宽×高mm）：
15000×7000×5000
2.3引用标准
GB3983.2高压并联电容器
GB50227并联电容器装置设计技术规范
DL462高压并联电容器用串联电抗器订货技术条件
GB5316串联电抗器
GB11032交流无间隙氧化锌避雷器
DL442高压并联电容器单台保护熔断器的订货条件
GB5583互感器局部放电测量
GB1094.1电力变压器第一部分总则（eqvIEC76-1）
GB1094.2电力变压器第二部分温升（eqvIEC76-2）
GB1094.3电力变压器第三部分绝缘水平与绝缘试验（eqvIEC76-3）
GB1094.5电力变压器第五部分承受短路的能力（eqvIEC76-5）
GB/T6451三相油浸式电力变压器技术参数和要求
GB/T7328变压器和电抗器的声级测定
GB/T10229电抗器
GB/T10237外绝缘空气间隙
JB/T3837变压器类产品型号编制办法
3.考核的技术指标
3.1平均功率因数要求
10kV母线的月平均功率因数：
cosφ≥0.95，不过补
3.2闪变要求
满足国家标准GB12326-2000《电能质量电压允许波动和闪变》的要求：
10kV电压波动：
△U≦2%
闪变：
Pst=0.9，Plt=0.7
110kV电压波动：
△U≦1.0%
闪变：
Pst=0.8，Plt=0.6
3.3谐波电压要求
按国标GB/T14549-93的规定，供电系统各电压等级下允许的电压畸变率如表一所示。
表二：
GB/T14549－93所规定的电压畸变率限值
电网标称电压
kV
电压总谐波畸变率
%
各次谐波电压含有率，%
奇次
偶次
10
4.0
3.2
1.6
110
2.0
1.6
0.8
3.4谐波电流要求
按GB/T14549-93的要求，当考核点在10kV母线时，注入考核点10kV母线的各次谐波电流允许值在基准短路容量为100MVA时如表三所示。
表三：
基准短路容量为100MVA，注入35kV母线各次谐波电流允许值
次数
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
电流（A）
26
20
13
20
8.5
15
6.4
6.8
5.1
9.3
4.3
7.9
次数
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
电流（A）
3.7
4.1
3.2
6.0
2.8
5.4
2.6
2.9
2.3
4.5
2.1
4.1
由于10kV母线的最小短路容量为54MVA，与国标中的基准容量不一致，因此表三中的谐波电流允许值还需要按国标GB/T14549-93附录B给定的方法进行换算，换算公式如下：
SK1
（1）
SK2
式中：
SK1-----公共连接点（考核点）的最小短路容量，MVA；
SK2-----基准短路容量，MVA；
Ihp------表二中第h次谐波电流允许值，A；
Ih--------短路容量为SK1为时的第h次谐波电流允许值
按国标附录C的规定，公共连接点处第i个用户的第h次谐波电流允许值还需用户用电协议容量和公共连接点供电设备容量进行换算，换算公式如下：
Ihi=Ih（Si/St）α
（2）
式中：
Ih-----按式
（1）换算的h次谐波电流允许值，A；
Si-----第i个用户的用电协议容量，MVA；
St-----公共连接点的供电设备容量，MVA；
α-----相位叠加系数，按表三取值
表四：
相位叠加系数的取值：
h
3
5
7
11
13
9，＞13
α
1.1
1.2
1.4
1.8
1.9
2.0
按式
（1）及式
（2）换算的允许注入10kV考核点的谐波电流允许值见表五
表五：
注入10kV母线的各次谐波电流限值
次数
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
电流（A）
14
10
9.4
10.6
6.1
8.9
6.4
次数
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
电流（A）
4.MSVC设计计算书
4.1MSVC计算原理图
图2:
MSVC计算原理图
4.2MSVC设计原则
（1）设计的MSVC兼具吸收谐波及无功补偿的双重作用；
（2）MSVC投入后保证PCC点的各项谐波指标满足技术要求；
（3）仿真计算MSVC投入后不与系统发生并联谐振，即在各种运行方式下谐振点不在整数次谐波频率下；
（4）进行MSVC过电流、过电压安全性能的校核；
（5）以最经济的投资来实现本项目MSVC的技术、安全指标；
（6）MSVC装置充分考虑负荷变动，根据实际需要通过MCR部分输出感性无功，保证功率因数满足规定的要求。
4.3设备参数的计算确定
4.3.1设备参数计算
根据表一所列的谐波电流发生量以及高次谐波含量较高的特点（3次和5次谐波超标），本方案设H3、H5两个单调谐支路滤波器和MCR支路。
各滤波器支路基波容量的分配要综合考虑谐波滤波效果、安装容量大小和安全性指标，采取最优化配置。
在各滤波器支路基波容量和谐波源谐波电流确定的前提下，要计算滤波器其它参数，首先必须确定滤波电容器的额定电压。
滤波电容器的额定电压受以下几方面的影响：
（1）基波电流加在电容器两端的基波电压；
（2）谐波电流加在电容器两端的谐波电压；
（3）串联电抗器后电容器两端电压的升高；
（4）电压波动使电容器两端电压的升高。
需考虑以上四个因素计算出各滤波器支路电容器额定电压，从而确定出各滤波支路的安装容量及电容器连接方式。
经过计算机专用程序的优化仿真设计，确定滤波器组的支路设置及容量分配见表六。
表六：
各滤波支路电容器滤波支路容量分配表
序号
调谐次数
滤波器类型
安装容量kvar
1
5：
2400
单调谐
5400
2
7：
1800
单调谐
3
11：
1200
单调谐
4.3.2无功补偿效果校核
MSVC投入后，总的基波容量为3568kvar，能够输出容性无功从1168~3568kvar。
可以使10kV母线功率因数≥0.95。
4.3.3滤波器与系统并联谐振的校核
经计算机仿真程序进行校核，在各种运行方式下滤波器与系统的并联谐振点都已偏离整数次谐波频率，投入滤波器后不会产生危险的谐波放大现象。
4.3.4滤波效果仿真
图4:
治理前，电流波形图图5:
治理后，电流波形图
图6:
治理前，电压波形图图7:
治理后，电压波形图
5.MSVC系统配置及技术性能
5.1系统基本配置
滤波补偿系统由滤波补偿系统控制及保护装置、磁阀式可控电抗器及滤波器组成，其中滤波器由H5、H7、H11次无源滤波器组成。
：
5.2MSVC装置的最大输出：
3568kvar
5.3MSVC装置的最大输出时的损耗：
不大于1.5%
5.4响应时间：
≤0.06s
5.5滤波器的技术参数
安装容量：
5400kvar
基波容量：
3568kvar
系统电压：
10kV
总损耗：
不大于0.5%
5.6滤波器主要元件技术参数
5.6.1滤波电容器
（1）型号：
AAM10
（2）系统额定电压：
10kV
（3）额定频率:
50Hz
（4）电容器组接线方式：
单星形
（5）电容偏差：
电容器允许的电容偏差为装置额定电容的-3～＋3％
（6）工频稳态过电压能力
工频过电压
最大持续运行时间
1.1Un
长期
1.15Un
每24h中有30min连续
1.2Un
5min
1.30Un
1min
（7）稳态过电流能力:
电容器组成套装置能在方均根值不超过1.1×1.30IN的电流下连续运行。
该电流系由1.1UN、电容值偏差及高次谐波综合作用的结果。
（8）介质损耗角正切值（tgδ）：
电容器在0.9~1.1倍工频交流额定电压下，20℃时介质损耗角正切值不大于0.0003。
（9）电介质的电气强度
电容器端子间的电介质能承受下列两种实验电压之一，历时10s：
工频交流电压：
2.15Un。
直流电压：
4.3Un。
（10）绝缘水平
电容器端子与外壳间的绝缘水平，能承受下列耐受电压值：
短时工频耐受电压（1min）42kV
雷电冲击耐受电压（1.2/50μs峰值）75kV
（11）芯子最热点温度的要求：
电容器芯子最热点的温度不高于60℃。
（12）耐受爆破能量：
电容器外壳能承受大于15kJ的爆破能量。
（13）密封性能：
电容器的密封性能，足以保证在其各个部分均达到电介质允许的最高运行温度后，至少经历48h而不出现渗漏。
（14）引出端子及套管的要求：
电容器引出端子及套管能承受900N的水平张力。
（15）最大允许容量：
在计入稳态过电压、稳态过电流和电容正偏差等各因素的作用下，电容器总的容量不超过l.35倍电容器组额定容量。
（16）电容器采用全膜介质结构。
浸渍剂采用苄基甲苯，适合在高源及低温条件下正常运行。
5.6.2滤波电抗器
（1）型号：
LKDGKL-10
（2）额定电压：
10kV
（3）绝缘水平为：
工频耐压42kV，冲击耐压75kV
（4）电感调节范围:
以额定电感为基准，电感调节范围-5%～+5%
（5）电感偏差:
三相电抗器每相电感不超过三相平均值的±2%
（6）长期最大工作电流：
工频电流及流入滤波支路的谐波电流的方均根值。
（7）热稳定性能：
干式空心滤波电抗器能承受25倍额定电流的最大短时电流的作用，作用时间2秒而不产生任何热的损伤。
（8）动稳定性能：
电抗器应能承受2.55倍于额定热稳定电流的最大短时电流作用，而不产生任何机械损伤。
（9）干式空心滤波电抗器绝缘耐热等级：
F级
（10）温升：
≤75K
（11）稳态过电压：
电抗器能在工频加谐波电压下连续运行。
（12）稳态过电流：
电抗器在工频电流加滤波谐波电流的最高工作电流下连续运行。
（13）结构：
干式、空心、风道自冷结构，三相平装。
5.6.3放电线圈
（1）型号：
FDDC－10
（2）额定放电容量：
1.7Mvar
（3）额定一次电压：
10kV
（4）额定二次电压：
100V100/√3V
（5）额定二次输出及准确级：
100VA/1级，50VA/1级
（6）绝缘水平：
工频耐压42kV，冲击耐压75kV
（7）结构：
干式放电线圈，带双二次绕组结构。
（8）放电特性：
当放电线圈所并接的电容器组容量不超过其额定放电容量时，放电线圈应能使电容器组上的残压在断电5s时间内，自额定电压的峰值降至50V以下。
6.MSVC的控制及保护
6.1控制
利用2台六氟化硫（或真空）开关柜分别控制两个滤波器支路及MCR的投切，六氟化硫（或真空）断路器（要求断开容性电流大于400A以上）。
另外为方便现场检修，每个支路还需单独设置一支路进线柜，内含隔离开关、三相电流互感器、三相避雷器等。
滤波器各支路的投切按照从低次到高次投入的顺序操作，切除采用从高次到低次依次切除的顺序进行，同时，各支路与上级开关柜之间进行闭锁，满足“五防”要求。
6.2保护
滤波装置成套具有如下保护功能（微机保护）：
（1）过电压保护（信号取自PT柜内电压互感器）
（2）低电压保护（信号取自PT柜内电压互感器）
（3）过流、速断保护（信号取自滤波装置开关柜内电流互感器）
滤波装置各支路具有如下保护功能（微机保护）：
（1）过流、速断保护（信号取自各滤波支路进线柜内电流互感器）
（2）谐波保护（信号取自各滤波支路进线柜内电流互感器）
（3）开口三角不平衡电压保护（信号取自各滤波支路放电线圈）
注：
开关柜（含保护装置）及一、二次连接电缆由用户自备，我方只提供保护信号。
7.谐波的监控
我方配套安装电能质量监控模块，可实现时监控PCC点的各项谐波参数以及电流、电压、功率因数、有功功率，无功功率等各项电能参数。
8.装置的交接点
SVC装置的交接点如下：
一次部分的交接点为支路进线柜隔离开关进线端。
二次部分的交接点为支路进线柜内的二次端子排。
9.供货设备清单
表八：
供货设备清单共2套
每套包括：
滤
波
器
部
分
名称
型号规格
数量
备注
滤波电容器
AAM10
配套
含备品2台
滤波电抗器
LKDGKL-10
1组
LKDGKL-10
1组
LKDGKL-10
1组
放电线圈
FDDC-10
9台
电容器支架
3套
围栏
1套
附件
含连接母线、支柱绝缘子等
配套
支
路
进
线
柜
隔离开关
GN24-10
1台
3面
电流互感器
LAJ-10Q
3台
避雷器
HY5WR
3支
带电显示器
GSN-10
1台
柜体
1面
附件
一次、二次线及表计
1套
附件
灯、表计按钮、母排等
配套
保
护
屏
微机保护单元
电容器保护
3台
1面
微机保护单元
谐波保护
3台
10.技术资料及服务
10.1技术资料
（1）委托土建的参考资料（含安装基础、设备荷载，发热量，外形尺寸）合同生效后10个工作日交付。
（2）其它技术资料（包括详细的原理图、二次接线图、布置图、安装框架附图，保护整定计算等）签定合同后15个工作日交付。
（3）交付设备时，随设备同时提交设备出厂试验项目及报告、所有配套元器件的合格证、装箱清单、安装使用说明书。
10.2服务
（1）装置投运前我公司可免费对电网背景谐波及各电弧炉实际谐波发生量进行全面测试以供设计及验收对比所需。
（2）设备安装期间，我公司派有经验技术人员指导安装，保证工程质量。
（3）设备安装完毕后，我公司可派有有经验的技术人员和测试人员，对滤波器进行精密调试，保证滤波效果。
（4）设备投运后，我公司派员进行全面测试，并出详细数据和测试报告，供贵厂验收设备的滤波效果。
（5）对于设备的操作、维护以及检修，我公司可对贵方的操作人员免费培训，并欢迎到我厂学习考察。
（6）产品质保期为设备投运后12个月或合同设备达到指定交货地点18个月，质保期以先到为准。
一旦出现质量问题，我方保证在24小时之内派员到达现场。
附录一接线原理图
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