秦皇岛地区两座220kV变电站的电铁谐波治理

作者：秦皇岛电力公司李学信，曲效荣

　　电力系统的谐波不是新问题，早在上世纪30年代输电线路上观察到畸变的电压和电流波形时，电力系统就认识到谐波的危害性，当时主要是指谐波对电话、电机、电容器的损坏。近年来随着电气化牵引机车、冶金、化工等大量非线性用电设备的增多以及大量家用电器的应用，这些设备产生的谐波进入电网，直接危害电力设备的安全和危及电网的稳定运行。因此谐波已成为一种“公害”，必需对谐波进行治理。
小营和徐庄220kV变电站，是秦皇岛地区两座重要的枢纽变电站，220kV主变容量总计为540MVA，供电能力占秦皇岛地区的60％，可见其重要程度。小营站110kV侧担负着向京铁和大铁两座牵引站供电的任务，徐庄站110kV侧向铁北牵引站供电，与此同时还要向许多厂矿供电。亚洲能源输出第一大港——秦皇岛港的煤炭，全部由电铁运输，电铁的运行给我地区电能质量带来严重的污染，铁道部门目前在电铁牵引站又未能采取有效的措施，把电铁谐波污染及时就地消除，致使谐波源源不断地注入电力系统，殃及电网。
秦皇岛电力公司和华北电力科学研究院共同对秦皇岛地区220kV变电站的谐波和负序进行了测试，小营和徐庄两座220kV变电站的110kV母线上谐波电压总畸变率达到2．4％～4．6％，已超过国家标准规定的一倍多。国家标准（GB／T14549－1993）《电能质量·公用电网谐波》规定，电压总畸变率要＜2％。同时3、5、7次谐波电流都已超过该标准规定的谐波电流允许值。根据实测结果和系统运行参数及设备技术参数，我们就电气化铁道牵引站投运前、后的谐波和负序对系统的影响进行了计算。在此基础上对治理方案的设计原则、系统计算、实测结果、经济和技术指标等进行了认真的分析和仿真计算，完成了无功补偿量的核算、谐波电流对变压器的影响及系统电压调节方案的模拟运行。经过多方面的校核，证明小营和徐庄两座变电站高次谐波滤波兼无功补偿装置的设计方案是可行的。该谐波治理方案独创点有三：一是在电力系统内，二是电压等级为220kV，三是在10kV电压等级侧治理110kV侧的谐波。

1　方案特点
1．1　方案特点一
　　依据电铁机车牵引负荷波动性大、具有间歇性和流动性的特点。治理机车牵引负荷时，要特别注意不能过量补偿基波无功，以免引起无功倒送而降低功率因数，治理方案要考虑滤波兼无功补偿两种作用，其装置投资要尽可能节省，为此，该治理方案的特点是在主变10kV电压等级侧安装滤波兼无功补偿装置，滤去高次谐波，补偿基波无功，从而达到治理110kV侧谐波的目的。
1．2　方案特点二
　　在电力系统内治理谐波源用户注入的谐波，这要考虑系统参数和阻抗变换的计算等问题。[FS:Page]
1．3　方案特点三
　　在220kV高电压等级的变电站开展谐波治理。
2　技术要求
2．1　滤波装置投入后，在110kV母线上的谐波电压以及注入系统的3、5、7、11次谐波电流均应小于国家标准（GB／T14549－1993）规定的允许值，而且在整个频率变化范围内均能满足上述要求。
2．2　滤波装置的基波无功输出应以系统所需无功补偿量为上限，轻负荷时及时切除低次滤波装置，以防止发生过补偿。
2．3　所设计的滤波装置与原有并联电容器组的并联谐振点，不应落在整数倍谐波频率上，与系统的并联谐振点，也不应落在整数倍谐波频率上。
2．4　滤波装置的额定参数应有一定裕度，保证滤波装置在过电压、过流、过负荷时安全运行。