一、項目概況
鄭州惠美石墨有限公司主要生產石墨電極和石油焦，共有6座石墨化爐。一臺20000KVA整流變壓器，一次電壓35KV，直流側電壓60-190V，電流330/43350*4，等效相數十二脈波，整流方式為反雙星同相逆并聯，負載為石墨化爐，對石墨焦炭的原材料進行加工，一爐工作時間約為40小時，三相平衡，負荷平穩。功率因數較高，約為：0.91~0.94，其中5、7、11次諧波較大。一次電流最大為380A，有功功率約為21500KW。此項目主要以濾波為主，在保證不過補的情況下最大限度的濾除諧波。
二、 現場測量的系統諧波情況：
數據一
表1 半載運行系統參數【2010-06-07】
相電壓 U1 20.47KV 相電流 I1 255.65A
U2 20.30KV I2 255.62A
U3 20.57KV I3 255.61A
相
有功 P1 4.91MKW 視在功率 P1 5.23MVA
P2 4.86MKW P2 5.19MVA
P3 4.92MKW P3 5.26MVA
總有功 14.69MKW 總功率 15.68MVA
相無功 Q1 1.81MKVAR 相功率因數 PF1 0.9381
Q2 1.82MKVAR PF 2 0.9367
Q3 1.85MKVAR PF 3 0.9370
總無功 5.48MMKVAR 平均功率因數 0.9370
表2 半載運行系統電流諧波【2010-06-07】
諧波次數 電流（A） 諧波次數 電流（A）
1 252.72 11 12.38
2 5.09 12 0.13
3 0.71 13 7.13
4 3.52 14 0.99
5 28.74 15 0.24
6 0.09 16 0.72
7 17.77 17 4.09
8 2.62 18 0.10
9 0.33 19 2.49
10 1.55
數據二
表1 滿載運行系統參數【2010-06-08】
相電壓 U1 19.92 KV 相電流 I1 384.07
U2 19.78 KV I2 382.52
U3 20.00 KV I3 383.51
相
有功 P1 7.03 MKW 視在功率 P1 7.65MVA
P2 6.94 MKW P2 7.57 MVA
P3 7.05 MKW P3 7.67 MVA
總有功 21.01MKW 總功率 22.89MVA
相無功 Q1 3.03 MKVAR 相功率因數 PF1 0.9183
Q2 3.01 MKVAR PF 2 0.9175
Q3 3.03 MKVAR PF 3 0.9186
總無功 9.07MMKVAR 平均功率因數 0.9181
表2 滿載運行系統電流諧波【2010-06-08】
諧波次數 電流（A） 諧波次數 電流（A）
1 381.51 11 9.35
2 0.69 12 0.14
3 1.39 13 5.95
4 0.81 14 0.15
5 44.01 15 0.33
6 0.39 16 0.12
7 27.58 17 3.37
8 0.26 18 0.07
9 0.71 19 3.19
10 0.2
三、濾波方案設計：
針對該系統具備典型的6脈沖整流的諧波特點，根據檢測數據，系統電流諧波中5次、7次、11次、13次、17次、19次諧波較大，其中5次、7次超標嚴重，但系統本身負載平穩、穩定，諧波狀態比較穩定，加之為高壓側諧波治理，因此方案采用無源濾波方式，相比于有源濾波方式，一方面能夠大大降低濾波成本、簡化系統設計復雜度，另一方面無源濾波在該工況的應用其效果完全可以體現，通過參數優化，保證器件的加工工藝，專業的安裝調試，本方案設計的無源濾波系統在應用中能夠完全滿足需要。本方案采用無源濾波設計，濾波支路設計為5次單調諧濾波支路，7次單調諧濾波支路及11次高通濾波支路，通過5/7次單調諧濾波支路將系統中的5、7次諧波降到合理水平，11次及其以上諧波由高通濾波支路加以濾除。
為了避免濾波裝置無功過補，高壓無功補償控制器針對現場負載容量
的變化先投切5次單調諧濾波支路，再投切7次單調諧濾波支路，最后投切11次高通濾波支路，以保證濾波效果以及無功不會對上游電力系統反送。濾波裝置自動投切控制器具有以下特點：
在線測量I、V，并計算COSφ。可根據濾波裝置運行操作的特點、系統設計的要求、實際運行經驗設置投切條件。根據無功需要量和電壓高低自動投切濾波器。異常報警閉鎖出口：當繼保動作、開關拒動或裝置失電時，發出聲光報警，顯示故障部位并閉鎖出口。
自動、手動切換。當手動操作時，控制器自動閉鎖退出控制。
自動發出控制指令前，首先探詢動作后的預期參數，以減少動作次數和動作
延時，動作間隔時間可調，功率因數控制值可調。
四、補償容量設計
無源濾波器的電容器安裝容量不僅決定系統的功率因數，同時也影響濾波裝置的濾波效果。如果將系統的功率因數從目前的0.91補償到0.97，由公式可知需要的實際補償容量為 4500kvar，同時該補償容量在系統半載情況下亦不會過補。根據單調諧及高通濾波支路的電容電壓校驗標準可知，該裝置的電容器額定電壓不小于26KV，由此可知電容器的實際安裝容量為9000kvar。
根據濾波支路電容器最小安裝容量校驗公式校驗，分配的容量不能小于下式確定的容量：
Qc,min=2UsIh/[(1-λ)K2]
其中Ih為諧波電流，Us為電網電壓，λ為電抗率，K為電流過載倍數，此處取值為1.0。
系統的基波電流約為：381.51A，5次諧波電流值為44.01A，7次諧波電流值為27.58A，11次諧波電流值為9.35A，13次諧波電流值為5.95A。
由此以上數據及高壓濾波裝置設計原則可知，5次支路、7次支路及11次支路電容器的安裝容量分別為：4800KVAR，3000KVAR及1200KVAR。
根據電容器的實際安裝容量及濾波器設計諧振頻率，電容器、電抗器及電阻器的關鍵參數如下：其中電抗器采用空心濾波串聯電抗器，電抗器率±5%可調，濾波支路具體工作頻率點，現場調試。
五、附現場照片
