港口無功、諧波測試分析和治理工作技術分析

韓 冬

（國網山東省電力公司 東營供電公司，山東 東營 257000）

1 港口配電所基本情況說明

東營港口配電所電力來源由所在地110kV 變電站10kV 兩條回路提供，由變電所到岸邊計量柜為10km 架空母線，岸邊計量柜用作供電公司計量專用。由岸邊計量柜到港口配電所為10km 高壓電纜。港口配電所電力系統配置分為I、II 段10kV 母線供電。其中I 段母線負載為四臺門機設備；其中三臺裝機容量為650kW，一臺裝機容量為750kW；II 段母線負載為兩臺門機設備和一臺生活變；其中兩臺門機裝機容量分別為650kW，一臺生活變為SCB10-800 型800kVA 變壓器，此變壓器用于港口上生活照明低壓系統供電。每臺門機均由港口配電所10kV 直接供電。每臺門機上配有上述容量的變壓器，將10kV變為0.4kV 供給整套門機內設備用電。

2 現場測試情況及數據統計

2.1 測試現場基本情況

因II 段母線上的兩臺門機還未安裝完畢，負載只有一臺800kVA生活變；僅對I 段母線進行了測試，測試位置（電流、電壓信號取樣）為I 段母線進線柜，負載運行情況為：啟動三臺門機，其中兩臺門機帶載運行，通過抓斗抓貨物進行上下提升作業，一臺因沒有抓斗空載運行；通過對現場人員的了解此種運行方式以基本接近此港口正常工作時狀態。

2.2 測試相關數據及分析

1）電壓、電流、有功功率、視在功率、功率因數測試數據分析：從檢測相關數據可以看出一段母線的電流、有功功率、視在功率、功率因數的幅值和頻率都變化非常快，電流最大值為：26.5A，最小值為：3.1A；有功功率最大值為：0.472MW，最小值為：－0.239MW；視在功率最大值為：0.510MW，最小值為：0.038MW；功率因數最大值為：0.925，最小值為：－0.578；另外從岸邊計量柜計量表觀測到功率因數的0.75～0.99 之間波動；（由于岸邊進線柜取不出電壓、電流信號故沒有測試出此處的相關數據）。

另從PT 柜觀測到一段空載時電壓為A 相：10.53KV B 相：10.52KV C 相：10.57KV 在帶三臺門機運 行時電壓 為A 相：10.27KV B 相：10.27KV C 相：10.17KV 并沒有太大的壓降，電壓一直比較穩定，沒有多大波動。

2）電壓、電流波形及諧波測試數據：分析：從檢測相關數據可以看出總電壓諧波畸變率為：6.7%，其主要成分為5、7 次諧波。5 次諧波為：3.2%；5 次諧波為3.57%。門機設備上使用的變頻器設備比較多，因此可以看出諧波污染情況比較嚴重。

3 解決方案分析

通常情況下港口門機供電方式為由一臺容量較大的變壓器將10kV 變為0.4kV，變壓器安裝在港口配電所內，再由低壓電纜供電統一向各臺門機供電。而東營港口設計為每臺門機上都安裝有一臺變壓器，港口配電所向每臺門機送10kV 高壓，由各臺門機上的變壓器降壓后向本臺門機供電。此種方式因在每臺門機變壓器選擇上都預留有余量，因每臺門機都留有余量，并且所有門機也不會同時工作，但每臺門機變壓器都是要長期供電的，這樣就造成了總的供電裕量很大，無功消耗也很大。

由于門機工作在不同的工作方式下，有時需要提升，有時需要釋放，有時需要旋轉移動，這就造成了負載變化非常頻繁，相應的無功，有功，電流，功率因數有快速的較大的變化，所以在系統的補償反應速度上必須滿足要求。

門機設備使用的變頻器比較多，產生諧波比較嚴重，在做補償設備時要求進行諧波的重點考慮。盡量能吸收部分諧波，并避免系統的諧振和自身諧波的放大。

3.1 解決方案

對于本系統的實際工況和配電情況，在10kV 側作改造是不適用的，在如此快的負載變化過程中，比較經濟的10kV 補償裝置是無法到達的。

此外從岸邊計量柜到港口配電所的電力輸送為10kM 高壓電纜完成，高壓電纜充電功率比較大，對10kV 線路已經做了很大的補償。電網空載電壓比較高，電壓比較穩定，如果在10kV 側做無功補償將會大大抬高系統電壓，特別是負荷較低的情況下，對整個系統上所有設備的絕緣是一個破壞，特別是電纜。（根據實際現在了解，系統的保護措施是比較弱的。）

根據實測情況，系統中門機大多時間在中低功率容量運行。從每個月的實際用電量和此次測試的運行電流最大值（26.5A）來看，門機變壓器的裝機容量顯然有大量剩余，負載率非常低。變壓器所要消耗的無功功率非常之大。為了達到最好解決方案，建議在每臺門機變壓器低壓側做無功補償改造。

3.2 具體方案要求

1）在門機的低壓變壓器側作無功補償改造，根據現場情況提出具體的改造方案，補償設備要經過特殊設計安裝在門機上。

2）考慮到諧波的因素，補償裝置必須可以抑制3 次以上諧波。

3）系統使用低壓模塊式混合型快速去諧補償裝置，基本的低壓變壓器的空載無功損耗由一般的投切補償完成，負載快速變化部分由快速晶閘管投切完成。

4）結構方案可以參考選用某品牌的LM 系列低壓模塊式無功功率去諧補償裝置，完成本項目的改造。

3.3 采用方案設備配置說明

1）型號說明

圖1

2）LM 系列低壓模塊式無功功率去諧補償裝置簡介

LM 系列低壓模塊式無功功率去諧補償裝置廣泛應用于機械制造，冶金，煤礦、石油化工、輕工、建材、鐵道、公路交通、軍工、造船、建筑等低壓供配電系統中，要求動態無功補償且同時需要抑制諧波的工況場合。

LM 系列低壓模塊式無功功率去諧補償裝置引用先進核心PFC技術和核心元器件，并且采用優異的控制系統，設計成各種具有去諧功能、不同補償容量的模塊單元，用戶可根據電網、工礦定制組合成所需要的去諧補償容量。

LM 系列低壓模塊式無功功率去諧補償裝置包括：LMFC、LMFC（E）、LMTSC、LMTSC（M）系列，LM 各系列裝置在統一的設計平臺上，采用模塊式結構，規范設計，設計理念先進，結構合理。各系列具有統一的控制方案、技術規格，安裝尺寸，通用性能強。

3）LM 系列低壓模塊式無功功率去諧補償裝置技術特點

裝置在統一的設計平臺上，采用補償支路模塊式結構。模塊組合拼裝，擴展自如，可按照用戶需要組合出各種補償容量和投切方案。

各系列去諧補償模塊標準化設計，易于安裝，通用性強。

在單母線分段接線的配電系統中，兩組補償裝置分別工作在的兩段母線上，兩組補償裝置可實現耦合控制。

可記錄每個支路投切次數和工作時間。可以顯示故障支路，并且在不影響系統運行下屏蔽故障支路。

實時監測顯示進線側V、I、P、Q、COSΦ 及THD-V、THD-I 和高達19 次電網諧波分量。

裝置可以符合各類低壓配電柜尺寸，可與各類型柜體并柜安裝。結構緊湊，單柜容量較傳統的固定式安裝增加近一倍。

裝置使用安全，檢修方便，散熱合理，壽命長。

4 取得成效

歷經兩個月的技術改造，2013年12月16日東營港口配電所及港口門機等設備上的低壓模塊式無功功率去諧補償裝置安裝完畢。經過1、2月份設備運行和電量電費情況分析，確定東營港口用電設備功率因數偏低、諧波污染嚴重情況，已治理完畢。

首先我們利用電能質量測試儀現場測試，發現了港口用電設備功率因數偏低、諧波污染嚴重情況，然后通過技術改造，在低壓側加裝低壓模塊式無功功率去諧補償裝置，從而達到提升負載的功率因數目的，最有效地提高了電能利用率。一是提高用電質量，減少電力線路的電壓損失，改善設備運行條件，可保證設備在正常條件下工作，有利于安全生產。二是節約電能，降低生產成本，減少企業的電費開支。例如：當cos?=0.5 時的損耗是cos?=1 時的4 倍。三是減少電網無功功率的輸入，降低系統的能耗，提高企業用電設備的利用率，充分發揮用電設備潛力，增長企業效益。四是有效減少線路功率損失和輸送同容量的有功電流，提高電網輸電效率。五是把諧波抑制在允許的安全范圍之內，提高計量裝置的正確性，確保繼電保護和自動裝置的快速性、準確性、靈敏性、安全性和可靠性。