濾波器技術(shù)規(guī)范的規(guī)定1適用范圍本規(guī)范適用于額定電壓0.38kV～35kV、額定頻率50Hz的交流電力系統(tǒng)中，所有新建、擴建、技改及檢修工程所采用的無源、有源及混合濾波器（以下統(tǒng)稱“濾波器”）。凡接入公共電網(wǎng)、用戶內(nèi)部中高壓配電網(wǎng)或直流輸電換流站的濾波裝置，其設(shè)計、制造、試驗、安裝、調(diào)試、運行、維護、報廢全過程必須嚴格執(zhí)行本規(guī)范。任何企業(yè)、事業(yè)單位、總承包方、設(shè)備制造商、第三方檢測機構(gòu)均須無條件遵守。2引用文件下列文件對于本規(guī)范的應(yīng)用必不可少。凡注日期的引用文件，僅該日期版本適用于本規(guī)范；凡不注日期的，其最新版本（含修改單）適用于本規(guī)范。GB/T145491993電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波GB/T243372009電能質(zhì)量公用電網(wǎng)間諧波GB/T155432008三相電壓不平衡GB/T123252008供電電壓偏差GB/T159452008電力系統(tǒng)頻率允許偏差GB/T17626.72017電磁兼容試驗和測量技術(shù)供電系統(tǒng)及所連設(shè)備諧波、間諧波測量儀器通用要求DL/T11932012高壓并聯(lián)電容器裝置使用技術(shù)條件IEC61921:2017電力電容器—低壓功率因數(shù)校正裝置IEC61000430:2021電磁兼容—電能質(zhì)量測量方法IEEEStd15312020用于電力系統(tǒng)的有源電力濾波器推薦規(guī)程國能發(fā)監(jiān)管〔2020〕45號國家電網(wǎng)公司電力設(shè)備交接試驗規(guī)程Q/GDW112532014電能質(zhì)量監(jiān)測終端技術(shù)規(guī)范Q/GDW112542014電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)主站技術(shù)規(guī)范3術(shù)語與定義3.1特征諧波：整流裝置、逆變裝置、變頻器、電弧爐等非線性負荷在理想對稱工況下產(chǎn)生的h=n·p±1次諧波，其中p為脈動數(shù)，n為正整數(shù)。3.2非特征諧波：因觸發(fā)不對稱、電網(wǎng)不平衡、器件老化等原因產(chǎn)生的非h=n·p±1次諧波。3.3THD_U：電壓總諧波畸變率，衡量點電壓諧波含量的標幺值。3.4THD_I：電流總諧波畸變率，衡量點電流諧波含量的標幺值。3.5濾波效率η_f：濾波器投入前后，特定次諧波電流幅值差值與投入前幅值之比，用百分數(shù)表示。3.6失諧度ε：實際運行頻率與濾波器調(diào)諧頻率的相對偏差，ε=|(f?f₀)/f₀|×100%。3.7品質(zhì)因數(shù)Q：濾波器在調(diào)諧頻率下的無功功率與有功功率之比，Q=X/R。3.8熱穩(wěn)定電流I_th：濾波器電抗器繞組在額定環(huán)境溫度下連續(xù)運行2h不損壞的最大電流有效值。3.9有源模塊冗余度R_APF：并聯(lián)運行的有源濾波模塊中，任意一臺故障退出后，剩余模塊仍能滿足110%額定補償容量的能力。4技術(shù)原則4.1誰污染誰治理：產(chǎn)生諧波負荷的用戶必須在自身產(chǎn)權(quán)分界點內(nèi)完成濾波治理，不得向電網(wǎng)注入超過GB/T14549限值的諧波電流。4.2分級分區(qū)：220kV及以上變電站由電網(wǎng)公司負責背景諧波控制；35kV及以下由用戶或園區(qū)業(yè)主負責就地治理。4.3經(jīng)濟最優(yōu)：濾波器方案全壽命周期成本（LCC）最小，優(yōu)先采用無源+有源混合方案，禁止單純放大電容器組容量替代濾波。4.4全頻域治理：方案必須覆蓋2～50次諧波，并對50Hz～2.5kHz間諧波預(yù)留20%裕度。4.5可靠性冗余：關(guān)鍵元器件（電容器、電抗器、IGBT、DSP控制板、風扇、電源模塊）按N11原則配置，故障時不降低濾波性能。4.6數(shù)據(jù)透明：濾波器必須配置IEC6185092LE接口，實時上傳THD_U、THD_I、功率因數(shù)、模塊溫度、電容值、IGBT壽命計數(shù)至屬地電能質(zhì)量主站，數(shù)據(jù)保存≥5年。5設(shè)計規(guī)范5.1負荷數(shù)據(jù)收集5.1.1用戶提供近12個月每月最大負荷日24h整點錄波文件（Comtrade格式），采樣率≥6.4kHz。5.1.2對電弧爐、中頻爐、軋機、充電樁、數(shù)據(jù)中心UPS等沖擊負荷，須額外提供1min間隔的1周連續(xù)錄波。5.1.3若用戶無法提供，治理方須使用Fluke1760或同等精度等級（ClassA）電能質(zhì)量分析儀連續(xù)監(jiān)測≥72h，監(jiān)測報告作為設(shè)計輸入文件，雙方簽字確認。5.2諧波發(fā)射量計算5.2.1采用IEC6100036三級評估法：一級簡單系數(shù)法、二級疊加系數(shù)法、三級詳細時域仿真法。5.2.2當THD_I＞15%或單次諧波電流＞限值80%時，必須采用三級法，仿真工具須為PSCAD/EMTDC或MATLAB/SimulinkSimPowerSystems，模型節(jié)點數(shù)≥500，步長≤10μs。5.2.3仿真報告須給出最壞運行方式下各支路諧波電流頻譜、中性線3次零序電流、濾波器投入后系統(tǒng)阻抗頻率特性曲線（掃頻范圍0～2.5kHz）。5.3無源濾波器參數(shù)設(shè)計5.3.1單調(diào)諧濾波器a)調(diào)諧次數(shù)選擇：優(yōu)先5、7、11、13次；若3次零序電流＞相線電流15%，增設(shè)3次零序濾波支路。b)電容額定電壓：U_C,N≥1.2×U_sys,max，U_sys,max為系統(tǒng)最高運行電壓。c)電抗器電抗率：K=(n2?1)/n2×100%，其中n為調(diào)諧次數(shù)；制造公差≤±1%。d)品質(zhì)因數(shù)Q：對于5、7次支路取30≤Q≤60；對于11、13次支路取40≤Q≤80。e)熱穩(wěn)定電流：I_th≥1.3×I_h,max，I_h,max為仿真得到對應(yīng)次諧波電流最大值。5.3.2高通阻尼濾波器a)截止頻率f_c選17次（850Hz），C型結(jié)構(gòu)阻尼電阻功耗≤0.5%濾波器額定容量。b)電阻器材質(zhì)為Cr20Ni80合金絲，最高溫升≤200K，熱時間常數(shù)≥15min。c)電容器組采用干式金屬化聚丙烯膜，內(nèi)置壓力保護（防爆槽），失效概率≤50FIT。5.4有源濾波器容量配置5.4.1容量公式：S_APF≥k×I_h,rem×U_sys，其中I_h,rem為無源濾波后殘余諧波電流矢量和，k=1.2為沖擊裕度系數(shù)。5.4.2模塊選型：單模塊容量≤100kVA，支持10臺并聯(lián)；開關(guān)頻率≥15kHz，采用SiCMOSFET，損耗≤1.5%。5.4.3控制策略：采用基于多同步旋轉(zhuǎn)坐標系的分次諧波獨立控制，補償響應(yīng)時間≤1ms，閉環(huán)帶寬≥2.5kHz。5.4.4冗余配置：R_APF≥110%，任意模塊故障可在20ms內(nèi)自動退出并報警，不引起系統(tǒng)過壓或無功倒送。5.5保護配置5.5.1無源支路：配置過流、速斷、過壓、失壓、不平衡電壓、電容值漂移5%報警10%跳閘。5.5.2有源支路：配置直流母線過壓、IGBT過流、散熱器超溫80℃、風扇失效、通信中斷、電網(wǎng)相序錯誤。5.5.3所有保護定值須通過整定計算書簽字確認，現(xiàn)場不得擅自調(diào)整。6設(shè)備制造與出廠試驗6.1原材料檢驗6.1.1電容器膜厚≥7μm，金屬化層方阻3～5Ω/□，自愈試驗2.0U_N下?lián)舸c≤3個/km。6.1.2電抗器導(dǎo)線采用H級絕緣漆包銅線，含銅量≥99.9%，繞組直流電阻誤差≤±2%。6.1.3IGBT模塊須為英飛凌FF6MR12KM1或同等等級，出廠前100%進行10ms短路測試，失效率為0。6.2組件級試驗6.2.1電容單元：極間耐壓2.15U_N10s，極殼耐壓6kV1min，tanδ≤0.0008（20℃）。6.2.2電抗單元：工頻耐壓50kV1min，匝間沖擊3.5kV0.5J，電感量誤差≤±1%。6.2.3整機溫升：在1.1I_N下運行4h，電容器外殼溫升≤25K，電抗器繞組溫升≤60K，IGBT散熱器溫升≤35K。6.3型式試驗6.3.1濾波效率驗證：在額定調(diào)諧頻率下注入100%諧波電流，η_f≥95%。6.3.2失諧容限：在ε=2%條件下，濾波效率下降≤5%。6.3.3短路耐受：濾波器端子短路2s，電抗器無變形、電容殼體無開裂。6.4出廠隨機試驗每批次抽樣10%進行24h老化：1.1U_N、1.2I_N、環(huán)境溫度45℃，試驗后電容量變化≤1%，tanδ增量≤0.0002。7現(xiàn)場安裝與調(diào)試7.1施工準備7.1.1土建基礎(chǔ)：混凝土強度C30，平整度≤2mm/m，預(yù)埋槽鋼水平誤差≤1mm。7.1.2接地網(wǎng)：獨立濾波器室接地電阻≤1Ω，所有外殼、圍欄、檢修門須兩點接地，接地線截面積≥25mm2銅排。7.1.3現(xiàn)場環(huán)境：相對濕度≤85%，無導(dǎo)電塵埃，濾波器進風口與出風口溫差≤10℃。7.2吊裝與接線7.2.1電容器組采用尼龍吊帶，嚴禁使用鋼絲繩；傾斜角≤15°。7.2.2母排搭接面須鍍銀≥8μm，緊固力矩50N·m，使用力矩扳手90°二次復(fù)緊。7.2.3二次電纜采用屏蔽雙絞線，屏蔽層360°環(huán)接接地銅排，接入濾波器側(cè)單端接地。7.3調(diào)試流程步驟1：絕緣測試使用2.5kV兆歐表分別測量主回路對地、相間、極間絕緣電阻，記錄值≥500MΩ。步驟2：保護校驗使用OmicronCMC356繼保測試儀注入0.9～1.1倍定值電流，驗證動作時間誤差≤±3%。步驟3：阻抗掃描采用OmicronCPC100+CPCU1掃頻，獲得50Hz～2.5kHz阻抗曲線，與設(shè)計值偏差≤±5%。步驟4：空載投切先合隔離開關(guān)，再合斷路器，記錄合閘涌流峰值≤1.5I_N，無重燃。步驟5：帶載30%→60%→100%階梯加載每階運行30min，記錄THD_I、THD_U、功率因數(shù)、母線電壓波動，滿足4.4要求。步驟6：72h連續(xù)試運行由業(yè)主、總包、制造商三方共同值守，出現(xiàn)任何一次保護跳閘即視為不合格，須整改后重新計時。8運行維護8.1日常巡檢（每周）a)紅外測溫：電容器外殼、電抗器繞組、IGBT散熱器，發(fā)現(xiàn)熱點溫升＞15K立即上報。b)外觀：殼體無鼓肚、無滲漏；絕緣子無裂紋；風扇無異常噪聲。c)記錄：填寫《濾波器日巡記錄表》，上傳至屬地電能質(zhì)量平臺。8.2月度維護a)電容值測量：采用Fluke1550C兆歐表+電橋法，偏差＞5%需更換整組。b)電抗器電感量：使用OmicronCPC100，偏差＞2%需重新計算保護定值。c)緊固件復(fù)緊：使用力矩扳手按100%力矩復(fù)緊所有母排、電纜、接地螺栓。8.3年度檢修a)停電清掃：使用無水乙醇擦拭絕緣子、母排，表面鹽密≤0.1mg/cm2。b)阻尼電阻阻值：偏差＞±5%須更換。c)有源模塊風扇：連續(xù)運行8000h必須更換，更換后做30min滿載溫升試驗。8.4故障應(yīng)急8.4.1電容爆炸：立即拉開本支路斷路器，啟動《電容器爆炸現(xiàn)場處置卡》，2h內(nèi)完成隔離、拍照、取樣、上報。8.4.2IGBT擊穿：有源模塊自動退出，后臺推送故障代碼，現(xiàn)場30min內(nèi)完成備用模塊投運，故障模塊返廠維修周期≤7天。9檢驗與評價9.1在線監(jiān)測濾波器須接入屬地電能質(zhì)量主站，監(jiān)測指標：THD_U、THD_I、間諧波、三相不平衡度、功率因數(shù)、濾波效率、電容值、IGBT壽命。數(shù)據(jù)刷新周期1min，存儲5年。9.2年度第三方抽檢由省級電科院或CMA認證機構(gòu)執(zhí)行，抽樣比例5%，檢測項目：a)濾波效率：實測值≥設(shè)計值95%。b)失諧度：實測ε≤1.5%。c)保護動作：任意注入1.2倍定值，動作時間≤60ms。若抽檢不合格，全批次設(shè)備強制召回，制造商承擔全部費用。9.3績效獎懲a)治理后THD_U每降低1%，按合同總價0.5%獎勵；b)若年平均水平仍超國標，每超標1%，按合同總價1%罰款；c)罰款上限不超過合同總價10%，獎勵上限不超過5%。10報廢與回收10.1壽命終結(jié)判定電容器電容量下降＞10%、tanδ＞0.002、外殼鼓肚≥5mm，滿足任一即判廢。IGBT開關(guān)次數(shù)＞1×10⁷或結(jié)溫循環(huán)＞3×10⁴次，即判廢。10.2環(huán)保要求電容器金屬化膜、電抗器鋁線、IGBT銅基板、散熱器鋁型材須分類拆解，交由具備《危險廢物經(jīng)營許可證》單位處理，不得就地焚燒或填埋。制造商須在設(shè)備銘牌標注“含金屬化聚丙烯膜，報廢時請分類回收”，并提供20年回收追溯記錄。11典型案例（2023年某沿海220kV鋼鐵園區(qū)）11.1項目背景園區(qū)年產(chǎn)能800萬噸，擁有3座220kV變電站、47套電弧爐、9套軋機，總負荷1800MVA。未治理前220kV母線THD_U最高7.8%，5次諧波電流1.25kA，導(dǎo)致周邊風電場35kV集電線路保護頻繁誤動。11.2治理方案在2