港口无功、谐波测试分析和治理工作技术分析

韩 冬

（国网山东省电力公司 东营供电公司，山东 东营 257000）

1 港口配电所基本情况说明

东营港口配电所电力来源由所在地110kV 变电站10kV 两条回路提供，由变电所到岸边计量柜为10km 架空母线，岸边计量柜用作供电公司计量专用。由岸边计量柜到港口配电所为10km 高压电缆。港口配电所电力系统配置分为I、II 段10kV 母线供电。其中I 段母线负载为四台门机设备；其中三台装机容量为650kW，一台装机容量为750kW；II 段母线负载为两台门机设备和一台生活变；其中两台门机装机容量分别为650kW，一台生活变为SCB10-800 型800kVA 变压器，此变压器用于港口上生活照明低压系统供电。每台门机均由港口配电所10kV 直接供电。每台门机上配有上述容量的变压器，将10kV变为0.4kV 供给整套门机内设备用电。

2 现场测试情况及数据统计

2.1 测试现场基本情况

因II 段母线上的两台门机还未安装完毕，负载只有一台800kVA生活变；仅对I 段母线进行了测试，测试位置（电流、电压信号取样）为I 段母线进线柜，负载运行情况为：启动三台门机，其中两台门机带载运行，通过抓斗抓货物进行上下提升作业，一台因没有抓斗空载运行；通过对现场人员的了解此种运行方式以基本接近此港口正常工作时状态。

2.2 测试相关数据及分析

1）电压、电流、有功功率、视在功率、功率因数测试数据分析：从检测相关数据可以看出一段母线的电流、有功功率、视在功率、功率因数的幅值和频率都变化非常快，电流最大值为：26.5A，最小值为：3.1A；有功功率最大值为：0.472MW，最小值为：－0.239MW；视在功率最大值为：0.510MW，最小值为：0.038MW；功率因数最大值为：0.925，最小值为：－0.578；另外从岸边计量柜计量表观测到功率因数的0.75～0.99 之间波动；（由于岸边进线柜取不出电压、电流信号故没有测试出此处的相关数据）。

另从PT 柜观测到一段空载时电压为A 相：10.53KV B 相：10.52KV C 相：10.57KV 在带三台门机运 行时电压 为A 相：10.27KV B 相：10.27KV C 相：10.17KV 并没有太大的压降，电压一直比较稳定，没有多大波动。

2）电压、电流波形及谐波测试数据：分析：从检测相关数据可以看出总电压谐波畸变率为：6.7%，其主要成分为5、7 次谐波。5 次谐波为：3.2%；5 次谐波为3.57%。门机设备上使用的变频器设备比较多，因此可以看出谐波污染情况比较严重。

3 解决方案分析

通常情况下港口门机供电方式为由一台容量较大的变压器将10kV 变为0.4kV，变压器安装在港口配电所内，再由低压电缆供电统一向各台门机供电。而东营港口设计为每台门机上都安装有一台变压器，港口配电所向每台门机送10kV 高压，由各台门机上的变压器降压后向本台门机供电。此种方式因在每台门机变压器选择上都预留有余量，因每台门机都留有余量，并且所有门机也不会同时工作，但每台门机变压器都是要长期供电的，这样就造成了总的供电裕量很大，无功消耗也很大。

由于门机工作在不同的工作方式下，有时需要提升，有时需要释放，有时需要旋转移动，这就造成了负载变化非常频繁，相应的无功，有功，电流，功率因数有快速的较大的变化，所以在系统的补偿反应速度上必须满足要求。

门机设备使用的变频器比较多，产生谐波比较严重，在做补偿设备时要求进行谐波的重点考虑。尽量能吸收部分谐波，并避免系统的谐振和自身谐波的放大。

3.1 解决方案

对于本系统的实际工况和配电情况，在10kV 侧作改造是不适用的，在如此快的负载变化过程中，比较经济的10kV 补偿装置是无法到达的。

此外从岸边计量柜到港口配电所的电力输送为10kM 高压电缆完成，高压电缆充电功率比较大，对10kV 线路已经做了很大的补偿。电网空载电压比较高，电压比较稳定，如果在10kV 侧做无功补偿将会大大抬高系统电压，特别是负荷较低的情况下，对整个系统上所有设备的绝缘是一个破坏，特别是电缆。（根据实际现在了解，系统的保护措施是比较弱的。）

根据实测情况，系统中门机大多时间在中低功率容量运行。从每个月的实际用电量和此次测试的运行电流最大值（26.5A）来看，门机变压器的装机容量显然有大量剩余，负载率非常低。变压器所要消耗的无功功率非常之大。为了达到最好解决方案，建议在每台门机变压器低压侧做无功补偿改造。

3.2 具体方案要求

1）在门机的低压变压器侧作无功补偿改造，根据现场情况提出具体的改造方案，补偿设备要经过特殊设计安装在门机上。

2）考虑到谐波的因素，补偿装置必须可以抑制3 次以上谐波。

3）系统使用低压模块式混合型快速去谐补偿装置，基本的低压变压器的空载无功损耗由一般的投切补偿完成，负载快速变化部分由快速晶闸管投切完成。

4）结构方案可以参考选用某品牌的LM 系列低压模块式无功功率去谐补偿装置，完成本项目的改造。

3.3 采用方案设备配置说明

1）型号说明

图1

2）LM 系列低压模块式无功功率去谐补偿装置简介

LM 系列低压模块式无功功率去谐补偿装置广泛应用于机械制造，冶金，煤矿、石油化工、轻工、建材、铁道、公路交通、军工、造船、建筑等低压供配电系统中，要求动态无功补偿且同时需要抑制谐波的工况场合。

LM 系列低压模块式无功功率去谐补偿装置引用先进核心PFC技术和核心元器件，并且采用优异的控制系统，设计成各种具有去谐功能、不同补偿容量的模块单元，用户可根据电网、工矿定制组合成所需要的去谐补偿容量。

LM 系列低压模块式无功功率去谐补偿装置包括：LMFC、LMFC（E）、LMTSC、LMTSC（M）系列，LM 各系列装置在统一的设计平台上，采用模块式结构，规范设计，设计理念先进，结构合理。各系列具有统一的控制方案、技术规格，安装尺寸，通用性能强。

3）LM 系列低压模块式无功功率去谐补偿装置技术特点

装置在统一的设计平台上，采用补偿支路模块式结构。模块组合拼装，扩展自如，可按照用户需要组合出各种补偿容量和投切方案。

各系列去谐补偿模块标准化设计，易于安装，通用性强。

在单母线分段接线的配电系统中，两组补偿装置分别工作在的两段母线上，两组补偿装置可实现耦合控制。

可记录每个支路投切次数和工作时间。可以显示故障支路，并且在不影响系统运行下屏蔽故障支路。

实时监测显示进线侧V、I、P、Q、COSΦ 及THD-V、THD-I 和高达19 次电网谐波分量。

装置可以符合各类低压配电柜尺寸，可与各类型柜体并柜安装。结构紧凑，单柜容量较传统的固定式安装增加近一倍。

装置使用安全，检修方便，散热合理，寿命长。

4 取得成效

历经两个月的技术改造，2013年12月16日东营港口配电所及港口门机等设备上的低压模块式无功功率去谐补偿装置安装完毕。经过1、2月份设备运行和电量电费情况分析，确定东营港口用电设备功率因数偏低、谐波污染严重情况，已治理完毕。

首先我们利用电能质量测试仪现场测试，发现了港口用电设备功率因数偏低、谐波污染严重情况，然后通过技术改造，在低压侧加装低压模块式无功功率去谐补偿装置，从而达到提升负载的功率因数目的，最有效地提高了电能利用率。一是提高用电质量，减少电力线路的电压损失，改善设备运行条件，可保证设备在正常条件下工作，有利于安全生产。二是节约电能，降低生产成本，减少企业的电费开支。例如：当cosØ=0.5 时的损耗是cosØ=1 时的4 倍。三是减少电网无功功率的输入，降低系统的能耗，提高企业用电设备的利用率，充分发挥用电设备潜力，增长企业效益。四是有效减少线路功率损失和输送同容量的有功电流，提高电网输电效率。五是把谐波抑制在允许的安全范围之内，提高计量装置的正确性，确保继电保护和自动装置的快速性、准确性、灵敏性、安全性和可靠性。