滤波器技术规范的规定

滤波器技术规范的规定1适用范围本规范适用于额定电压0.38kV～35kV、额定频率50Hz的交流电力系统中，所有新建、扩建、技改及检修工程所采用的无源、有源及混合滤波器（以下统称“滤波器”）。凡接入公共电网、用户内部中高压配电网或直流输电换流站的滤波装置，其设计、制造、试验、安装、调试、运行、维护、报废全过程必须严格执行本规范。任何企业、事业单位、总承包方、设备制造商、第三方检测机构均须无条件遵守。2引用文件下列文件对于本规范的应用必不可少。凡注日期的引用文件，仅该日期版本适用于本规范；凡不注日期的，其最新版本（含修改单）适用于本规范。GB/T145491993电能质量公用电网谐波GB/T243372009电能质量公用电网间谐波GB/T155432008三相电压不平衡GB/T123252008供电电压偏差GB/T159452008电力系统频率允许偏差GB/T17626.72017电磁兼容试验和测量技术供电系统及所连设备谐波、间谐波测量仪器通用要求DL/T11932012高压并联电容器装置使用技术条件IEC61921:2017电力电容器—低压功率因数校正装置IEC61000430:2021电磁兼容—电能质量测量方法IEEEStd15312020用于电力系统的有源电力滤波器推荐规程国能发监管〔2020〕45号国家电网公司电力设备交接试验规程Q/GDW112532014电能质量监测终端技术规范Q/GDW112542014电能质量监测系统主站技术规范3术语与定义3.1特征谐波：整流装置、逆变装置、变频器、电弧炉等非线性负荷在理想对称工况下产生的h=n·p±1次谐波，其中p为脉动数，n为正整数。3.2非特征谐波：因触发不对称、电网不平衡、器件老化等原因产生的非h=n·p±1次谐波。3.3THD_U：电压总谐波畸变率，衡量点电压谐波含量的标幺值。3.4THD_I：电流总谐波畸变率，衡量点电流谐波含量的标幺值。3.5滤波效率η_f：滤波器投入前后，特定次谐波电流幅值差值与投入前幅值之比，用百分数表示。3.6失谐度ε：实际运行频率与滤波器调谐频率的相对偏差，ε=|(f−f₀)/f₀|×100%。3.7品质因数Q：滤波器在调谐频率下的无功功率与有功功率之比，Q=X/R。3.8热稳定电流I_th：滤波器电抗器绕组在额定环境温度下连续运行2h不损坏的最大电流有效值。3.9有源模块冗余度R_APF：并联运行的有源滤波模块中，任意一台故障退出后，剩余模块仍能满足110%额定补偿容量的能力。4技术原则4.1谁污染谁治理：产生谐波负荷的用户必须在自身产权分界点内完成滤波治理，不得向电网注入超过GB/T14549限值的谐波电流。4.2分级分区：220kV及以上变电站由电网公司负责背景谐波控制；35kV及以下由用户或园区业主负责就地治理。4.3经济最优：滤波器方案全寿命周期成本（LCC）最小，优先采用无源+有源混合方案，禁止单纯放大电容器组容量替代滤波。4.4全频域治理：方案必须覆盖2～50次谐波，并对50Hz～2.5kHz间谐波预留20%裕度。4.5可靠性冗余：关键元器件（电容器、电抗器、IGBT、DSP控制板、风扇、电源模块）按N11原则配置，故障时不降低滤波性能。4.6数据透明：滤波器必须配置IEC6185092LE接口，实时上传THD_U、THD_I、功率因数、模块温度、电容值、IGBT寿命计数至属地电能质量主站，数据保存≥5年。5设计规范5.1负荷数据收集5.1.1用户提供近12个月每月最大负荷日24h整点录波文件（Comtrade格式），采样率≥6.4kHz。5.1.2对电弧炉、中频炉、轧机、充电桩、数据中心UPS等冲击负荷，须额外提供1min间隔的1周连续录波。5.1.3若用户无法提供，治理方须使用Fluke1760或同等精度等级（ClassA）电能质量分析仪连续监测≥72h，监测报告作为设计输入文件，双方签字确认。5.2谐波发射量计算5.2.1采用IEC6100036三级评估法：一级简单系数法、二级叠加系数法、三级详细时域仿真法。5.2.2当THD_I＞15%或单次谐波电流＞限值80%时，必须采用三级法，仿真工具须为PSCAD/EMTDC或MATLAB/SimulinkSimPowerSystems，模型节点数≥500，步长≤10µs。5.2.3仿真报告须给出最坏运行方式下各支路谐波电流频谱、中性线3次零序电流、滤波器投入后系统阻抗频率特性曲线（扫频范围0～2.5kHz）。5.3无源滤波器参数设计5.3.1单调谐滤波器a)调谐次数选择：优先5、7、11、13次；若3次零序电流＞相线电流15%，增设3次零序滤波支路。b)电容额定电压：U_C,N≥1.2×U_sys,max，U_sys,max为系统最高运行电压。c)电抗器电抗率：K=(n²−1)/n²×100%，其中n为调谐次数；制造公差≤±1%。d)品质因数Q：对于5、7次支路取30≤Q≤60；对于11、13次支路取40≤Q≤80。e)热稳定电流：I_th≥1.3×I_h,max，I_h,max为仿真得到对应次谐波电流最大值。5.3.2高通阻尼滤波器a)截止频率f_c选17次（850Hz），C型结构阻尼电阻功耗≤0.5%滤波器额定容量。b)电阻器材质为Cr20Ni80合金丝，最高温升≤200K，热时间常数≥15min。c)电容器组采用干式金属化聚丙烯膜，内置压力保护（防爆槽），失效概率≤50FIT。5.4有源滤波器容量配置5.4.1容量公式：S_APF≥k×I_h,rem×U_sys，其中I_h,rem为无源滤波后残余谐波电流矢量和，k=1.2为冲击裕度系数。5.4.2模块选型：单模块容量≤100kVA，支持10台并联；开关频率≥15kHz，采用SiCMOSFET，损耗≤1.5%。5.4.3控制策略：采用基于多同步旋转坐标系的分次谐波独立控制，补偿响应时间≤1ms，闭环带宽≥2.5kHz。5.4.4冗余配置：R_APF≥110%，任意模块故障可在20ms内自动退出并报警，不引起系统过压或无功倒送。5.5保护配置5.5.1无源支路：配置过流、速断、过压、失压、不平衡电压、电容值漂移5%报警10%跳闸。5.5.2有源支路：配置直流母线过压、IGBT过流、散热器超温80℃、风扇失效、通信中断、电网相序错误。5.5.3所有保护定值须通过整定计算书签字确认，现场不得擅自调整。6设备制造与出厂试验6.1原材料检验6.1.1电容器膜厚≥7µm，金属化层方阻3～5Ω/□，自愈试验2.0U_N下击穿点≤3个/km。6.1.2电抗器导线采用H级绝缘漆包铜线，含铜量≥99.9%，绕组直流电阻误差≤±2%。6.1.3IGBT模块须为英飞凌FF6MR12KM1或同等等级，出厂前100%进行10ms短路测试，失效率为0。6.2组件级试验6.2.1电容单元：极间耐压2.15U_N10s，极壳耐压6kV1min，tanδ≤0.0008（20℃）。6.2.2电抗单元：工频耐压50kV1min，匝间冲击3.5kV0.5J，电感量误差≤±1%。6.2.3整机温升：在1.1I_N下运行4h，电容器外壳温升≤25K，电抗器绕组温升≤60K，IGBT散热器温升≤35K。6.3型式试验6.3.1滤波效率验证：在额定调谐频率下注入100%谐波电流，η_f≥95%。6.3.2失谐容限：在ε=2%条件下，滤波效率下降≤5%。6.3.3短路耐受：滤波器端子短路2s，电抗器无变形、电容壳体无开裂。6.4出厂随机试验每批次抽样10%进行24h老化：1.1U_N、1.2I_N、环境温度45℃，试验后电容量变化≤1%，tanδ增量≤0.0002。7现场安装与调试7.1施工准备7.1.1土建基础：混凝土强度C30，平整度≤2mm/m，预埋槽钢水平误差≤1mm。7.1.2接地网：独立滤波器室接地电阻≤1Ω，所有外壳、围栏、检修门须两点接地，接地线截面积≥25mm²铜排。7.1.3现场环境：相对湿度≤85%，无导电尘埃，滤波器进风口与出风口温差≤10℃。7.2吊装与接线7.2.1电容器组采用尼龙吊带，严禁使用钢丝绳；倾斜角≤15°。7.2.2母排搭接面须镀银≥8µm，紧固力矩50N·m，使用力矩扳手90°二次复紧。7.2.3二次电缆采用屏蔽双绞线，屏蔽层360°环接接地铜排，接入滤波器侧单端接地。7.3调试流程步骤1：绝缘测试使用2.5kV兆欧表分别测量主回路对地、相间、极间绝缘电阻，记录值≥500MΩ。步骤2：保护校验使用OmicronCMC356继保测试仪注入0.9～1.1倍定值电流，验证动作时间误差≤±3%。步骤3：阻抗扫描采用OmicronCPC100+CPCU1扫频，获得50Hz～2.5kHz阻抗曲线，与设计值偏差≤±5%。步骤4：空载投切先合隔离开关，再合断路器，记录合闸涌流峰值≤1.5I_N，无重燃。步骤5：带载30%→60%→100%阶梯加载每阶运行30min，记录THD_I、THD_U、功率因数、母线电压波动，满足4.4要求。步骤6：72h连续试运行由业主、总包、制造商三方共同值守，出现任何一次保护跳闸即视为不合格，须整改后重新计时。8运行维护8.1日常巡检（每周）a)红外测温：电容器外壳、电抗器绕组、IGBT散热器，发现热点温升＞15K立即上报。b)外观：壳体无鼓肚、无渗漏；绝缘子无裂纹；风扇无异常噪声。c)记录：填写《滤波器日巡记录表》，上传至属地电能质量平台。8.2月度维护a)电容值测量：采用Fluke1550C兆欧表+电桥法，偏差＞5%需更换整组。b)电抗器电感量：使用OmicronCPC100，偏差＞2%需重新计算保护定值。c)紧固件复紧：使用力矩扳手按100%力矩复紧所有母排、电缆、接地螺栓。8.3年度检修a)停电清扫：使用无水乙醇擦拭绝缘子、母排，表面盐密≤0.1mg/cm²。b)阻尼电阻阻值：偏差＞±5%须更换。c)有源模块风扇：连续运行8000h必须更换，更换后做30min满载温升试验。8.4故障应急8.4.1电容爆炸：立即拉开本支路断路器，启动《电容器爆炸现场处置卡》，2h内完成隔离、拍照、取样、上报。8.4.2IGBT击穿：有源模块自动退出，后台推送故障代码，现场30min内完成备用模块投运，故障模块返厂维修周期≤7天。9检验与评价9.1在线监测滤波器须接入属地电能质量主站，监测指标：THD_U、THD_I、间谐波、三相不平衡度、功率因数、滤波效率、电容值、IGBT寿命。数据刷新周期1min，存储5年。9.2年度第三方抽检由省级电科院或CMA认证机构执行，抽样比例5%，检测项目：a)滤波效率：实测值≥设计值95%。b)失谐度：实测ε≤1.5%。c)保护动作：任意注入1.2倍定值，动作时间≤60ms。若抽检不合格，全批次设备强制召回，制造商承担全部费用。9.3绩效奖惩a)治理后THD_U每降低1%，按合同总价0.5%奖励；b)若年平均水平仍超国标，每超标1%，按合同总价1%罚款；c)罚款上限不超过合同总价10%，奖励上限不超过5%。10报废与回收10.1寿命终结判定电容器电容量下降＞10%、tanδ＞0.002、外壳鼓肚≥5mm，满足任一即判废。IGBT开关次数＞1×10⁷或结温循环＞3×10⁴次，即判废。10.2环保要求电容器金属化膜、电抗器铝线、IGBT铜基板、散热器铝型材须分类拆解，交由具备《危险废物经营许可证》单位处理，不得就地焚烧或填埋。制造商须在设备铭牌标注“含金属化聚丙烯膜，报废时请分类回收”，并提供20年回收追溯记录。11典型案例（2023年某沿海220kV钢铁园区）11.1项目背景园区年产能800万吨，拥有3座220kV变电站、47套电弧炉、9套轧机，总负荷1800MVA。未治理前220kV母线THD_U最高7.8%，5次谐波电流1.25kA，导致周边风电场35kV集电线路保护频繁误动。11.2治理方案在2