GB/T 26868-2011 高压滤波装置设计与应用导则

　　ICS 31. 060. 70 K 42

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 26868—2011

　　高压滤波装置设计与应用导则

　　Theguide fordesign and application ofhigh-voltagepower filters

　　2011-07-29发布 2011-12-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 26868—2011

　　目 次

　　前言 Ⅰ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　3. 1 谐波 1

　　3. 2 功率 3

　　3. 3 滤波装置 4

　　3. 4 滤波装置参数 5

　　4 设计原则 7

　　4. 1 可靠性 7

　　4. 2 安全性 7

　　4. 3 功能要求 7

　　4. 4 灵活性 7

　　4. 5 其他特殊要求 7

　　4. 6 经济性 7

　　5 设计依据 8

　　5. 1 设计条件 8

　　5. 2 设计要求 9

　　6 设计方法 12

　　6. 1 滤波器类型的确定 12

　　6. 2 滤波器的接线 13

　　6. 3 滤波装置的组合 14

　　6. 4 无功补偿容量的确定 14

　　6. 5 滤波装置参数计算 15

　　6. 6 滤波装置谐波仿真 17

　　6. 7 滤波装置元件参数计算与校核 19

　　6. 8 滤波装置的保护 20

　　6. 9 滤波装置控制 21

　　6. 10 主电路元器件选择 22

　　7 应用技术 22

　　7. 1 试验 22

　　7. 2 安装与布置 27

　　7. 3 滤波装置的调试 31

　　7. 4 运行及维护 32

　　附录 A (资料性附录) 滤波装置仿真 34

　　附录 B (资料性附录) 主电路元器件选择 40

　　参考文献 43

　　GB/T 26868—2011

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　本标准由中国电器工业协会提出 。

　　本标准由全国电力电容器标准化技术委员会(SAC/TC45)归 口 。

　　本标准起草单位 :西安高压电器研究院有限责任公司 、河北省电力研究院 、上海宝钢安大电能质量有限公司 、石家庄波宏科技有限公司 、四川波宏电力滤波设计研究有限公司 、日新电机(无锡)有限公司 、广东电网电力科学研究院 、河北省电力勘测设计研究院 、深圳市三和电力科技有限公司 、辽宁荣信电力电子股份有限公司 、深圳市环华电气技术有限公司 、佛山市南海区樱花电气有限公司 、合肥华威 自动化有限公司 、山东泰开电力电子有限公司 、北京赤那思电气技术有限公司 、杭州光大电力滤波设备有限公司 、浙江瑞泰电力电子有限公司 、淄博莱宝电力电容器有限公司 、深圳市力量科技有限公司 、深圳市威尔辰电力电子科技有限公司 。

　　本标准主要 起 草 人 : 段 晓 波 、李 令 冬 、贾 保 军 、郭 天 兴 、胡 君 慧 、杨 一 民 、徐 柏 榆 、叶 选 茂 、冯 申 荣 、张建平 、张健夫 、王 锐 、龙 绍 清 、张 宗 有 、平 怡 、江 钧 祥 、任 强 、焦 东 亮 、平 孝 香 、冯 丽 、朱 维 扬 、傅 光 祖 、夏小锋 、田宜涛 、李俊 、陈伟俊 。

　　Ⅰ

　　GB/T 26868—2011

　　高压滤波装置设计与应用导则

　　1 范围

　　本标准对高压无源电力滤波装置进行了定义 、分类 ,规定了设计原则 、设计依据 、设计方法 、应用技术的基本内容等 。

　　本标准适用于工频 50 Hz、额定电压为 1000V及以上至 110kV及以下高压无源电力滤波装置(以下简称滤波装置) 。

　　滤波装置的设计与应用 ,除应符合本导则的规定外 , 尚应符合国家现行的有关标准 、规范的规定 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。凡是注 日期的引用文件 ,仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB 1984 高压交流断路器(GB 1984—2003,IEC 62271-100:2001,MOD)

　　GB 1985 高压交流隔离开关和接地开关(GB 1985—2004,IEC 62271-102:2002,MOD)

　　GB 3906 3. 6kV~ 40. 5 kV 交 流 金 属 封 闭 开 关 设 备 和 控 制 设 备(GB 3906—2006, IEC 62271- 200:2003,MOD)

　　GB 4208 外壳防护等级(IP代码)(GB 4208—2008,IEC 60529:2001,IDT)

　　GB/T 11022 高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求(GB/T 11022—1999,eqvIEC 60694: 1996)

　　GB/T 12325 电能质量 供电电压偏差

　　GB/T 14549—1993 电能质量 公用电网谐波

　　GB/T 16927. 1 高电压试验技术 第一部分 :一般试验要求(GB/T 16927. 1—1997,eqvIEC 60060- 1:1989)

　　GB/T 16927. 2 高电压试验技术 第二部分 :测量系统(GB/T 16927. 2—1997,eqv IEC 60060-2: 1994)

　　GB 50227 并联电容器装置设计规范

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1 谐波

　　3. 1. 1

　　公共连接点 pointofcommon coupling

　　PCC

　　用户接入公用电网的连接处 。

　　3. 1. 2

　　谐波测量点 harmonicmeasurementpoints

　　对电网的公共母线 和 电 力 线 路 或 用 户 母 线 和 供 电 线 路 以 及 有 关 设 备 或 装 置 进 行 谐 波 测 量 的 特

　　1

　　GB/T 26868—2011

　　定点 。

　　3. 1. 3

　　基波分量 fundamentalcomponent

　　对周期性非正弦交流量进行傅立叶级数分解 ,得到频率与电网工频相同的分量 。

　　3. 1. 4

　　谐波分量 harmoniccomponent

　　对周期性非正弦交流量进行傅立叶级数分解 ,得到频率为基波频率大于 1 的整数倍的分量 。 3. 1. 5

　　谐波次数 harmonicorder

　　h

　　谐波频率与基波频率的整数比 。

　　3. 1. 6

　　谐波含量 totalharmoniccontent

　　从与电网工频相对应的整周期性非正弦交流量中减去基波分量后所得量的方均根值(谐波电压含量或谐波电流含量) 。

　　式中 :

　　IH — 谐波电流含量 ;

　　I1 — 基波电流(方均根值) ;

　　Ih — 第 h次谐波电流(方均根值) ;

　　UH — 谐波电压含量 ;

　　U1 — 基波电压(方均根值) ;

　　Uh — 第 h次谐波电压(方均根值) ;

　　U — 电压方均根值 ;

　　I — 电流方均根值 。

　　3. 1. 7

　　谐波含有率 harmonicratio

　　HR

　　周期性非正弦交流量中含有的第 h次谐波分量的方均根值与基波分量的方均根值之比(用百分数表示) 。第 h次谐波电压含有率以 HRUh表示 ,第 h次谐波电流含有率以 HRIh表示 。

　　3. 1. 8

　　总谐波畸变率 totalharmonicdistortion

　　THD

　　周期性非正弦交流量中谐波含量的方均根值与其基波分量的方均根值之比(用百分数表示) 。 电压总谐波畸变率以 THDU 表示 , 电流总谐波畸变率以 THDI表示 。

　　3. 1. 9

　　谐波源 harmonicsource

　　向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备 。

　　2

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　　3. 1. 10

　　特征谐波 characteristicharmonic

　　在设计工况下 , 电气设备产生的特定次数谐波 。

　　3. 1. 11

　　非特征谐波 non-characteristicharmonic

　　电气设备产生的不是特征谐波次数的谐波 。

　　3. 2 功率

　　3. 2. 1

　　瞬时功率 instantaneouspower

　　p

　　端口的电压瞬时值与电流瞬时值的乘积 。

　　3. 2. 2

　　p=ui

　　视在功率 apparentpower

　　S

　　端口的电压方均根值与电流方均根值的乘积 。

　　S=UI

　　3. 2. 3

　　矢量功率 vectorpower

　　h次电压矢量与 h 次电流共轭矢量的乘积 。

　　复功率 complex power S·h h= 1,2, … … ,n

　　·

　　Ih(*)= Ph +jQh

　　· ·

　　Sh =Uh

　　3. 2. 4

　　有功功率 activepower

　　P

　　一个周期内的瞬时功率的平均值 。

　　对于正弦电压及电流 ,矢量功率的实部即有功功率 。

　　·

　　· ·Ph = ReSh = Shcosφh

　　φh— 电压矢量Uh相对于电流矢量Ih 的相位差 。

　　对于周期性的非正弦电压及电流 ,有功功率是直流分量功率及基波和谐波有功功率的总和 。

　　3. 2. 5

　　无功功率 reactivepower

　　Q

　　对于周期性的非正弦电压及电流

　　3

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　　对于正弦电压及电流 ,矢量功率的虚部即无功功率 。

　　·

　　Qh = ImSh = Shsinφh

　　注 : 供给电感的无功功率为正值 , 电容输出的无功功率为负值 。

　　3. 2. 6

　　功率因数 power factor

　　λ

　　有功功率与视在功率之比 。

　　3. 2. 7

　　基波功率因数 power factorofthe fundamental

　　同类名称 :位移因数 displacementfactor

　　cosφ1

　　基波有功功率与视在功率之比 。

　　3. 3 滤波装置

　　3. 3. 1

　　无源滤波器 passive filter

　　PF

　　由滤波电路(电阻 R、电感 L、电容 C构成)和开关 、控制和保护单元等组成无源滤波器 ,可用于滤除特定频率的谐波电流 。

　　3. 3. 2

　　调谐滤波器 tuned filter

　　谐振频率调谐于欲滤除的谐波频率的滤波器 。

　　调谐滤波器通常是电容 、电感串联谐振型 ,在调谐频率下 ,感抗和容抗值正好相等而抵消 。 3. 3. 3

　　调谐频率 tuned frequency

　　f0

　　在该频率下滤波器的感抗和容抗值相等而符号相反 。

　　3. 3. 4

　　滤波器次数 filterorder

　　h滤波器所需滤除的主导谐波次数 。

　　对于 h次滤波器 ,h ,f为欲滤除的主导谐波电流的频率,f1 为基波频率 ,h为正整数 。 3. 3. 5

　　单调谐滤波器 single-tuned harmonic filter

　　只有一个调谐频率的滤波器 。

　　3. 3. 6

　　高通滤波器 high-passfilter

　　在某一截止频率后的频带范围内呈低阻抗特性 ,用以吸收谐波电流的滤波器 。

　　3. 3. 7

　　主电路 main circuit

　　滤波装置与交流配电线路相连接并具有同一绝缘水平的电路 。

　　4

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　　3. 3. 8

　　辅助电路 auxiliary circuit

　　用以完成检测 、控制 、保护等辅助功能的二次电路 。

　　3. 3. 9

　　滤波器调谐次数 tuned orderoffilter

　　h0

　　滤波器调谐频率的次数 。

　　对于 h次滤波器的调谐次数h0 ,h,f0 为调谐频率 。

　　3. 3. 10

　　滤波装置 filter

　　由接于同一供电母线上的全部滤波器组成滤波装置 。

　　3. 4 滤波装置参数

　　3. 4. 1

　　装置的额定电压 rated voltageoffilter

　　UN

　　设计滤波装置时规定的交流电压 。

　　3. 4. 2

　　滤波器的额定电流 rated currentoffilter

　　IN

　　设计滤波器时所采用的电流方均根值 。

　　3. 4. 3

　　电容器安装容量 assemblecapacity ofcapacitor

　　QCN1

　　滤波器中全部电容器的额定容量之和 。

　　3. 4. 4

　　基波补偿容量 fundamentalcompensation capacity

　　QC1

　　滤波装置(或滤波器)在额定电压下运行时的基波无功功率 。 3. 4. 5

　　电容器的额定电压 rated voltageofthecapacitor

　　UCN

　　设计滤波器时 ,滤波电容器所采用的电压方均根值 。

　　3. 4. 6

　　电抗器的额定电压 rated voltageofthereactor

　　ULN

　　设计滤波器时 , 串联电抗器所采用的电压方均根值 。

　　3. 4. 7

　　滤波电抗器基波感抗 fundamentalinductivereactanceoffilterreactor XL1

　　滤波电抗器的基波感抗值 。

　　5

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　　3. 4. 8

　　滤波电容器基波容抗 fundamentalcapacitivereactanceoffiltercapacitor

　　XC1

　　滤波电容器的基波容抗值 。

　　3. 4. 9

　　额定电抗率 rated reactanceratio

　　KLN

　　滤波器中串联电抗器的基波感抗与电容器基波容抗的比值 。

　　3. 4. 10

　　最大工作电流 maximum working current

　　Imax

　　温升不超过规定值时 ,滤波器能连续运行的最大工作电流方均根值 。

　　3. 4. 11

　　滤波装置谐波电流系数 harmoniccurrentcoefficientoffilter

　　kIh

　　滤波装置接入后 ,注入系统的谐波电流与谐波电流发生量的比值 。

　　式中 :

　　Igh— 与滤波装置接入同一供电母线的谐波电流源(全部非线性负载)的 h次谐波电流发生量 ; ISh— 滤波装置接入后 ,谐波电流源注入系统的 h次谐波电流 。

　　3. 4. 12

　　滤波装置谐波电流滤除率 harmoniccurrentfiltering rateoffilter

　　ηIh

　　滤波装置接入后注入系统的谐波电流的减少量与接入前注入系统谐波电流的百分比 。

　　ηIh = (1-kIh) × 100%

　　3. 4. 13

　　滤波电抗器品质因数 quality factoroffilterreactor

　　qLh

　　指滤波电抗器 h次谐波频率下感抗与电阻的比值 。

　　式中 :

　　Rh— 滤波电抗器的 h次电阻 。

　　3. 4. 14

　　滤波器品质因数 quality factoroffilter

　　qfh

　　指滤波器 h次谐波频率时 ,其等效串联 h次谐波感抗 Xeh与等效串联 h 次等效电阻 Reh的比值 。

　　6

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　　4 设计原则

　　4. 1 可靠性

　　可靠性是指在规定的运行条件下滤波装置能够连续工作的保证程度 。 即滤波装置的设计应能保证在规定的运行环境和运行条件下 ,确保其连续可靠工作 。

　　对于特殊的运行环境和运行条件 ,应通过采用相应的技术措施与设计标准 , 以满足可靠性要求 。

　　4. 2 安全性

　　滤波装置的设计应能保证其在正常运行 、外部电网事故及异常时本身的安全性 , 同时装置本身的投入 、切除 、正常运行及异常时不会对系统运行产生不良影响 。

　　滤波装置的设计应有可靠的技术措施 ,如 :采用自动控制 、保护单元 、设备可靠接地 、闭锁装置 、围网设置和警告标志等 , 以保证装置安全运行 。

　　4. 3 功能要求

　　4. 3. 1 谐波电流滤波功能

　　谐波源注入公共连接点的谐波电流在规定的限值以内 。

　　4. 3. 2 无功补偿功能

　　在负荷功率变化范围内 ,装置的无功补偿能满足负载对功率因数和母线电压偏差的要求 。

　　4. 4 灵活性

　　4. 4. 1 允许多种组合的运行方式

　　装置除了满足技术性能指标 、可靠性 、安全性 、经济性外 ,还应能满足不同工况和不同负荷水平下的灵活运行的需求 ,允许装置多种组合的运行方式 。

　　4. 4. 2 允许多种控制方式

　　可根据实际情况 ,选择手动和自动控制 。 自动控制又可分电压无功综合控制和电压 、谐波及无功综合控制等 。

　　4. 5 其他特殊要求

　　即特殊的运行环境和特殊的技术性能指标 。

　　4. 6 经济性

　　4. 6. 1 装置的运行损耗应力求最低 。

　　4. 6. 2 在满足 4. 1~4. 5、4. 6. 1要求的前提下 , 以制造成本最低为原则进行优化设计 。

　　7

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　　5 设计依据

　　5. 1 设计条件

　　5. 1. 1 环境条件

　　5. 1. 1. 1 海拔

　　滤波装置安装地点的海拔高度 。

　　为便于产品的标准化 ,推荐一般产品可按照海拔不超过 1000m 考虑 。

　　用于海拔高度高于 1000m 地区的滤波装置 ,其要求应由用户与制造方协商确定 。

　　5. 1. 1. 2 温度和湿度范围

　　滤波装置运行地点的环境空气温度变化范围如表 1所示 。

　　表 1 滤波装置运行地点的环境空气温度变化范围

　　类别

　　安装地点

　　环境温度℃

　　最高

　　最低

　　裸导体

　　屋外

　　最热月平均最高温度

　　屋内

　　该处通风设计温度 。 当无资料时 ,可取最热月平均最高温度加 5 ℃

　　电器

　　屋外

　　年最高温度

　　年最低温度

　　屋内电抗器

　　该处通风设计最高排风温度

　　屋内其他

　　该处通风设计温度 。 当无资料时 ,可取 最 热 月 平 均 最 高 温 度加 5 ℃

　　注 1: 年最高(或最低)温度为一年中所测得的最高(或最低)温度的多年平均值 。

　　注 2: 最热月平均最高温度为最热月每日最高温度的月平均值 ,取多年平均值 。

　　滤波装置运行地点的相对湿度 ,应采用当地湿度最高月份的平均相对湿度 。对湿度较高的场所 ,应采用该处实际相对湿度 。 当无资料时 ,相对湿度可比当地湿度最高月份的平均相对湿度高 5% 。 (一般地区推荐的产品环境相对湿度 :月平均相对湿度不大于 90% , 日平均相对湿度不大于 95%) 。

　　5. 1. 1. 3 风速

　　安装运行地点距离地面 10m 高 、30年一遇的 10min平均最大风速 ,最大设计风速超过 35 m/s 的地区 ,可在屋外滤波装置的布置中采取措施 。 阵风对装置的影响 ,应由制造部门在设计中考虑 。

　　5. 1. 1. 4 覆冰厚度

　　对于户外运行的装置 ,在积雪 、覆冰严重地区 ,应尽量采取防止冰雪引起事故的措施 。 隔离开关的破冰厚度 ,应大于安装地点的最大覆冰厚度 。

　　5. 1. 1. 5 抗污秽能力

　　设备外绝缘的爬电比距按照安装地点的污秽等级确定 。

　　8

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　　5. 1. 1. 6 耐受地震能力

　　滤波装置设计需适应当地的地震烈度 ,必要时应进行抗震强度验算 。

　　安装时 ,应考虑支架对地震力的放大作用 。辅助设备应具有与主设备相同的耐受地震能力 。

　　5. 1. 1. 7 其他

　　非正常使用条件由制造方和购买方商定 。

　　5. 1. 2 电源及供配电系统

　　5. 1. 2. 1 系统参数

　　系统公共连接点和滤波装置预接入点的系统接线及运行方式 ,各种方式下电网短路容量 ,变压器 、输配电线路 、补偿电容器和电抗器及限流电抗器等设备参数 。

　　5. 1. 2. 2 电压偏差

　　系统公共连接点和滤波装置接入点电源及供配电系统实际和可能的运行电压范围 。

　　5. 1. 2. 3 电压波动

　　系统公共连接点和滤波装置接入点系统电压变动和闪变 。

　　5. 1. 2. 4 频率变化

　　系统公共连接点和滤波装置接入点电网频率的变化范围 。

　　5. 1. 2. 5 谐波水平

　　系统公共连接点和滤波装置接入点系统的谐波特征和背景谐波水平 。

　　影响系统谐波特征及谐波水平的主要方面有 :

　　a) 系统电源构成 ,包括有些交直流混合电源系统 ,特别是直流电源系统不同运行方式 ;

　　b) 不同运行方式和运行电压及负荷水平下系统背景谐波 ;

　　c) 已有和规划中的谐波源类型及其运行方式 。

　　5. 1. 2. 6 电压不平衡

　　系统公共连接点和滤波装置接入点系统三相电压不平衡数据 。

　　5. 1. 3 负载条件

　　5. 1. 3. 1 负载的谐波特征和各次谐波含量 。

　　5. 1. 3. 2 负载的有功和无功的变化范围 、变化频度和变化速度 。

　　5. 2 设计要求

　　5. 2. 1 接入电网基本要求

　　5. 2. 1. 1 滤波装置的设计 ,应根据拟安装地点系统接线及运行方式 、谐波水平(含背景谐波) 和无功需求等因素 ,按全面规划 、合理布局 、分级滤波 、就地平衡的原则确定最优滤波容量和方式 。

　　5. 2. 1. 2 设计时应核算滤波装置按各种容量组合运行时 ,滤波装置所在系统不得发生有危害的谐振 ,且考核点的谐波水平在设计限值范围内 。

　　9

　　GB/T 26868—2011

　　5. 2. 1. 3 滤波装置宜装设在变压器的主要谐波源负荷侧 。

　　5. 2. 2 电压控制

　　滤波装置运行及退出时 ,其对所接系统引起的电压偏差变化应符合 GB/T 12325的规定范围 。

　　对供电电压允许偏差有特殊要求的用户 , 由设计方 、制造方与购买方协议确定 。

　　5. 2. 3 电压波动限制

　　对多支路滤波装置 ,投切任何一支路在考核点所引起的电压变动值满足以下要求 :

　　— 20kV及以上等级不宜超过其额定电压的 ±2. 5% ;

　　— 20kV 以下等级不宜超过其额定电压的 ±3% 。

　　5. 2. 4 频率波动、滤波器参数和系统参数变化

　　滤波装置的设计应考虑频率波动 、滤波器参数变化和系统参数变化对系统的阻抗特性和谐波水平产生的影响 ,确保滤波装置和系统安全稳定要求 。

　　5. 2. 5 考核点谐波限值要求

　　5. 2. 5. 1 系统谐波限值

　　5. 2. 5. 1. 1 通则

　　系统谐波限值是保证不因过大的谐波畸变而使系统所连接设备丧失功能或发生故障 。

　　对 PCC点,滤波装置设计应满足 GB/T 14549-1993规定的谐波限值 。对用户或企业内部电网的母线 ,可参照 GB/T 14549—1993 或 根 据 用 户 要 求 另 行 规 定 采 用 电 磁 兼 容 谐 波 限 值 , 或 由 用 户 另 行规定 。

　　5. 2. 5. 1. 2 谐波电压限值

　　表 2 公用电网谐波电压限值

　　电网标称电压kV

　　电压总谐波畸变率

　　%

　　各次谐波电压含有率

　　%