一、项目概况
郑州惠美石墨有限公司主要生产石墨电极和石油焦，共有6座石墨化炉。一台20000KVA整流变压器，一次电压35KV，直流侧电压60-190V，电流330/43350*4，等效相数十二脉波，整流方式为反双星同相逆并联，负载为石墨化炉，对石墨焦炭的原材料进行加工，一炉工作时间约为40小时，三相平衡，负荷平稳。功率因数较高，约为：0.91~0.94，其中5、7、11次谐波较大。一次电流最大为380A，有功功率约为21500KW。此项目主要以滤波为主，在保证不过补的情况下最大限度的滤除谐波。
二、 现场测量的系统谐波情况：
数据一
表1 半载运行系统参数【2010-06-07】
相电压 U1 20.47KV 相电流 I1 255.65A
U2 20.30KV I2 255.62A
U3 20.57KV I3 255.61A
相
有功 P1 4.91MKW 视在功率 P1 5.23MVA
P2 4.86MKW P2 5.19MVA
P3 4.92MKW P3 5.26MVA
总有功 14.69MKW 总功率 15.68MVA
相无功 Q1 1.81MKVAR 相功率因数 PF1 0.9381
Q2 1.82MKVAR PF 2 0.9367
Q3 1.85MKVAR PF 3 0.9370
总无功 5.48MMKVAR 平均功率因数 0.9370
表2 半载运行系统电流谐波【2010-06-07】
谐波次数 电流（A） 谐波次数 电流（A）
1 252.72 11 12.38
2 5.09 12 0.13
3 0.71 13 7.13
4 3.52 14 0.99
5 28.74 15 0.24
6 0.09 16 0.72
7 17.77 17 4.09
8 2.62 18 0.10
9 0.33 19 2.49
10 1.55
数据二
表1 满载运行系统参数【2010-06-08】
相电压 U1 19.92 KV 相电流 I1 384.07
U2 19.78 KV I2 382.52
U3 20.00 KV I3 383.51
相
有功 P1 7.03 MKW 视在功率 P1 7.65MVA
P2 6.94 MKW P2 7.57 MVA
P3 7.05 MKW P3 7.67 MVA
总有功 21.01MKW 总功率 22.89MVA
相无功 Q1 3.03 MKVAR 相功率因数 PF1 0.9183
Q2 3.01 MKVAR PF 2 0.9175
Q3 3.03 MKVAR PF 3 0.9186
总无功 9.07MMKVAR 平均功率因数 0.9181
表2 满载运行系统电流谐波【2010-06-08】
谐波次数 电流（A） 谐波次数 电流（A）
1 381.51 11 9.35
2 0.69 12 0.14
3 1.39 13 5.95
4 0.81 14 0.15
5 44.01 15 0.33
6 0.39 16 0.12
7 27.58 17 3.37
8 0.26 18 0.07
9 0.71 19 3.19
10 0.2
三、滤波方案设计：
针对该系统具备典型的6脉冲整流的谐波特点，根据检测数据，系统电流谐波中5次、7次、11次、13次、17次、19次谐波较大，其中5次、7次超标严重，但系统本身负载平稳、稳定，谐波状态比较稳定，加之为高压侧谐波治理，因此方案采用无源滤波方式，相比于有源滤波方式，一方面能够大大降低滤波成本、简化系统设计复杂度，另一方面无源滤波在该工况的应用其效果完全可以体现，通过参数优化，保证器件的加工工艺，专业的安装调试，本方案设计的无源滤波系统在应用中能够完全满足需要。本方案采用无源滤波设计，滤波支路设计为5次单调谐滤波支路，7次单调谐滤波支路及11次高通滤波支路，通过5/7次单调谐滤波支路将系统中的5、7次谐波降到合理水平，11次及其以上谐波由高通滤波支路加以滤除。
为了避免滤波装置无功过补，高压无功补偿控制器针对现场负载容量
的变化先投切5次单调谐滤波支路，再投切7次单调谐滤波支路，最后投切11次高通滤波支路，以保证滤波效果以及无功不会对上游电力系统反送。滤波装置自动投切控制器具有以下特点：
在线测量I、V，并计算COSφ。可根据滤波装置运行操作的特点、系统设计的要求、实际运行经验设置投切条件。根据无功需要量和电压高低自动投切滤波器。异常报警闭锁出口：当继保动作、开关拒动或装置失电时，发出声光报警，显示故障部位并闭锁出口。
自动、手动切换。当手动操作时，控制器自动闭锁退出控制。
自动发出控制指令前，首先探询动作后的预期参数，以减少动作次数和动作
延时，动作间隔时间可调，功率因数控制值可调。
四、补偿容量设计
无源滤波器的电容器安装容量不仅决定系统的功率因数，同时也影响滤波装置的滤波效果。如果将系统的功率因数从目前的0.91补偿到0.97，由公式可知需要的实际补偿容量为 4500kvar，同时该补偿容量在系统半载情况下亦不会过补。根据单调谐及高通滤波支路的电容电压校验标准可知，该装置的电容器额定电压不小于26KV，由此可知电容器的实际安装容量为9000kvar。
根据滤波支路电容器最小安装容量校验公式校验，分配的容量不能小于下式确定的容量：
Qc,min=2UsIh/[(1-λ)K2]
其中Ih为谐波电流，Us为电网电压，λ为电抗率，K为电流过载倍数，此处取值为1.0。
系统的基波电流约为：381.51A，5次谐波电流值为44.01A，7次谐波电流值为27.58A，11次谐波电流值为9.35A，13次谐波电流值为5.95A。
由此以上数据及高压滤波装置设计原则可知，5次支路、7次支路及11次支路电容器的安装容量分别为：4800KVAR，3000KVAR及1200KVAR。
根据电容器的实际安装容量及滤波器设计谐振频率，电容器、电抗器及电阻器的关键参数如下：其中电抗器采用空心滤波串联电抗器，电抗器率±5%可调，滤波支路具体工作频率点，现场调试。
五、附现场照片
