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工程案例CASES · 市政楼宇
市政集中供热系统需要在供暖季持续运行，循环水泵、补水泵、引风机、鼓风机等动力设备是保障供热系统正常运行的重要组成部分。随着变频调速设备的大量应用，供热企业在提高设备运行效率、实现负荷调节的同时，也面临谐波污染、无功功率波动、功率因数不稳定等电能质量问题。
在淄博淄川区集中供热设施设备更新改造工程项目中，现场动力设备普遍采用变频调速控制。供暖季与非供暖季的负荷差异较大，设备启停和运行工况随供热需求动态变化，对配电系统的无功补偿能力和谐波治理能力提出了更高要求。
针对现场存在的谐波含量偏高、功率因数不稳定、传统电容补偿设备故障等问题，山东恒电电气股份有限公司结合项目实际情况，配置低压智能电容补偿柜与HDAPF有源电力滤波柜，对厂区低压配电系统进行无功补偿和谐波治理。
本项目通过基础无功补偿与有源滤波相结合的方式，改善供热系统的电能质量，为供暖设备连续、稳定运行提供支持。
循环水泵、补水泵以及各类风机采用变频调速运行。变频装置属于非线性负载，在运行过程中会产生谐波电流。多台设备同时运行时，谐波可能在低压配电系统中叠加，影响电流和电压波形。
项目改造前的检测数据如下：
较高的谐波水平增加了配电系统的运行压力，也给电气设备长期稳定运行带来隐患。
供暖系统具有明显的季节性负荷特征。供暖季动力设备运行数量和负荷水平较高，非供暖季负荷则明显下降。同时，循环水泵、风机等设备的运行工况也会随供热需求变化。
改造前，现场功率因数约为0.81，在负荷波动时段存在明显波动。原有传统电容补偿系统的投切方式难以充分适应复杂的负荷变化，造成部分时段无功补偿不足，增加了力调电费考核风险。
现场原有电容补偿设备存在电容器发热、鼓包、老化和失效等问题，部分设备无法正常发挥补偿作用。
在存在谐波的电网中，电容器的运行状态不仅与无功需求有关，还受到系统阻抗、谐波频谱及补偿装置参数等因素影响。如果配置不合理，可能出现谐波放大或并联谐振风险，进一步影响电容补偿设备的运行可靠性。
因此，项目需要同时考虑无功补偿和谐波治理，而不能仅通过增加电容容量解决所有问题。
根据项目现场资料，改造前配电系统存在变压器、母排、电缆及开关设备温升偏高等情况，并伴有变压器噪声、振动偏大等现象。
谐波电流可能增加电气设备的附加损耗和发热，但具体温升及噪声原因还需要结合负载、电流、设备状态和现场检测结果综合判断。改善电能质量有助于降低相关运行风险，保障供热系统的连续运行。
针对现场的谐波污染、无功补偿不足及电容设备故障等问题，山东恒电电气股份有限公司采用低压智能电容补偿柜与HDAPF有源电力滤波柜相结合的治理方案。
低压智能电容补偿柜：2台×250kvar，合计500kvar
HDAPF有源电力滤波柜：2台×100A，合计200A
安装位置：厂区低压配电室母线侧，并联接入相应配电系统，对本台区的无功和谐波问题进行治理。
低压智能电容补偿柜主要承担系统基础无功补偿任务。通过合理配置补偿容量和投切控制，根据实际无功需求调整电容器组投入状态，改善系统功率因数。
本项目配置2台250kvar低压智能电容补偿柜，总无功补偿容量为500kvar，主要用于应对供暖系统运行过程中存在的基础无功需求。
APF有源电力滤波器是一种用于谐波治理的电力电子装置，可通过检测负载谐波电流并产生相应补偿电流，降低电网侧的谐波电流。
本项目配置2台100A的HDAPF有源电力滤波柜，总额定治理容量为200A。设备并联安装于低压配电系统中，针对变频水泵、风机等非线性负载产生的谐波进行治理。
实际治理效果与负载谐波电流、谐波频谱、设备接入点以及滤波器容量等因素有关，需结合现场检测和运行工况进行评估。
通过两类设备协同配置，项目同时针对无功功率和谐波问题进行治理，减少单一补偿方式难以兼顾多种电能质量问题的局限。
需要说明的是，SVG静止无功发生器同样是工业电能质量治理中的重要设备，主要用于快速动态无功补偿。本项目实际采用的设备为低压智能电容补偿柜和HDAPF有源电力滤波柜，并非SVG设备。
HDAPF有源电力滤波柜主要用于工业低压配电系统中的谐波治理，适用于存在变频器、整流设备等非线性负载的应用场景。
本项目中，HDAPF有源电力滤波柜针对供热系统动力设备产生的谐波电流进行补偿，配合低压智能电容补偿柜改善配电系统的电能质量。
图1 恒电有源滤波柜装配示意
低压智能电容补偿柜用于提供基础无功补偿，帮助系统改善功率因数，适应供热设备运行过程中变化的无功需求。
对于存在较明显谐波的应用场景，电容补偿方案需要结合现场谐波检测、系统阻抗和设备参数进行设计，避免因配置不当产生谐波放大等问题。
对于无功功率变化较快、对动态补偿响应要求较高的工业负载，也可以根据现场检测结果评估采用SVG静止无功发生器。
SVG主要解决动态无功补偿问题，APF主要解决谐波电流治理问题。具体采用电容补偿、SVG、APF或组合方案，应根据现场负载特点、功率因数目标、谐波水平和经济性综合确定。
项目改造完成后，根据提供的项目运行数据，现场功率因数和谐波指标均得到改善。
功率因数：改造前约0.81；改造后稳定提升至0.97以上。
谐波：改造前谐波电流畸变率32%、谐波电压畸变率8.7%；改造后电网总谐波畸变率降至5%以内。
电容补偿设备状态：改造前部分设备发热、老化或失效；改造后项目资料反馈相关问题得到改善。
需要注意：改造前提供的是谐波电流畸变率和谐波电压畸变率，改造后提供的是电网总谐波畸变率。由于指标定义和测量口径可能不同，发布时应以现场检测报告为准，确认前后数据具有可比性。
电能质量是否符合相关标准，应结合具体电压等级、测量点、谐波次数及检测报告进行判断，不能仅凭总谐波畸变率低于5%即直接认定符合GB/T 14549全部限值。
改造后，现场功率因数稳定提升至0.97以上。无功补偿能力得到改善，有助于降低功率因数不达标带来的力调电费考核风险。
实际电费变化仍取决于供电合同、计费规则、月度负荷和运行情况，具体节省金额应以电费账单及改造前后数据核算为准。
根据项目提供的数据，改造后电网总谐波畸变率降至5%以内。APF有源电力滤波柜对变频设备产生的谐波电流进行治理，有助于改善配电系统的电流、电压波形。
项目资料反馈，改造后原有电容补偿设备发热、鼓包和失效等问题得到改善，变压器、电缆及开关柜的发热、噪声和振动情况也有所改善。
通过无功补偿与谐波治理协同实施，有助于降低配电系统运行风险，减少电气设备故障和后期维护压力。
集中供热系统对供暖季的供电可靠性要求较高。通过改善功率因数、治理谐波并优化配电系统运行条件，本项目为供热动力设备的连续运行提供了支持，有助于保障市政供热系统的稳定性和安全性。
供热系统中的循环水泵、补水泵、风机等设备广泛采用变频调速控制。变频装置属于非线性负载，运行时可能产生谐波电流。多台设备同时运行时，谐波会影响配电系统的电能质量。因此，应结合现场检测结果判断是否需要配置APF有源电力滤波器等治理设备。
APF有源电力滤波器主要用于治理非线性负载产生的谐波电流。设备通过检测负载谐波并输出相应补偿电流，降低电网侧谐波电流。实际效果与负载特性、谐波频谱、滤波器容量和安装位置等因素有关。
当系统谐波含量较高时，电容器可能承受额外的谐波电流。如果系统参数与电容补偿配置不匹配，还可能出现谐波放大或并联谐振，造成电容器过热、寿命缩短甚至损坏。因此，进行无功补偿设计时，应同步评估谐波环境，必要时配置APF或采用其他适当的滤波措施。
SVG静止无功发生器主要用于动态无功补偿，快速调节系统无功功率、改善功率因数；APF有源电力滤波器主要用于治理谐波电流。两者功能不同，不能简单互相替代。对于同时存在无功波动和谐波问题的工业现场，需要根据检测结果选择单独使用或组合配置。
如果现场以相对稳定的基础无功需求为主，可评估采用低压电容补偿柜；如果负荷变化较快、需要更快的动态无功调节，则可以评估SVG。若同时存在明显谐波，还需要评估谐波治理措施。最终方案应根据现场负荷曲线、功率因数、谐波检测数据及投资成本确定。
如果企业存在功率因数偏低、无功波动明显、电容器频繁损坏、谐波指标异常、配电设备温升偏高或保护装置异常动作等情况，可以开展电能质量检测。通过测量功率因数、谐波电流、谐波电压和负荷变化情况，分析问题成因后再制定治理方案。
山东恒电电气股份有限公司（Heverdin）成立于2013年，注册在济南历下区，生产地址为济南市工业北路75号，服务客户6000多家，是山东省瞪羚企业、科技型中小企业、高新技术企业、专精特新企业。咨询电话400-0909-861。
公司主营SVG静止无功发生器、APF有源电力滤波柜、谐波治理设备及无功补偿解决方案，面向钢铁、冶金、装备制造、新能源、市政热力等行业，针对谐波超标、功率因数偏低、无功波动和电容补偿设备异常等问题，结合现场检测与负载特点提供电能质量治理产品和解决方案。
项目名称：淄博淄川区集中供热设施设备更新改造工程项目。应用产品：HDAPF有源电力滤波柜、低压智能电容补偿柜。应用方向：供热系统谐波治理、低压无功补偿、功率因数改善及电能质量优化。
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