项目背景

本项目客户为浙江平湖某金属制品企业，主要从事冷轧钢材加工。主要用电设备包括冷轧轧机、剥壳机、开卷机、收卷机、矫直机和剪切机，其中轧机驱动采用变频器。

生产过程中负载变化频繁，轧机运行时产生大量谐波电流，原有电容补偿装置电容器经常损坏，功率因数长期偏低。为此，企业对变压器低压侧的无功补偿进行了改造。

图1 客户低压配电室

现场问题分析

一、轧机变频驱动产生大量谐波电流

轧机的变频驱动属于典型的非线性负载，运行过程中向配电系统注入大量谐波电流，导致电网电能质量下降。

改造前，轧机运行时谐波电流较大，配电系统电能质量下降。谐波水平一般参照GB/T 14549-1993《电能质量 公用电网谐波》评估，具体限值见文末「常见问题解答」。

二、无功变化大，功率因数长期偏低

设备启动、运行时无功变化较大。原有普通电容补偿投切响应慢，难以跟随无功的快速变化，容易出现欠补偿或过补偿。改造前功率因数长期偏低，存在被加收力调电费的风险。

三、电容器经常损坏，补偿效果下降

原有电容补偿装置投入运行后，经常出现电容器损坏，补偿效果随之下降。在谐波电流较大的系统中，电容器的容抗随频率升高而减小，谐波电流容易流入电容器；当电容器与系统电感在某次谐波附近形成谐振时，还会放大谐波，造成电容器过流、发热。这是轧机等变频负载现场电容器容易损坏的常见原因之一。

解决方案

该现场负载变化频繁，电容器在谐波环境下经常损坏，继续依靠电容器分级投切难以稳定补偿。本项目采用HDSVG静止无功发生器进行动态无功补偿，安装在变压器低压侧：

• 动态无功补偿：SVG通过电力电子变流器产生补偿电流，输出连续可调，可跟随设备启动和运行时的无功变化，减少欠补、过补。
• 不依赖电容器组投切：SVG通过电力电子变流器产生补偿电流，输出连续可调，不存在电容器组与系统电感发生并联谐振的问题，补偿系统受谐波环境的影响较小。
• 治理目标：动态补偿无功功率、提升功率因数、提高设备运行稳定性。

产品应用

图2 HDSVG静止无功发生器在配电室壁挂安装

改造效果

改造前后现场运行情况对比如下：

• 功率因数明显改善，力调电费考核风险降低。
• 动态无功补偿由SVG承担，可跟随设备启动、运行时的无功变化，减少欠补、过补。
• 改造完成后，生产设备运行稳定，有利于减少设备故障、提高生产连续性。

常见问题解答

冷轧轧机用变频器，谐波超标会带来哪些影响？

谐波电流会使变压器、电缆附加发热，增加损耗；流入电容补偿回路时，容易造成电容器过流、发热甚至损坏；电压谐波偏高时，还可能干扰控制系统和测量仪表，引起开关误动作等问题。轧机功率大、负载变化频繁，谐波问题往往比较突出，建议定期做电能质量测试。

电容补偿柜的电容器老是坏，一定是谐波造成的吗？

不一定。电容器损坏还可能与电网电压偏高、投切频繁导致的涌流冲击、柜内散热不良、电容器本身质量等因素有关。但在轧机、变频器较多的现场，谐波是常见原因之一。判断方法是在补偿回路和母线上测试各次谐波电流、电压含量，并检查电容器运行电流是否明显超过额定值。

电容补偿柜加串联电抗器，电抗率选5%还是12%？

按GB 50227-2017《并联电容器装置设计规范》，串联电抗器仅用于限制涌流时，电抗率宜取0.1%～1%；用于抑制谐波时，应根据接入处背景谐波的实测值选择：谐波为5次及以上时，电抗率宜取5%；谐波为3次及以上时，电抗率宜取12%，也可采用5%与12%两种电抗率混装。电抗率选择不当可能放大某次谐波，应先测试再确定。

谐波超标的国家标准是多少？

常用的依据是GB/T 14549-1993《电能质量 公用电网谐波》。其中电压总谐波畸变率限值为：0.38kV电网5.0%，6kV和10kV电网4.0%，35kV和66kV电网3.0%，110kV电网2.0%。谐波电流则按电压等级和公共连接点短路容量规定了各次谐波的允许注入值。

已经有电容补偿柜，还有必要上SVG吗？

要看现场测试结果。如果谐波含量不高、负荷平稳，电容补偿柜配合合适的串联电抗器通常可以满足要求；如果谐波电流大、负荷变化快，电容器经常损坏或补偿效果不稳定，可用SVG静止无功发生器进行动态无功补偿；谐波较大时，可另配APF有源滤波器进行谐波治理。已有的电容补偿柜能否继续使用，需结合谐波测试结果评估。

企业介绍

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。

公司主要产品包括HDSVG静止无功发生器（容量10–10000kvar）、HDAPF有源滤波器（10–5000A），以及电能质量治理、智慧用电相关产品和解决方案。