2026-08-26 · Edison-pq-doctor · 黑石 · Robert Black

E-03 · 中频炉复盘：普通电容未补到 0.90，谐波已被放大

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核心结论速览

• 这是一篇复盘。 原测试约 2011 年 7 月 15、16 日，仪器 Hioki 3196。2026 年按当年留下的原始测试数据重审计。数据已脱敏，隐去厂名、户号、订单号。
• 现场： 10 / 0.4 kV，三台变。1#、2# 各 2500 kVA，负荷为中频炉与直流电机；3# 1600 kVA，负荷为空压机。测点在变压器低压母线，以及炉、电机支路。
• 常见误区：
• 高压侧无功或功率因数到了，就认为补偿已经合格；
• 电压畸变升高，就断定已经谐振。
• 关键对照（1# 母线，方案整理值）： 投入普通电容前功率因数约 0.72，电压总畸变率 2.18%；投入后功率因数约 0.82，电压总畸变率 4.36%，电流总畸变率 7.54%→9.78%。屏摄：投入后电流波形明显变差；电压 18 次可高于 5 次（CH3：18 次 7.15 V，5 次 6.70 V）。中频炉支路电压总畸变率可到 12.05%，电流总畸变率约 29%。原测试结论：补偿后功率因数不能到 0.90 以上。
• 重审计： 普通电容既未把功率因数补到 0.90，又把谐波放大了。功率因数到了，主要对应电费里的功率因数调整；谐波放大和谐振风险是另一件事。按当时常见 8421（50 kvar 步长）重估，本次测试记录上基波颗粒度够用。用 Edison-pq-doctor 的频域方法做仿真复核：中频炉母线用 5 次失谐 LC 串补、配可控硅投切，方向成立，技术成熟，性价比仍然合适。本案没有验收报告。

现场很常见的标准是：高压侧无功或功率因数到了，补偿就算合格。功率因数达标，主要解决的是电费里功率因数调整这一项。如果补偿同时把谐波放大了，母线电压畸变、设备过电流、并联谐振条件都会跟着来。所以不能只拿功率因数一张表结案。

电压畸变跟着升高，也不等于已经谐振。仪器屏上的功率因数只是入口。本次用的是当年留下的原始测试数据，重新处理、分层核对，再用 Edison-pq-doctor 的频域方法做仿真复核。

这次复盘可以收成三步：

1. 原始数据。 仪器连续记录、屏摄和方案整理值，是本次审计的元数据。
2. 重新处理。 投切对照、母线与支路分层，对上变比和工况。
3. 仿真复核。 用 Edison-pq-doctor 的频域方法，按变压器阻抗重算纯电容与 LC 分流。

本篇案例已脱敏。历史方案作档案。数字可以按原文、屏摄和预评估自行复核。

一、现场背景

压力容器厂，中频加热。供电 10 kV / 0.4 kV，变压器三台。

1#、2# 阻抗电压约 6.5%（方案写 6.466% / 6.566%），联结组 D/yn11。3# 阻抗电压约 6.46%。

测点在各台变压器低压母线，以及炉、直流电机支路。仪器 Hioki 3196。方案写测试日 2011-07-16；屏摄文件日期是 2011-07-15。本篇数字分两套：方案里的整理值，和仪器当场屏摄。负荷有波动，两次不是同一秒，投与不投的方向一致。

1# 母线测试时，车间有一台 650 kW 中频炉未开。

二、当时的问题与方案

先写清文件性质：这是当年的技术方案，内含现场测试报告。不是验收。现有档案中也没有验收报告。

当时看到的问题可以收成三句：二次侧谐波大；原普通电容柜容值下降；功率因数偏低，补偿后仍不能到 0.90 以上。业主要做动态无功补偿和谐波治理改造。

当时给的方向：5 次 LC 滤波支路（串补），可控硅投切。容量按正文：1#、2# 各 1300 kvar（两面 650），3# 650 kvar，合计 3250 kvar、5 面柜。 同一份文件的参数表把「合计」写成 1300，与正文不一致。方案正文没有写出投切步长表。按当时常见做法，一面 650 按 8421 重建为 50 + 100 + 200 + 300 kvar；1#、2# 两面独立，最小步长 50 kvar。这是重建假设，不是从参数表抄下来的。

后文按原始数据重处理，并用频域仿真复核三件事：普通电容当时有没有把谐波放大、功率因数有没有补到 0.90；8421 颗粒度对本次测试记录够不够；LC 串补加可控硅投切在计算上是否站得住。

三、Edison-pq-doctor 重审计

1. 普通电容投切对照

先看波形，再看数。下面两张都是 1# 变低压母线、仪器「电压/电流」波形屏，两周波。

补偿前：

普通电容投入后：

1# 功率因数从约 0.72 升到约 0.82，仍未到 0.90，电流波形已经变差。功率因数这一项有改善，谐波这一项在变差。

方案把 1# 母线整理成一张对照：

功率因数从约 0.72 走到约 0.82，仍不到 0.90。电压总畸变率几乎翻倍。5 次电流只从 114 A 量级升到 121 A 量级，增加有限；电压畸变却翻了一倍——说明系统侧阻抗在谐波频率被电容抬高了，同一量级的谐波电流在母线上撑出更高的谐波电压。

屏摄是当场的一帧，和整理值对不到小数点，但方向一致。补偿前功率屏：有功约 0.815 MW，无功约 0.810 Mvar，功率因数 0.709。投入后：有功约 0.945 MW，无功约 0.660 Mvar，功率因数 0.820。有功也变了，不是严格同一负荷点。

投入后的电压谐波清单更说明问题：CH3 电压 THD 3.80%；5 次 6.70 V，18 次 7.15 V，比 5 次还高。16、17、19 次一串都在。6 脉波整流的特征次是 5、7、11、13。电容投入以后，18 次附近出现抬高，是并联谐振把某段频率抬起的典型表现。

本次没有做阻抗扫描，尚不能判定已经发生谐振。能写的是：对照已经测到放大，而且放大打到了特征次以外；现场具备并联谐振放大的条件。

2# 母线同一类对照：5 次谐波电流 61.4 A → 90.9 A，电压总畸变率 1.63% → 2.01%，电流总畸变率 4.10% → 5.73%。谐波放大在另一台变上同样测到。

放大的后果并不止于一张畸变率表。谐波电流进入电容支路，使电容过电流、过电压、发热，容值下降——这一点当年方案已经写过，屏摄与整理值对得上。变压器要承担附加损耗。母线电压畸变升高。电缆同样承受谐波电流引起的发热。这些是工程机理支持的应力，不是推断已经发生某一次设备事故。

2. 母线功率因数不到 0.90，炉支路谐波更重

原方案测试结论已经写明：普通电容补偿后，功率因数不能到 0.90 以上。1# 本次记录功率因数 0.64～0.83，均约 0.74；2# 0.66～0.74，均约 0.70。3# 补偿前约 0.89，投入后约 0.91，方案写当时容值已经下降。

同一台 2500 kVA 下面，母线电压总畸变率补偿前只有 2% 量级。650 kW 大口径中频炉支路，方案整理值是电压总畸变率 12.05%，电流总畸变率约 29%，5 次 146.7 A。屏摄一帧：电流几乎看不出正弦；基波约 497 A，电流 THD 23.61%。

小口径 650 kW 炉：功率因数约 0.85，电流总畸变率约 26%，5 次 116 A。550 kW 炉：功率因数约 0.81，电流总畸变率约 29%。160 kW 直流电机：功率因数约 0.24，电流变化快，和炉不是同一档。

只看母线功率因数，会把炉侧漏掉。危害落在三处：炉侧电压畸变；电容过电流、过电压、容值下降；变压器和电缆附加发热。分层测，才能把母线和支路分开。

3. 频域仿真复核：8421 分组与 LC 串补

普通纯电容不宜继续用在中频炉母线上，改为 5 次 LC 串补、可控硅投切——这是当年方案的方向。下面按本次原始数据重处理，并用 Edison-pq-doctor 的频域方法做仿真复核：按本次记录做 8421 投切，并按变压器阻抗做频域分流。本案没有投运后的实测对照，预评估不是验收。

分组。 方案未写步长表。按 8421 重建后，一面 650 为 50～650 kvar、间隔 50；1#、2# 两面独立，上限 1300。计算规则：所需千乏按到功率因数 0.90，取不超过需求的最大一档，避免过补。炉的开停全过程、是不是必须 20 ms，本次记录不是全日曲线，评不了。

颗粒度对本次记录的功率因数目标够用。严格 ≥0.90 的点不是全部，是因为「不过补」会停在需求下一档，差在 50 kvar 死区里，不是步长失败。1# 的 1300 是滤波通道，本次记录的基波只用到四百千乏量级。

频域。 谐波源取 1# 补偿前 5 次 114.2 A。纯电容随 8421 档位投入，5 次进入变压器可以高于源；约 50～100 kvar 时谐振次数在十几次，和屏摄 18 次电压抬高同向。LC（约 4.2 次失谐）各档 5 次进变都低于源。

一次投满 1300 纯电容的 6 倍是计算上界。现场原柜不是一次投满；实测 5 次只从 114 A 走到 121 A，电压畸变已经翻倍。普通电容按 8421 分档投入，仍然会放大 5 次——放大不靠一次投满才出现。

对中频炉这类 6 脉波整流负荷，串补方向是对的。 5 次失谐 LC 既能补基波无功，又能把主要谐波电流从变压器侧分流出去。配可控硅投切，合闸无冲击、电容无涌流，是比较安全的成熟做法。按现在的技术条件，从成熟度和性价比看，这仍是很合适的路径，不必默认改走有源装置。

本次计算取 LC 1300 kvar、约 4.2 次失谐。5 次恰调时残量极低，模型偏乐观，工程上还要计入电缆、电抗偏差、负荷与谐波同时变。加上电抗之后，5 次电流改走滤波支路，电容上的谐波应力减轻，并非不受力。

原迭加表 1# 设计 5 次约 600 A，是炉额定口径，比母线实测大约 5 倍，不宜与实测列在同一张对照表里。

这一段的结论是：8421 对本次记录的基波够用；5 次 LC 串补加可控硅投切，方向成立，技术成熟，性价比仍然合适。 本案没有投运后的实测对照。

四、观察与教训

1. 普通电容在中频炉母线上会放大谐波。 本案对照已经测到：波形变差，电压畸变几乎翻倍，高次被抬起来。按 8421 分档投入，计算上同样会放大。后果落在电容、变压器和电压上。未做阻抗扫描，尚不能判定已经发生谐振。
2. 功率因数到了，不等于谐波问题已经解决。 功率因数达标，主要对应电费里的功率因数调整。1# 从约 0.72 到约 0.82，仍不到 0.90，同时电压畸变几乎翻倍。炉支路要单独看谐波。母线一张表看不见炉侧 12%。
3. 5 次 LC 串补加可控硅投切，方向成立。 对中频炉母线，这是成熟、安全、性价比仍然合适的路径：能补无功，也能分流主要谐波；可控硅投切无冲击、电容无涌流。8421 颗粒度对本次测试记录够用。本案没有投运后的实测对照。

说明： 个案已脱敏。屏摄为仪器原画面，隐去厂名。方案整理值与屏摄一帧不是同一秒，负荷有波动，对照看方向。8421 步长为按当时常见做法的重建，方案正文未列表。未做阻抗扫描，尚不能判定谐振已经发生。LC 与分组效果为预评估，不是投运实测。本案无验收报告。

黑石 · Robert Black · Edison-pq-doctor · E-03 · 2026-08-26

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