E-06 · 精密铸造：功率因数合格，谐波电流仍可能超标
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核心结论速览
- 测试场景： 精密铸造。10 / 0.4 kV，S11 800 kVA，uk 4.83%，Dyn11。负荷为三台 0.35 t 中频感应炉（六脉波整流）。测点在变压器低压侧。仪器 Hioki 3196。投前 2009-12-24；投运测试 2010-07-06；验收 2010-12-22。数据已脱敏。
- 发现： 功率因数已经接近合格，谐波电压和谐波电流仍超标。投前功率因数均值 0.94，5 次电流最高 241 A。验收后功率因数 0.983，电压总畸变率进入 5%；5 次 95% 为 95.5 A，允许值 103 A，接近允许值（仪器最高与允许值相同）。7 次裕度大。无源再提高 5 次滤除率，要么再加基波容性（轻载更过补），要么把调谐点收到离 5 次更近（间隔不够）。11、13 次加支路则没有无功余地。无源方案在安全和过补偿约束下能力到此。
- 关键数据： 投前：功率因数 0.79～0.96，无功 50～102 kvar（整段不超过 102），5 次 76～241 A。方案：设备容量 5 次 2×240 kvar、7 次 2×120 kvar；基波约 450 kvar（5 次每组约 150 kvar）。投运：5 次滤除率约 60%，投后占允许值 93%。
- 用现在的技术： 无源打底，并联约 50～100 A 有源：5 次离开允许值，并覆盖 11 次以上，不增加基波容性。5、7 次主容量仍由无源承担。
本篇已脱敏。有投运实测的，效果用实测。评估只评设计是否合理。
一、项目简介与投前测试
供电 10 kV / 0.4 kV。变压器一台，S11 800 kVA，uk 4.83%，Dyn11。负荷为三台 0.35 t 中频感应炉。测点在变压器低压侧。
中频炉为六脉波整流，特征谐波为 5、7、11、13 次。有功、无功随熔炼工艺变化，时间尺度为数十秒至分钟，不是周波级冲击。供电部门对公共连接点同时考核功率因数，以及 GB/T 14549 规定的电压谐波和谐波电流。
原始材料包括技术方案（含投前测试）、验收报告和仪器 CSV。投前 CSV 含功率因数、有功、无功及 5、7、11、13 次电流，无 3 次电流列；验收谐波 CSV 无功率因数、无功列；验收报告正文有各次谐波电流 95% 概率值表，功率因数 0.983 取自验收截图整理。
投前谐波电流（仪器 CSV，2009-12-24）：
| 次数 | 平均值 | 最大值 |
|---|---|---|
| 5 次 | 184 A | 241 A |
| 7 次 | 101 A | 134 A |
| 11 次 | 57 A | 70 A |
| 13 次 | 43 A | 53 A |
方案正文整理值与上表最大值一致（5 次 241 A，7 次 133.7 A）。电压总畸变率 5.5%～12.4%（均值 9.5%），电流总畸变率均值 22.5%。功率因数 0.79～0.96（均值 0.94），无功 50～102 kvar，有功 105～286 kW。无功最低约 50 kvar 对应有功约 105 kW、功率因数 0.79，是这段录波里的轻载，不是炉子停机。
二、原方案：传统单调谐滤波如何确定
方案在 400 V 母线装单调谐 LC，真空接触器投切。原文写清了两个容量，不要混：
- 设备容量 720 kvar：柜上按组标注的安装容量。5 次两组各 240 kvar，7 次两组各 120 kvar。这是千乏（kvar），不是千瓦。
- 基波补偿容量 450 kvar：真正补到母线上的工频无功。方案没有列出每组基波表，按 450/720 折算：5 次每组约 150 kvar，7 次每组约 75 kvar。
滤波支路要吸收谐波电流，电容器必须按谐波电流选型，因此设备容量大于基波容量。150 kvar 不是「5 次做成了一组 150」，而是 240 kvar 那一组投上去以后，工频无功大约是 150 kvar。
方案的设计逻辑：
- 实测频谱，5、7 次电流最大，作为调谐点。
- 按 5、7 次谐波电流确定滤波支路容量。基波是伴随量，不是按无功缺额 50～102 kvar 来定的。
- 只设 5、7 次，不设 11、13 次。
- 投切顺序：先投入较低次数（5 次），再投入较高次数（7 次）。
- 开关为专用真空接触器。负荷变化缓慢；LC 合闸涌流大，单组容量不能过大。
| 组别 | 调谐次数 | 设备容量 | 基波补偿（按 450/720 折算） |
|---|---|---|---|
| 第 1 组 | 5 次 | 240 kvar | 约 150 kvar |
| 第 2 组 | 5 次 | 240 kvar | 约 150 kvar |
| 第 3 组 | 7 次 | 120 kvar | 约 75 kvar |
| 第 4 组 | 7 次 | 120 kvar | 约 75 kvar |
| 合计 | — | 720 kvar | 450 kvar |
5 次合计 480 kvar，是 2×240 kvar，不是 2×480 kvar。7 次合计 240 kvar，是 2×120 kvar。
投运效果
投运效果以验收报告和仪器 CSV 为准，不用另行推算的电流。
工程案例从验收材料整理的对照（投前快照对验收快照）：
| 指标 | 投前 | 投后 |
|---|---|---|
| 功率因数 | 0.947 | 0.983 |
| 电压总畸变率 | 10.24% | 3.16% |
| 电流总畸变率 | 20.36% | 9.77% |
投前功率因数有连续录波：0.79～0.96，均值 0.94。投后仪器谐波文件没有功率因数、无功列；0.983 是验收截图整理的一个点，对应重载（7 月基波电流约 914 A）。报告结论写功率因数 0.9 以上。
电压总畸变率：7 月仪器 2.33%～3.16%（与整理值 3.16% 上限一致）；12 月仪器 3.74%～4.76%，仍低于 5% 限值。
谐波电流以验收报告 95% 概率值为准。同日仪器最大值略高，方向一致。下图每组有一条红线，是 GB/T 14549 按 0.4 kV、Sk≈16.6 MVA 折算的允许值，用来对照离标准有多远。报告判定 3～19 次奇次均达标。
| 次数 | 投前最高 | 2010-07 报告 95% | 2010-12 报告 95% | 2010-12 仪器最高 |
|---|---|---|---|---|
| 3 | （无列） | 14.5 A | 27.9 A | 29 A |
| 5 | 241 A | 97.7 A | 95.5 A | 103 A |
| 7 | 134 A | 30.0 A | 23.7 A | 25 A |
| 11 | 70 A | 11.4 A | 23.7 A | 24 A |
| 13 | 53 A | 11.4 A | 17.8 A | 18 A |
| 17 | （无列） | 10.9 A | 12.9 A | 13 A |
| 19 | （无列） | 9.9 A | 9.8 A | 10 A |
7 月报告另有一张本台 800 kVA 滤除率简表：5 次 181.4 A → 91.2 A，7 次 92.1 A → 24 A，电压总畸变率 3.15%。181.4 A 接近投前平均值 184 A，与 95% 表不是同一口径；效果叙述以 95% 表和仪器 CSV 为准。
3 次投后最高 29 A。变压器 Dyn11，三次在三角形绕组内环流，上不了 10 kV。GB/T 14549 不以电流总畸变率为公共连接点限值。
三、评估：无源方案最好能做到哪一步
滤波效果以第二节实测为准。评估三件事：轻重载过不过补；5 次滤除率还能不能再进；11、13 次为什么加不了。无源做不到尽善尽美，只看约束下的极限。
1. 轻重载：固定分组下，轻载会过补偿
档案里没有真正的空载、停炉点。投前 CSV 最低有功仍约 105 kW，是熔炼过程中的轻载，不是炉子关掉。投后谐波文件没有无功、功率因数时序，轻载现场切没切组，不能从验收点反推。
能用来核对过补偿的，是投前整段 P、Q，加上验收那一个重载点：
| 工况 | 有功 | 无功（负荷侧） | 功率因数 | 第一组 5 次（基波约 150 kvar）投上以后 |
|---|---|---|---|---|
| 投前轻载 | 约 105 kW | 约 50 kvar | 0.79 | 50 − 150 = 过补偿约 100 kvar（超前） |
| 投前这段里偏重 | 约 286 kW | 约 102 kvar | 0.96 | 102 − 150 = 仍过补偿约 48 kvar |
| 投前整段 | 105～286 kW | 全程 ≤ 102 kvar | 0.79～0.96 | 都小于 150 kvar，这一段里投第一组就会过补 |
| 验收重载 | 约 622 kW | 净无功约 116 kvar 滞后 | 0.983 | 负荷无功大于当时已投入的基波容性，这一档吃得住 |
验收 0.983 是重载。7 月基波电流约 914 A，视在功率约 633 kVA。那一点不能代替轻载。
分组把 5 次拆成两路 240，级差已经是方案里最小的 5 次档。即便改投一组 7 次（基波约 75 kvar），对轻载 50 kvar 仍然过大。固定接触器投切、按谐波电流来定的单组容量，轻载过补偿是结构性的，不是调一下整定就能消掉。
2. 5 次滤除率：还能多滤，但无源不宜再进
按投前最高对 12 月报告 95%：
| 次数 | 投前最高 | 投后 95% | 滤除率 | 允许值 | 投后 / 允许值 |
|---|---|---|---|---|---|
| 5 | 241 A | 95.5 A | 60% | 103 A | 93% |
| 7 | 134 A | 23.7 A | 82% | 73 A | 32% |
| 11 | 70 A | 23.7 A | 66% | 46 A | 52% |
| 13 | 53 A | 17.8 A | 66% | 40 A | 45% |
| 17 | （无列） | 12.9 A | — | 22 A | 59% |
| 19 | （无列） | 9.8 A | — | 20 A | 49% |
5 次是瓶颈：滤除率 60%，投后已经用到允许值的 93%；仪器最高 103 A，与允许值 103 A 相同。7 次裕度大。11、13 次没有专用支路，靠 5、7 次失谐段也能降一部分，但投后仍占允许值一半上下。
5 次还能不能再滤一点？两条路，无源都不好走：
- 再加 5 次容量。 再来一组就是再加约 150 kvar 基波。上面轻载表已经吃不住第一组，容量加不上去。
- 调谐点再往 5 次靠。 仿真上，调谐从 4.8 收到 4.95，5 次电压倍数从约 0.12 降到约 0.03，滤得更多；同时调谐点与 5 次的间隔从 0.2 次收到 0.05 次。电容偏差、频率 49.5～50.5 Hz，会把实际调谐点挪一截。间隔留太小，支路可能贴上 5 次，甚至偏到 5 次以上，滤波变成放大。方案大约 4.8 次，就是把滤除率和安全间隔做了权衡。
结论：有源可以把 5 次再压下去，不增加基波容性，也不把调谐点往 5 次上贴。无源方案在过补偿和谐振间隔这两条约束下，能力到此。不是不想多滤，是再进不安全。
一组 5 次设备容量 240 kvar、基波约 150 kvar，按电容器过电流 1.3 倍大约能带 180 A 的 5 次电流，小于投前 241 A，所以必须两组。7 次同样：一组约 90 A，投前 134 A，必须两组；投切必须先 5 后 7，避免在 5 次附近并联谐振。分组本身是成立的。
3. 11、13 次：谐波上得了，无功余地没有了
投前 11 次 70 A、13 次 53 A，投后仍约 24 A、18 A，没有超允许值，但也不是可以忽略。
要设 11 次支路，按同样过电流估算，带走约 70 A 大约还要 60 kvar 量级基波。投前功率因数已经 0.94～0.96；5、7 次基波已经 450 kvar；轻载无功只有 50 kvar。滤波支路不是只滤谐波、不补无功——加上去，谐波能再降一截，容性无功先过补偿。次数再多，先低次后高次的闭锁更难做稳。
不是频谱上没有 11、13 次，是无功余地没有了。
四、用现在的技术，还能做得更好
无源单调谐把电压总畸变率送进限值，谐波电流验收达标。上面三条约束同时在：轻载吃不住第一组基波；5 次滤除率再进会贴调谐点；11、13 次没有无功余地。真空接触器与慢变化中频炉仍匹配，这一档无源已经是它能安全到达的位置。
还可以做得更好：在 400 V 母线与现有 LC 并联约 50～100 A 有源滤波器。5 次从接近允许值再拉开，11、13、17、19 次无源覆盖不到的部分由有源承担（12 月最高约 24、18、13、10 A）。有源不增加基波容性，也不把 5 次调谐点往 5.0 上收。5、7 次主容量仍由无源承担更经济。轻载要改善，只能减小最小投切级差，或用有源做无功微调，并补做轻载功率因数录波。本案没有 2026 年复测。
五、观察
说明： 投运效果以验收报告 95% 谐波电流、电压总畸变率仪器文件、功率因数验收整理值为准。允许值按 0.4 kV、Sk≈SN/uk 与 E-01 同一算法，画在实测柱上对照，不是另算一套电流。基波分组按 450/720 折算。5 次调谐间隔图为仿真趋势。投前没有空载点；投后无轻载无功时序。
黑石 · Robert Black · Edison-pq-doctor · E-06 · 2026-08-27