2026-08-28 · Edison-pq-doctor · 黑石 · Robert Black

E-07 · 铸钢中频炉：功率因数从 −0.18 跳到 1.47

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标题里的 1.47 是轻载、视在功率趋近于零时仪器的溢出读数，不是真实功率因数。功率因数的定义不可能大于 1。

核心结论速览

• 测试场景： 铸钢。630 kVA 带 1 t 中频炉，500 kVA 带 0.75 t 中频炉。测点在变压器低压侧。Hioki 3196。投前 2010-04-10；装置 5 月投运；验收 2010-12-23—24。原始材料为技术方案（含仿真）、投前 CSV、验收报告。
• 发现： 1# 变功率因数从 −0.18 跳到仪器溢出的 1.47，看起来很差。对应无功只有 −10～+9 kvar，约占测试时长的 5%。供电部门按月电量做加权平均功率因数，这几分钟几乎拉不动月平均值。谐波电流验收过了；电压总畸变率 5.52%，没有进 5% 限值。1# 变 5 次 89.6 A，允许值 91.3 A。
• 关键数据： 约 94% 时间有功大于 500 kW，约 5% 时间接近零功率。轻载功率因数均值 0.20、无功均值 −5.3 kvar；重载功率因数均值 0.90、无功均值 323 kvar。投前 1# 变电压总畸变率均值 14.5%，5 次电流均值 215 A。
• 用现在的技术： 无源 5、7 次支路可以保留。要把滤除率再往仿真那个点上靠，调谐得更尖，并联谐振风险上升。并联有源滤波器补 5 次余量、覆盖 11 次以上，不必为轻载那几分钟的功率因数读数去加柜。

本篇已脱敏。有投运实测的，效果用验收报告。评估只评设计是否合理。

一、原方案是什么

供电 10 / 0.4 kV。两台变压器分列运行：1# 为 S11 630 kVA、uk 4.28%、Dyn11，带 1 t 中频炉；2# 为 S9 500 kVA、uk 3.96%、Yyn0，带 0.75 t 中频炉。

中频炉六脉波整流，特征谐波 5、7、11、13 次。有功在满功率和待机 / 出钢之间切换。1# 变约 94.4% 时间有功大于 500 kW，约 5.4% 时间小于 100 kW，中间只占 0.2%。15 s 间隔有功平均变化约 8.5 kW。这不是轧机咬钢那种连续冲击，是阶跃式启停后再稳住。

2# 变录波里出现过与变压器容量、电流最大值对不上的有功峰值，本文不以该峰值做依据。2# 按电流、无功、谐波和验收表写。

投前测试

2010-04-10，Hioki 3196，低压侧。1# 变 21:58–23:24（354 组）；2# 变 23:30–次日 0:23（225 组）。

1# 变： 有功 0～749 kW（均值 642）；无功 −10～427 kvar（均值 305）；功率因数 −0.18～1.47（均值 0.87，最大值是仪器溢出）；电压总畸变率均值 14.5%（最高 20.5%）；5 次电流均值 215 A（最高 256 A）；7 次均值 122 A。

2# 变： 功率因数 0.00～0.99（均值 0.84）；电压总畸变率均值 20.0%（最高 25.0%）；5 次电流均值 191 A；7 次均值 109 A。

0.4 kV 公共连接点电压总畸变率限值一般为 5%。谐波电流允许值用验收报告：1# 变 5 次 91.3 A、7 次 64.8 A。投前 5、7 次都远高于允许值。

原方案设计

两台变低压各装无源单调谐滤波，晶闸管投切。5 次两组、7 次一组。

方案仿真写明：取 1# 变「一组较大的数据」。仿真：5 次 239 A → 22.6 A（滤除率 90.5%），7 次滤除率 91.6%，电压总畸变率 13.6% → 3.19%。这是重载设计点上的理想分流，不是验收统计。

投运效果

2010 年 5 月投运。12 月 23—24 日验收，供电公司参与。投运后两台均按 640 kvar 运行。谐波电流以验收报告的 95% 概率值为准（GB/T 14549 常用评估统计）。电压总畸变率按报告给出的百分数。

1# 变： 5 次 206.1 A → 89.6 A（允许值 91.3 A，滤除率 53.4%）；7 次 121.6 A → 36.5 A（允许值 64.8 A）。电压总畸变率 5.52%。

2# 变： 5 次 210.5 A → 39.8 A（允许值 78.9 A，滤除率 81.1%）；7 次 114.5 A → 19.5 A。电压总畸变率 5.09%。

验收结论写：各次谐波电流符合 GB/T 14549-1993，功率因数 ±0.9 以上。谐波电流这一项过了。电压总畸变率 5.52%、5.09%，没有进 5% 限值。

二、Edison-pq-doctor 分析审计原方案

2.1 功率因数跳得很低，不等于月考核过不去

1# 变功率因数可以从 −0.18 跳到仪器溢出的 1.47。看见 −0.18，容易当成补偿不够。把同一段无功摊开：

功率因数最低的时候，无功反而最小。轻载有功接近 0，无功只有几到十 kvar。功率因数是 P/S：有功趋近于零时，读数可以到 0、负值，仪器还可能溢出到大于 1。这不是无功很大。

供电部门考核的通常不是某一秒的功率因数，而是月有功电量、无功电量算出的加权平均功率因数，再对照功率因数调整电费。短时、无功又小，对月电量几乎没有贡献。

本段录波：1# 变轻载约 4.8 分钟（5.4%），无功均值 −5.3 kvar，轻载无功电量约占这段总无功电量的 0.1%。这段加权平均功率因数 0.903；把轻载无功改成 0，还是 0.903。2# 变轻载无功均值 33.7 kvar，占比约 0.5%，加权值差 0.001。

启停、出钢那几分钟看起来紧张，并不等于功率因数调整电费会被这段读数拉过去。谐波电流超标是另一件事。验收写「±0.9 以上」是验收用语，不等于轻载瞬时值也要稳定在 0.9。

长期停炉而滤波支路不切除，容性无功会按小时累进电量，那是另一类问题。本段只有约 5% 的短时轻载，做不出必须为空载加柜的结论。

2.2 仿真 90.5%、验收 53.4%：不是同一件事

方案仿真 5 次滤除率 90.5%（239 A → 22.6 A），验收 53.4%（206 A → 89.6 A）。不要先判仿真算错了。

滤波器仿真是理想模型：元件按额定参数，通常取一个代表工况。本案写明取的是「一组较大的数据」，也就是重载设计点。算出来的是这个点上的分流比。

验收看一段时间里的 95% 概率值，还包含电网背景、元件偏差、工况不全在设计点上。设计点滤除率高于现场 95% 值，在无源滤波里常见，不能把方案里的 90% 当成投运保证值。

电压同一道理。仿真收到 3.19%；验收 1# 变 5.52%、2# 变 5.09%。报告另记电网侧背景电压畸变约 4%。对外仍以验收百分数为准。

1# 变 5 次 89.6 A 对允许值 91.3 A，余量 1.7 A。2# 变同结构装置，5 次 39.8 A 对 78.9 A，裕度大。

2.3 谐波电流过了，电压总畸变率没有进限值

严格说，这份验收不是「全部合格」。谐波电流 95% 概率值过了；电压总畸变率 5.52%，高于 0.4 kV 一般为 5% 的限值。

无源单调谐要把滤除率再往仿真 90% 那个点上靠，就要把调谐做尖。调谐越尖，滤波越好，系统阻抗一变，并联谐振、谐波放大的风险越高。调谐留得钝一些，更安全，滤除率就上不去。这是无源方案在安全和效果之间的取舍，不是装置没装好。

再问：安全前提下，改无源设计能不能把电压总畸变率送进 5%？背景已经约 4%。本侧谐波再滤，电压畸变也很难单独压到限值以下——滤波器滤的是本侧电流，消不掉电网侧已经有的电压畸变。所以无源再改一组、再把调谐收尖，都不宜当成「电压一定能进 5%」的办法。这是这类方案的能力边界。

三、用现在的技术，还能做得更好

重载功率因数均值已在 0.88～0.90，无功不是缺一大截。缺的是 1# 变 5 次余量，以及电压总畸变率没有进限值。

保留现有 5、7 次无源支路，负责稳态主容量。并联有源滤波器：补 5 次那 1.7 A 量级的余量，并覆盖无源没有专设支路的 11、13 次。有源不靠把调谐做尖来换滤除率，也就没有那一组谐振取舍。基波无功仍由无源承担。

容量不必按投前 5 次 200 A 来选有源。无源已经把 1# 变 5 次收到约 90 A，有源按残余和 11 次以上来选，大约百安量级。整柜改成全有源能做，但本案重载功率因数已经接近考核线，钱主要不应花在再买基波无功上。

短时功率因数低读数，不是升级的理由。

小结

1# 变功率因数可以到 −0.18，或仪器溢出大于 1。对应无功约 −10 kvar，时间约占 5%，月加权平均功率因数几乎不动。看起来紧张，不等于要为这几分钟去改造。

方案仿真 90.5% 是重载设计点上的理想分流；验收 53.4% 是现场 95% 概率值。谐波电流验收过了；电压总畸变率 5.52%，没有进 5%。无源再往上收滤除率，会碰到调谐与谐振的取舍。更好的做法是无源保留，并联有源滤波器。

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