2026-09-10 · Edison-pq-doctor · 黑石 · Robert Black

E-14 · 同样是无源：窑头滤除率 78% 进了 5%；对照 81%，电压总畸变率仍没进限值

Edison-pq-doctor（爱迪生 PQ doctor）提供第三方电能质量审计诊断，不销售设备，不推荐品牌。

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。

核心结论速览

• 测试场景： 水泥厂窑头配电室。两台 S11-M-1600/10，10 / 0.4 kV，Dyn11，分列运行。负荷为一次风机、篦冷风机等变频电机（45～200 kW）。Hioki 3196。验收测试 2010-03-22。原始材料为技术方案、验收报告。
• 发现： 同样是无源。窑头是稳态变频，5 次滤除率 77.4%、78.5%，电压总畸变率收到 2.42%、2.82%，进了 5%，性价比好。对照中频炉是阶跃启停，1# 变滤除率只有 53.4%；2# 变到了 81.1%，谐波电流过了允许值，电压总畸变率仍是 5.09%，没进 5%。无源好不好，先看负荷是不是稳态；5 次电流滤除率高，也不等于电压总畸变率进得了限值。滤除率只描述这一次电流少了多少，电压总畸变率还含其他次数。对照投前 1# 变 11 次谐波电压含有率 7.0%，已经高于 5 次的 5.3%；方案没有 11、13 次支路。这种工况传统无源很难把电压总畸变率送进 5%。母线有 3 次，不是六脉波变频器的特征谐波；设 3 次支路对，归因不对。母线已有 3 次、又要投 5 次支路，就必须设电抗率 12% 这一档的 3 次支路：投入先 3 次后 5 次，切除先 5 次后 3 次。方案写了 8421，不能按容量编码把 5 次先投上去。5 次滤除率是 3 次、5 次一起投的总效果。GB 50227 对 3 次及以上宜取 12%。
• 关键数据： 1# 变电压总畸变率 5.00%→2.42%（投后合格），电流总畸变率 27.91%→11.98%（有实测、已下降，不作国标合格判定），投后 5 次 79.0 A，滤除率 77.4%，功率因数 ≥0.95（合格，常用达标线）。2# 变电压总畸变率 4.93%→2.82%（投后合格），电流总畸变率 24.08%→10.22%，投后 5 次 63.9 A，滤除率 78.5%。谐波电流允许值：验收写满足，原表未列入，暂不独立判定。每台变设备容量 900 kvar；支路为基波两组、3 次一组、5 次一组（每组千乏原件摘录未列）。2# 投前屏摄（2010-03-22 16:46）：接线 3P3W3；线电压 397～401 V，相对 380 V 约 +4.5%～+5.6%，对照 ±7%，这一帧在限值内，无全天趋势不能写全天合格；电压不平衡度 0.63%→0.48%，电流不平衡度 7.66%→3.11%（间隔 1 s）；CH1 基波约 1.318 kA，3 次电流约 50 A 量级（柱图，非清单）。1# 无电压屏摄，频率、闪变、暂降、电费单材料未列，暂不做评估。
• 用现在的技术： 窑头这台稳态变频器上，当年的 3 次、5 次无源支路已经把电压总畸变率收到 2.4%～2.8%。不必整柜改成有源。对照中频炉留下 5、7 次无源，并联有源：计算电流 2# 66 A、1# 120 A，余量 1.2～1.3 倍后靠档为 100 A / 150 A。补偿率按 90%（不是理论 100%），1# 变 5 次约 90 A→9 A，电压总畸变率预计约 3%。方案估算，现场复测为准。

一、原方案是什么

供电 10 / 0.4 kV。窑头两台变压器分列运行，型号 S11-M-1600/10，Dyn11，低压额定电流 2309.4 A。主要负荷是变频器驱动的一次风机（110 kW）和篦冷风机（200、132、160、110、55、45 kW 等），另有多台辅机风机。技术方案写每台变带 7～10 台变频器，六脉波整流，特征谐波为 5、7、11、13 次。

窑头风机按工艺转速长时间运行，负荷变化慢，不是中频炉那种满功率与接近零功率之间的阶跃启停。谐波电流的频率和大小相对稳定。

原始材料：技术方案；验收报告（2010-03-22 现场测试，报告日期 2010-04-13）。另有一份 2009 年、另一生产基地的测试整理，本文不用。技术方案里引用的「一期窑头 2000 kVA」普通电容放大数据，也不是这两台 1600 kVA 的实测，下面单独写。

投前测试

2010-03-22，Hioki 3196，变压器低压侧。数字取自验收报告的投前 / 投后对照。

1# 变： 电压总畸变率 5.00%；电流总畸变率 27.91%；主要谐波次数 3、5、7 次；功率因数约 0.90。

2# 变： 电压总畸变率 4.93%；电流总畸变率 24.08%；主要谐波次数 3、5、7 次；功率因数约 0.90。

0.4 kV 公共连接点电压总畸变率限值一般为 5%。两台投前都在限值附近。验收报告写谐波电流满足允许值，但没有把允许值表抄进正文。没有原表，就不做允许值校核。

技术方案另引了一期窑头 2000 kVA 变压器的参考测试：普通电容器投入后谐波被放大。那不是这两台 1600 kVA 的实测，用来说明这种谐波负荷不宜用纯电容补偿，要带串联电抗器。

原方案设计

两台变低压 400 V 各装一套晶闸管投切的无源补偿滤波。技术方案：

总容量 1800 kvar，4 面柜。响应时间方案写 ≤10 ms。每组基波 / 3 次 / 5 次千乏，原件摘录未列，不编。六脉波特征谐波本是 5、7、11、13 次，方案按现场实测加了 3 次支路，没有专设 7 次、11 次、13 次。方案正文写 8421，评设计见 2.4。

投运效果

同一天验收。效果用验收报告，不把滤除率反推成投前谐波电流。

1# 变： 电压总畸变率 5.00% → 2.42%；电流总畸变率 27.91% → 11.98%；5 次投后 79.0 A，滤除率 77.4%；功率因数 ≥0.95。

2# 变： 电压总畸变率 4.93% → 2.82%；电流总畸变率 24.08% → 10.22%；5 次投后 63.9 A，滤除率 78.5%；功率因数 ≥0.95。

验收结论：电压总畸变率及各次谐波电压含有率满足 GB/T 14549-1993；5 次、7 次谐波电流满足允许值；功率因数 0.95 以上。

有限值、有实测的项按标准判定，不把验收原句直接当成最终结论：电压总畸变率投后 合格；功率因数投后 合格（0.95 常用达标线，非合同考核值）。电流总畸变率有实测、已下降，GB/T 14549 看的是各次谐波电流允许值，不作国标合格 / 不合格判定。谐波电流允许值验收写满足，原表未列入本次材料，暂不独立判定。2# 投前屏摄线电压 397～401 V，相对 380 V 约 +4.5%～+5.6%，对照 ±7%，这一帧在限值内；没有全天趋势，不能写全天合格。1# 变没有电压屏摄，频率、闪变、电压暂降材料未列事件，电费单未获得，均写明原因后暂不做评估。

二、Edison-pq-doctor 分析审计原方案

2.1 稳态谐波源上，无源单调谐对得上它的前提

无源单调谐支路在调谐次数附近阻抗低，谐波电流大部分进滤波器。前提是：这一次的频率和大小要稳。窑头变频器满足这个前提，所以 5 次滤除率两台都在 77%～78%，电压总畸变率收到 2.4%～2.8%。

阶跃启停时，谐波电流和系统阻抗都在变，同一套无源的分流比会跟着变，滤除率就不一定还是这个数。

2.2 对照中频炉：5 次电流滤除率高，电压总畸变率仍可能进不了 5%

表里四台都是无源投运后的验收，不是投前。滤除率说的是装置投入以后，这一次谐波电流少了多少。53.4% 是对照中频炉 1# 变投运后的 5 次滤除率，偏低；81.1% 是对照 2# 变，并不低。图要看的是：2# 变滤除率已经最高，电压总畸变率 5.09%，仍然没有进 5%。

窑头两台效果稳，电压进了 5%。对照案不能用 1# 变 53.4% 代表全部阶跃负荷：2# 变同是无源，5 次滤除率 81.1%，并不差。

2# 变验收：5 次电流 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。谐波电流这一项过了。电压总畸变率投前均值 20.0%，投后 5.09%，停在 5% 外侧。1# 变 5 次 89.6 A、允许值 91.3 A、滤除率 53.4%，电压总畸变率 5.52%，同样没进限值。两台都是：谐波电流过了，电压总畸变率没进 5%。 2# 更典型，因为 5 次已经滤到允许值的一半左右，电压仍差那 0.09 个百分点。

滤除率只描述调谐那一次的谐波电流少了多少：((I_{5前}-I_{5后})/I_{5前})。2# 的 81.1% 说的是 5 次电流。电压总畸变率是各次谐波电压的方均根相对基波。两把尺子，不是滤除率造假。窑头投前电压总畸变率就在 5% 附近，投后收到 2.42%、2.82%。不能拿窑头「滤除率约 78%、电压进了」去要求对照案「81% 就该进 5%」。

对照电压总畸变率为什么下不来、传统无源够不够、用有源方案治理的模拟评估，评完窑头本台再写，见 2.6。窑头两台的合格判定只评本台。对照案电压未进 5%，不写进本台合格结论。

2.3 母线有 3 次，不是六脉波变频器的特征谐波

六脉波整流的特征谐波是 6k±1，也就是 5、7、11、13 次，不含 3 次。三相平衡时，3 次是零序，在对称的三相整流桥里对消，不会作为特征次出现。

技术方案自己的负荷表已经把两层测点写开了：

单机频谱对得上六脉波。3 次出现在母线合计里。验收也写主要谐波含 3、5、7 次。方案因此设了 3 次支路：设支路对，归因不对。 正文写成「变频器产生 3、5、7 次」，等于把母线合计误判成负荷特征。

2# 变投前（2010-03-22 16:46）Hioki 3196 屏摄：接线 3P3W3（三相三线，无 N），量程 600 V / 5000 A。矢量两帧间隔 1 s：

电压几乎平衡。电流不平衡度在跳。同一段 CH1 谐波柱图：5 次最高，3 次电流看得见，大约 50 A 量级（对数坐标柱图，不是清单读数）。基波电流约 1.318 kA。

3P3W3 没有中性线，真零序 3 次走不通。低压三线上出得来的，是正序 / 负序 3 次，或相间单相负荷；不是中性线上那种零序 3 次。屏上看得见的 3 次，更像不平衡时六脉波出现的非特征分量。方案效益里写过「消除不平衡」，和电流不平衡度对得上方向，但 Iunb 一秒内从 7.66% 收到 3.11%，不能拿其中一帧当整天工况，也不能写成「3 次就是不平衡」。变频器特征次排除；某几台变频器出非特征 3 次不排除，弱。3 次安培待清单或趋势文件校实。Dyn11 的三角形能挡住零序往 10 kV 送，挡不住低压侧已经存在的 3 次电流。

2.4 有 3 次、又要投 5 次，就必须有 3 次支路；投入先低后高，切除先高后低

母线已经测到 3 次，3 次支路该设。不是口号「凡有 3 次就必须加回路」，而是这条现场条件：已经要投 5 次支路。5 次支路单独挂在母线上，在 150 Hz 呈容性，会把 3 次并联放大。3 次支路把 150 Hz 附近稳住，5 次支路才不会在 3 次上放大。

电抗率按 GB 50227—2017 第 5.5.2 条：抑制谐波时按接入处背景谐波选择；谐波为 3 次及以上时，电抗率宜取 12%；亦可 5% 与 12% 混装。条文说明写明，近年工程上基本就是 5% 和 12% 两档。约 12% 时调谐大约 2.89 次，3 次及以上呈感性。本案原件未列各组电抗率，不编。有 3 次就按 12% 这一档设 3 次支路。

5 次滤除率 77.4%、78.5% 是 3 次、5 次一起投的总效果。验收没有「只投 5 次」对照，不把合格单独记在 3 次头上，也不说 3 次没用。

投切顺序跟容量编码不是一回事。投入：先 3 次，后 5 次（先低后高）。切除：先 5 次，后 3 次（先高后低）。 母线上不能出现「只有 5 次、没有 3 次」的窗口。基波支路的容量组合不能破坏这个顺序。方案写 8421，是把各组当成容量步距自由组合。有 3 次、5 次滤波支路时，这样投会先出现放大 3 次的窗口。这是现场沿用的投切约束，不是新算法。

2.5 普通电容放大：参考数据，不是本台投运

另一基地 2000 kVA 的参考测试说明：纯电容可能和系统电感在某次谐波上并联谐振，把谐波电流放大。带串联电抗器的滤波支路在调谐点附近呈低阻抗，装置在谐波频率上呈感性，避免再和系统并联谐振。这是为什么方案不用普通电容。本现场验收没有「先投普通电容再测」这一步。参考波形不是这两台变的投运效果。

2.6 对照中频炉：电压总畸变率下不来的原因，以及用有源方案治理的模拟评估

窑头本台 2.1～2.5 已经评完。下面展开对照。对照不是窑头没达标。

滤除率已经高，电压总畸变率为什么还高

卡住的不是「5 次电流还超标」。2# 变 5 次 39.8 A，允许值 78.9 A，裕度已经很大。电压总畸变率仍是 5.09%。

对照投前 CSV（2010-04-10，Hioki 3196，变压器低压侧，均值）。相电压约 200 V。方案只有 5、7 次无源支路，没有 11、13 次。

1# 变：11 次谐波电压含有率 7.0%，已经高于 5 次的 5.3%。13 次 5.6%，也和 5 次同一量级。11、13 次方和约 9.0%。2# 变：11、13 次方和约 8.3%，单独已经超过 5%。

电压总畸变率是各次谐波电压的方均根。5 次滤除率再高，只削 5 次电流对应的那一份电压。11、13 次没有专设支路，这两份电压还在。所以会出现：谐波电流过了允许值，电压总畸变率仍停在 5% 外侧。

投后验收没有列出 11、13 次电流和电压。不能把投后 5.09%、5.52% 拆成各次验收值。上表是投前均值，用来说明频谱结构，不是投后实测。

传统无源很难胜任

再把 5、7 次调谐做尖：并联谐振风险上升，削的还是 5、7 次，削不动已经在电压里占一份的 11、13 次。再加 11、13 次无源支路：阶跃启停时次数多、阻抗在变，调谐与谐振的取舍更紧，组数堆上去也不等于电压一定进 5%。这种「特征次 11、13 已经在电压里、只调 5、7」的工况，传统无源很难把电压总畸变率送进 5%。

改造方案怎么列：容量、设置、预计效果

铸钢原方案是 5、7 次无源，不是窑头那套 3、5 次。5、7 次无源留下，400 V 母线并联有源。基波无功仍由无源承担。有源按投后残差选，不要按投前 5 次约 200 A 去买。下面按现场能看的方案来列。投后 11、13 次电流验收未列，容量按投前均值计入，偏保守。这是方案估算，不是第二次验收；真实结果要以现场复测为准。

1. 有源容量：先算补偿对象，再留余量，再靠档

补偿对象取 5、7、11、13 次电流的方均根：

[ I_{\mathrm{需}}=\sqrt{I_5^2+I_7^2+I_{11}^2+I_{13}^2} ]

有源额定按有效值。计算值不能直接当成额定电流：阶跃负荷电流会晃，11、13 次投后没复测，装置饱和以后按次补偿率会掉。余量取计算值的 1.2～1.3 倍，再靠到常用档位（50 / 75 / 100 / 150 / 200 A）。余量不是越大越好：过大是把已经由无源承担的主容量再买成有源。

2# 变 100 A 够用。1# 变计算已经 120 A，100 A 会饱和，150 A 才把 25% 余量留下。两台不必整柜改成全有源。

2. 怎么设：无源仍投切，有源常投、按次输出

无源支路仍按滤波顺序投切；有源并在母线上常投，按次发出反相电流，谐波优先，不抢基波无功。

3. 滤波效果：理论 100%，方案按 90% 补偿率推演

有源按次输出，理论上可以把目标次补到接近零。现场做不到 100%：检测、延时、容量上限、与无源并联后的阻抗都会留下残差。方案按 补偿率 η = 90% 计（11、13 次也可以再取低一点；这里四次同一取值，便于核对）。

[ I_{h\text{后}}=I_{h\text{前}}\times(1-\eta),\quad I_{h\text{有源}}=I_{h\text{前}}\times\eta ]

(I_{h\text{前}})：5、7 次用验收投后；11、13 次用投前均值。

有源各次输出（η = 90%）：

150 A、100 A 档都盖得住这组输出。

预计电网侧各次电流（无源已投、再加有源）：

1# 变 5 次从 89.6 A（允许值 91.3 A）收到约 9 A。2# 变更低。11、13 次验收没有允许值表，不编合格判定。

4. 电压总畸变率能收到哪一带

各次谐波电压按投前 (U_h/I_h) 比例外推（均值，忽略相角）：

[ \mathrm{HRU}{h\text{后}}=\mathrm{HRU} ]}}\times\frac{I_{h\text{后}}}{I_{h\text{投前}}

四次已经被有源削下去。电压总畸变率还含 17、19 次等，也受系统阻抗变化影响。不以四次方和 0.9% 当验收数。起点用无源投后的实测：1# 5.52%、2# 5.09%。本侧可补偿部分按 90% 计，预计收到 5% 以内，约 3% 一带。

窑头 2.42%、2.82% 是验收。对照这张表是改造预测。这就是按测试数据做的方案计算：有公式、有各次安培、有靠档容量。不是电磁暂态软件另跑一遍，也代替不了复测。

三、用现在的技术，还能做得更好

窑头验收：电压总畸变率 2.42%、2.82%，已经低于 5%；功率因数 ≥0.95；5 次滤除率 77%～78%。晶闸管投切对这种慢变化负荷够用。同一份窑头负荷，今天可以把 3 次、5 次无源留下，并联有源去补没有专设支路的 7、11、13 次。有源不是必须。电压畸变已经进限值，谐波电流验收也写满足允许值，钱不应花在把已经合格的稳态主容量再买成全有源。不要因为「现在流行有源」就把 2010 年这套装置判落后。

对照中频炉才是要加有源的那一类。5、7 次无源留下；2# 变有源 100 A，1# 变 150 A。补偿率按 90%，电压总畸变率预计约 3%。一次接线和各次安培见 2.6。那是方案估算，不是验收。

四、观察

传统无源对稳态负荷性价比好；同样是无源，工况一变，效果可以差一截。 窑头是稳态变频，两台 5 次滤除率 77.4%、78.5%，电压总畸变率进了 5%。对照中频炉同是无源、但是阶跃启停，1# 变 53.4%、电压总畸变率 5.52% 没进限值，2# 变滤除率却到 81.1%。不能用最差那台把阶跃负荷上的无源一句话判死，也不能用窑头的 78% 去要求所有无源都把电压送进 5%。

5 次电流滤除率高，不等于电压总畸变率进得了 5%。 对照 2# 变滤除率 81.1%，5 次 39.8 A 对允许值 78.9 A，电流过了；电压从投前均值 20.0% 收到 5.09%，仍在限值外侧。滤除率只描述这一次电流。对照投前 1# 变 11 次谐波电压含有率 7.0%，已经高于 5 次的 5.3%；方案没有 11、13 次支路。卡住的是电压这把尺子里的其他次数，不是 5 次电流还超标。

这种工况传统无源很难把电压总畸变率送进 5%。 再把 5、7 次调谐做尖，削不动 11、13 次电压。无源留下、并联有源：计算电流 66 A / 120 A，余量 1.2～1.3 倍后靠档 100 A / 150 A。补偿率按 90%，1# 变 5 次约 90 A→9 A，电压总畸变率预计约 3%。方案估算，现场复测为准。

母线有 3 次，不能写成六脉波变频器的特征谐波。 各台变频电机标的是 5、7 次，母线写成 3、5、7 次。设 3 次支路对，把 3 次算成变频器带出来的就不对。2# 投前接线是 3P3W3，电流不平衡度一秒内从 7.66% 跳到 3.11%，3 次电流大约 50 A 量级。3 次更像跟电流不平衡有关，还不能定为原因。本案例缺少分相 3 次电流清单和更长的趋势。以后现场若测到 3 次，应对母线和主要负荷做电压、电流、谐波的详细测试；有中性线的，把中性线一并测上，才能找来源、定方案。

有 3 次、又要投 5 次支路，就必须有 12% 这一档的 3 次支路。 投入先 3 次后 5 次，切除先 5 次后 3 次。5 次支路单独在网，150 Hz 上呈容性，会放大 3 次。方案写了 8421，不宜按容量编码自由组合。5 次滤除率是两支路一起投的总效果。GB 50227 宜取 12%。

小结

同样是无源：窑头稳态变频，滤除率 77%～78%，电压总畸变率进了 5%，性价比好；对照中频炉阶跃启停，2# 变滤除率 81.1% 更高，电压总畸变率 5.09% 仍没进 5%。投前 11 次谐波电压已经不小于 5 次；只调 5、7 次，传统无源很难把电压送进 5%。无源留下、并联有源，2# 变 100 A、1# 变 150 A，补偿率按 90%，电压总畸变率预计约 3%。方案估算，现场复测为准。

母线上的 3 次要另找来源。2# 投前是三相三线，真零序走不通。有 3 次、又要投 5 次，就设 12% 这一档的 3 次支路；投入先 3 次后 5 次，切除先 5 次后 3 次。普通电容会放大，那是另一基地的参考测试，不是本台验收。窑头不必整柜改有源。

黑石 · Robert Black · Edison-pq-doctor · 2026-09-10

附件 · 用电诊断书（简易）

同一台窑头、按现行诊断书格式重出的公开样张。厂名已脱敏。结论表和缺项写法见附件；详细评议见上文。

打开简易诊断书