1　引言
　　2000年左右，在广东粤北地区电网中，坪石至广州电气化铁路和韶关钢铁厂90t电弧炉将相继投入运行。这些大型非线性负荷投入运行之后，对广东粤北地区供电网及其附近的坪厂电厂和韶关电厂的机组有何影响？按照国家谐波标准GB／T14549—93（以下简称国标）的要求，其公共连接点的谐波能否达标？广东省电力试验研究所通过现场测试，提供了马坝等220kV变电站的背景谐波，其电压畸变率为0．5％～1．7％。广东省电力设计研究院提供了供电网数据和电气化铁路、电弧炉的有关运行数据，以及这些非线性负荷典型谐波含量等。由于电力机车和电弧炉都是三相不对称非线性负荷，建立网络数据文件采用三相模型；谐波电流源从牵引变二次侧或电弧炉变二次侧注入。应用CHP程序计算注入监测点A、B、C三相的谐波电流和谐波电压畸变率THD。
2　坪石牵引站的谐波计算分析
　　京广电气化铁路坪石至广州段设有坪石、乐昌、黄岗、乌石、河头、连江口、源潭、广州北等8个牵引变电站。每个变电站设有两台110kV／27．5kV牵引变压器。一台投运，另一台为热备用。为了减少负序影响，坪石、乌石、河头、连江口、源潭、广州北等6个牵引变采用新型的阻抗匹配平衡变压器；同时牵引变原边采用调换相位方法接入110kV供电系统。其中，坪厂变电站接入系统的问题较为突出，广东省电力设计研究院提出了6个供电方案。本文仅以坪石牵引站（见图1）为例进行阐述。计算中考虑了5种牵引变的运行工况：①牵引变两供电臂均带平均电流；②牵引变一供电臂带平均电流，另一供电臂接近空载；③牵引变两供电臂均带短时最大电流；④牵引变一供电臂带短时最大电流，另一供电臂接近空载；⑤牵引变一供电臂带短时大电流，另一供电臂带平均电流。这5种牵引变运行工况均是对所研究的牵引站而言的，其余牵引站两供电臂均带平均电流。对谐波分析而言，工况1出现的概率为最高，工况3最为严重，工况5次之。因为工况3出现概率小，时间也短，一般不予考虑，所以取工况5进行研究。

图1　广东粤北地区供电网示意图

　　随着供电方案的变化，公共连接点（PCC）分别设在坪南站、坪厂B厂、坪厂站和大桥站110 kV母线。根据国标要求：110 kV公共连接点的谐波电压总畸变率小于等于2．0％，奇次谐波电压畸变率小于等于1．6％，偶次谐波电压畸变率小于等于0．8％。注入各公共连接点的谐波电流允许值，按下式进行修正：

式中　S_K1为公共连接点的最小短路容量；S_K2为基准短路容量（对于110 kV，取750 MVA）；I_hp为对应于基准短路容量的第h次谐波电流允许值；I_h为对应于短路容量为S_K1时的第h谐波电流允许值。暂不计协议用电容量，取电网最小运行方式计算。
　　坪石牵引变压器的有关参数见表1，坪石牵引站不同供电方案的谐波计算结果见表2。
    由表2可以看出：
　　（1）供电方案1～4及供电方案6，技术上都是可行的。由于供电方案5公共连接点设在大桥站，该站的短路容量只有567 MVA，小于基准短路容量（750 MVA），谐波阻抗较大造成了谐波指标超标，因而该供电方案不宜采用。

　　表1　坪石牵引变压器参数

注：（1）第2列括号中的值为坪石牵引站在运行工况5时谐波电压畸变率；

    （2）第4列为注入坪厂B厂1台机组的谐波电流，取3、5、7次谐波电流的均方根值，其百分值为该值与该机组额定电流之比；

    （3）备注栏中原滤波器是指原设计滤波器配置，改进滤波器是指适当增加补偿电容器容量，将其配成3次和5次单调谐滤波器；

    （4）检修是指断开一回220 kV线路，由110 kV孤立电网供电，同时停开坪石B厂1台60 MW机组。
　　（2）检修时，由于系统等值阻抗明显增大，造成谐波指标超标。其主要对策有：①适当改进滤波器配置；②加强电网结构或改变运行方式；③限制机车运量等。文中通过改进滤波器配置来达到限制谐波超标的目的。
3　韶钢90 t电弧炉的谐波计算分析
　　韶关钢铁厂从意大利引进1台90 t的交流电弧炉，预计在2000年底投运。韶关钢铁厂离韶关电厂约20 km。我们与广东省电力设计研究院一起做了有功冲击和谐波影响的计算与分析。本文着重介绍用CHP程序对90 t电弧炉进行的谐波计算与分析。90 t电弧炉的谐波电流源如表3所示，电流值已经折算至电炉变压器高压侧。

表3　90 t电　

　　对接入韶关钢厂33 kV母线补偿电容器24 Mvar，计算中考虑了下述不同的滤波器配置方案：
　　（1）方案1　3次单调谐，12 Mvar；4次单调谐，12 Mvar。

　　（2）方案2　3次单调谐，12 Mvar；5次单调谐，12 Mvar。

    （3）方案3　3次单调谐，11 Mvar，4次单调谐，5 Mvar；5次单调谐，8 Mvar 。
　　计算中取系统最小运行方式，安排韶关电厂5号、6号、9号机检修，同时考虑了3种韶钢厂内的运行方式。公共连接点取在韶关500 kV变电站220kV母线和马坝220 kV变电站220 kV母线。谐波标准与第2节相同，只是对220 kV而言，基准短路容量取2 000 MVA，并计及协议用电容量。韶关站的短路容量6 893 MVA，供电容量730 MVA，协议容量170 MVA；马坝站的短路容量5 382 MVA，供电容量320 MVA，协议容量170 MVA。按国标规定的有关公式计算出各次谐波电流允许值。计算中输出6个点的谐波电压畸变率，注入6个监测点的各次谐波电流（即除了输出注入上述两个公共连接点的各次谐波电流以外，还输出注入韶关电厂4　　台机组的各次谐波电流。输出谐波电流次数包括与表3对应的各次谐波电流）的计算结果见表4。

表 4 韶关钢厂内不同运行方式和不同滤波器配置方案下的谐波计算结果

    表中：（1）韶关钢厂运行方式2表示合上韶钢220kV母联开关，由韶关站单回220kV线路向韶钢供电；运行方式3表示合上韶钢220kV母联开关，由马坝单回220kV线路向韶钢供电；运行方式4表示断开韶钢220kV母联开关，同时由韶关站和马坝站220kV线路向韶钢供电。

　　（2）TDH表示公共连接点处的滤波电压总畸变率；I_h表示注入该点的各次谐波电流。
    （3）5次临标是指5次谐波电流接近国标值。

　　（4）注入韶关电厂3号机组谐波电流是指各次谐波电流的均方根值（注入该机组的谐波电流最大）。
　　由表4可以看出：（1）如果采用滤波器配置方两个公共连接点处的谐波达标，同时注入韶关电厂机组的谐波电流与该机组额定电流之比降至0．7％以下。