浅谈无功补偿电容器的谐波放大问题

天津电力技术人刃年第期浅谈无功补偿电容器的谐波放大问题天津滨海供电公司天津塘沽只张树民徐荣琦摘要】电网中存在的谐波与大【能质运行的并联电容器由式中当为基波电压有效值凡表各次谐波电于相互作用会产生谐波放大甚至出现并联谐振严重影响电危及电网的安全经济运行分析了并联补偿电容器压波形畸变率凡二认,谐波放大的原理说明了其对电网造成的危害并提出抑制谐波放大的实施对策次谐波电压为认时此时流过电容器的非正弦电流为二关健词】电力系统谙波电容器电抗器电抗率【引言刃编枷产。仇随着现代工业的发展大量的电弧炉和换流设备等非线性用电设备不断接人电网产生了大量的其有效值为二一谐波电流注人系统造成电压波形畸变谐波的影响和危害呈现出更加明显和加重的趋势勺去一“一中‘仆二一,。电容器是一办暇式嘴暇…。,暇种对谐波极为敏感的电气设备其容抗随频率的变化而变化有发生即为高次谐波引起电容器过电流的一般。电力系统中受谐波影响而造成电容器表达式过电流或过电压使绝缘损坏或寿命缩短的问题时由上分析可知如何减少和避免谐波对电容器的影响和损害选择正确合理的解决方案十分重要文章从电容器工作的特性原理出发就谐波对电容器的影。高次谐波的存在使电容器中的总电流有效值这就可能导致电容器的过电流大于基波电流响危害防范与控制方法以及实际操作中的一些问题做如下分析并就解决办法提出自己的一点见超过允许值由式和式可知在电压有效值公式中解供探讨各次谐波畸变率前的系数都等于而电流有效值傅立叶分解电压波形发生畸变就意味着它的波形变成非正弦波。的公式中这些系数则等于各次谐波的平方因此当电压有效值的增长不显著时电流有效值却可能增长愈显著即过电流愈严重对电容器的危害也就由于这种非正弦波是周期性的所以可用傅立叶级数表达式将它分解为基波和各种倍数频率的高次谐波愈大。谐波引发的电容器问题及主要原因并联电容器对谐波电流具有放大作用假设电力系统中没有电容设备且不考虑输电线路电容则其谐波阻抗作用于电容器上的非正弦电压可分解为二玩甲。“仇甲’二十呱标‘甲’,呱几波电抗瓜二二,声碗其中二为与时间无关的畸变波的直流分量甲式中凡为系统的次谐波电阻瓜为。次谐玩令二表示基波呱‘沪表示,为工频短路电抗第次谐波分量并联电容后设并联电容器基波电抗为将式写成一般形式为次谐波电抗为几系统的谐波等效电路如图示则系统的所“二艺呱几’。枷“‘,·甲动次谐波阻抗值几为一其有效值为。盆““声白几,瓜一几令创雌今吐呱十由式可以看出装设电容器后系统的谐波阻抗随系统的谐波频率不同会发生变化即可以为感性也可以为容性并且当系统的谐波频率达到某一© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

年第期天津电力技术压叠加于原电压上造成电压波形畸变放大。同时通过电容器组的电流还与其电容量有关容量愈大组时上述畸变更为严重容抗愈小进而使电流更大故在投人大容量电容器图系统的谐波等效电路谐波过电压不仅会使系统电流电压的波形发生畸变而且还会造成电能质量变坏电气设备损耗增加出力降低绝缘介质加速老化设备使用寿特定值时并联电容器可能会与系统发生并联谐振使等效谐波阻抗达到最大值。命降低或因长期过热损坏影响控制保护检测装置的工作精度及工作可靠性特别是因高次谐波激。谐波源产生的谐波电流的大小取决于谐波源设发引起谐振的情况下极易导致电容器过负荷发备本身的特性及其工作状况而与电网参数无关热振动及异常噪声直至最终被烧毁同时还可能引起过流保护误动作熔断器熔丝熔断电容器组无法、也就是说电力系统中主要谐波源为电流源其主要特征是外阻抗变化时电流不变假设谐波源为次谐波电流几注人电力系统几为进人电网的谐波电流几为进人电容器的谐波电流如图所示。合闸等事故或障碍尤其当电容器组距离谐波源较近处所造成的后果更为严重。。由于电容器对谐波电流的放大作用它不仅危害电容器本身而且会危及电网中的其它电气设备严重时会造成电气设备损坏甚至破坏电网的正常运行因此必须要解决好电容器对谐波电流的放大乡,‘问题加强谐波的抑制与防范。串联电抗器的选择与应用实施技术手段对谐波进行抑制非常重要常用电路谐波等效电路的方法是采用串联电抗器电流主要是、通常电力系统高次谐波图等奇次分量故必须重点考虑实施防范奇次谐波对电容器组造成危害的对策。二根据电路计算公式几二爪二电杭值的确定了了︸产凡石责佘习、根据并联电容器对谐波电流放大的原理改变并联电容器与系统阻抗的谐振点避免谐振发生可以有效地解决并联电容器对谐波的放大岩澎渝通常的做法是给并联电容器串接一个电抗器其等效电路如图所示凡为串接电抗器的基波电抗由于通常几时并联电容器与系统阻抗发生并联谐振由于凡《几凡《几此时几几均远大当几二于人所以谐波电流被放大。情况下凡几人一二人忽略凡申接电抗后护因瓜。二,几二青故谐振点的谐波次数为“‘‘。一,武干氏一武弋’,、一‘‘一八”,了又瓦即当谐波源中含有次数为抓石不的厌可元弋。谐波时将引起谐振若谐波源中含有次数接近、。丫下灭的谐波虽不会发生谐振但也会导致该次谐波被放大告吠,谐波引发的电容器问题由于容抗与电源频率成反比当高次谐波电压作用于电容器组上时因高频率谐波使电容器容抗减小所以通过电容器内的电流增大换言之此时图谐波等效电路由两式可以看出当在基波电流的基础上又增添了电流谐波分量这样波形势必发生畸变结果使系统阻抗产生谐波过电武时并联电容器此时将与系统发生并联谐振© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

天津电力技术双刃年第期谐振点的谐波次数二。二丫与未串接流的冲击电抗器之前相比谐振点谐波次数明显低于未串接电抗器时的谐波次数且串接的电抗器电感量越大如果电容器组为星形接线串联的电抗器一般皆安装在电容器组的中性点处那么对其机械强度的要求可以放宽一些因为此时在任意处发生短路谐波次数。越低因此通过串接电抗器电感量大小控制并联谐振点的位置能够有效避开谐波源中所包含的各次谐波避免谐振的发生故障都不至于危及到串联电抗器。另一方面必须指出的是如果变电所母线安装综上所述欲抑制谐波谐振必须使。’有两组及以上并联电容器组若由于某种原因仅在一组电容器上加装了串联电抗器时就必须进行审即凡犷抑制次谐波时二三相全控整流装置产慎的核算以防止在产生并联谐振时过大的谐波电流使电容器及电抗器烧毁生的最低次特征谐波一般取值范围为一则以又理论和实践充分证明考虑到电抗值应有一定的裕度故应引人可靠系数亦即瓜二一以上方法如果执行得好对预防谐波过电压减少电力系统的污染确保电容器组的安全运行十分有利对策矿二一乃,二哪一注在《并联电容器装置设计规范》一中推综合以上分析可以看出电力系统中谐波引发电容器问题的主要原因一是电容器对谐波电流放荐抑制次谐波的串联电抗器的电抗率为次谐波时大引发的电容器附加绝缘介质损耗加大另一个是谐波电压使电容器承受的端电压增大造成局部放抑制二单相可控硅整流装置则凡电抑制谐波放大的通常做法就是在并联电容器回产生的最低次特征谐波矛二路内串接具有一定电抗值的电抗器综合考虑电力系统中谐波来源的复杂性电力系统安装并联电容无功补偿设备是为了实施无功功率补偿的主要目又考虑到电抗值应有一定的裕度故应引人可靠系数一般取值范围,二一亦即瓜二二一一一一的以及电容器正常运行允许条件中根据国标规定已经包括了一定谐波分量在内的相关因素注在并联电容器装置设计规范》《叨一中因此笔推荐抑制次谐波的串联电抗器的电抗率为时对者认为工矿企业电力系统并联电容器防谐抑谐串接电抗器不必考虑同时也不可能达到一个完全理想的状况况且系统中的谐波电流一旦被全部注人系统同样会对系统中的其它设备产生影响基于上述原因建议工矿企业电力系统并联电容器的防在并联电容器支路中串联电抗器为于次谐波和次以上的各次谐波该支路均呈现。感抗因而有效地抑制了谐波电流对并联电容器的影响串联电抗器的调谐频率应低于电网中的谐波电流的最低频率如果系统中有大量单相非线性负谐抑谐可按以下原则来实施在保证电容器不受损害的前提下并联电容载那么串联电抗器的电抗率应为器串接电抗器的电抗率可适当选择一个下限值尽量避免注人系统的谐波电流过大从而给系统中其由于电抗器与电容器组串联连接故应使电抗器最大使用电流等于电容器组最大允许电流同时要保证满足以下要求它设备和电网带来不利影响电抗器油面温升不允许超℃根据规范在电容器允许过电流过电压等范围内允许电容器吸收一部分谐波以减少谐波过多过℃电抗器线圈温升不允许超过在承距离电抗器处噪声水平不允许超过进人系统造成损坏。的情况下不应产生任何热倍电流在持续损伤及机械损伤亦即具有可靠的热稳定和动稳定受对于已经投运或者有类似运行经验的变电所应根据实测或相关经验进行综合分析选择电抗特性。器的电抗率安装位里的选择对于相对复杂而又难以抑制的谐波问题通如果电容器组为三角形接线串联的电抗器一般皆须安装在电容器组的电源侧该接线必须要求电抗器具有较高的机械强度因为在母线短路或者过测试分析可以采取滤波抑波相结合的方案结束语。随着电能质量治理工作的深人开展除对谐波污染的程度影响进行有效测试分在电容器击穿短路时电抗器将要承受很大短路电下转第页© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

天津电力技术表项目双刃年第期店庄户变电站线路采用节能金具和普通金具节能效果对比表格导线悬垂线夹导线防振锤铁制单只损耗功率单只损耗电能产品节能率从拟铝制铁制铝制盯踢名佣月兜单只节省电能们汀单只年节电效益元单只金具价格元单只金具差价元单只运行卯年静态收益元卯线路运行年静态收益万元肠线路节能金具投资回收期参考文献〔马卫平等节能金具节能效果的试验分析北京中标认证中心一万以拓作者简介赵枫天津电力设计院送电室高级工程师电力系统及其自动化专业本科联系电话口电力建设》编挥部《电力建设仪刀年一斜仪心姑第卷第期一手机笑联万李铁男等电力金具节能产品认证技术要求上接第页析外要消除谐波污染还必须依靠内︸,陈琦电力系统稳态分析北京水利电力出版各部门的配合努力在用户使用非线性负载时将根据实际情况督促其采取有力的抑制谐波的措施减小谐波侵人电网从而真正确保系统设备安全运行社苏泽光变电站电压无功拉制研究电力系统自动化减少由于谐波污染带来的经济损失参考文献。张新华舒乃秋薛发明基于以劲刃的无功电压自动控制系统电力系统自动化双刃北京高等教育出版〔邱关源电路上下册社欢迎投稿© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net