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并聯(lián)電容器與諧波的相互影響及解決措施
來(lái)源: | 作者:champzon | 發(fā)布時(shí)間: 3046天前 | 6349 次瀏覽 | 分享到:
　　隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，大功率電力電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用使大量諧波注入電網(wǎng)，在影響電能質(zhì)量的同時(shí)也給相應(yīng)的電氣設(shè)備帶來(lái)了不同程度的危害。并聯(lián)電容器可以調(diào)節(jié)電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓，提高系統(tǒng)的無(wú)功及功率因數(shù)，從而提高電網(wǎng)的傳輸能力。隨著電網(wǎng)的更新?lián)Q代，越來(lái)越多的并聯(lián)電容器被投運(yùn)到電網(wǎng)中來(lái)，并由于其對(duì)諧波的放大作用，使得電網(wǎng)諧波問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，既影響了網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量，又增加了電力網(wǎng)絡(luò)的損耗。因此在存在高次諧波的變電站系統(tǒng)中，我們必須弄清楚諧波問(wèn)題產(chǎn)生的來(lái)龍去脈，并采取一定措施來(lái)抑制諧波的放大，以提高電力網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。


　　1、諧波對(duì)電容器的影響


　　在諧波電壓作用下，由于電容器會(huì)產(chǎn)生附加的功率損耗，所以絕緣介質(zhì)加速老化。更嚴(yán)重的是，大量諧波電流會(huì)增大電容器電流的有效值，加大溫升，從而減短電容器的使用壽命，直至損壞電容器。當(dāng)電網(wǎng)中存在諧波時(shí)，電容電流有效值和電容器輸出無(wú)功容量的增長(zhǎng)比電壓有效值的增長(zhǎng)要快，當(dāng)諧波次數(shù)較高時(shí)，這種情況將更為明顯。電網(wǎng)中的諧波電流以5次、7次、l1次、13次為主，其他次的諧波則相對(duì)較小。國(guó)際電工委員會(huì)規(guī)定了對(duì)電容器過(guò)載能力的判斷標(biāo)準(zhǔn)：在電壓有效值不超過(guò)1．1，電流有效值不超過(guò)1．3時(shí)可連續(xù)運(yùn)行。電容器對(duì)諧波次數(shù)和諧波電壓畸變率的改變相當(dāng)敏感，系統(tǒng)發(fā)生諧振時(shí)，電容器可能產(chǎn)生較大過(guò)負(fù)荷電流，損壞電容器。另外，諧波還會(huì)引起電容器端電壓有效值及電壓峰值升高。尖頂波電壓易誘發(fā)局部放電，電容器的局部放電性能一般由2個(gè)參數(shù)來(lái)表征，即起始放電場(chǎng)強(qiáng)和局部熄滅場(chǎng)強(qiáng)。如果其實(shí)放電場(chǎng)強(qiáng)和局部熄滅場(chǎng)強(qiáng)都很高，則電容器的性能就好。當(dāng)電容器的工作場(chǎng)強(qiáng)高于局部放電熄滅場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，在過(guò)電壓下所發(fā)生的局部放電就可能在工作場(chǎng)強(qiáng)下不會(huì)熄滅，從而形成長(zhǎng)時(shí)期的局部放電，必然損壞電容器。


　　2并聯(lián)電容器對(duì)諧波的影響


　　在電力系統(tǒng)中，作為無(wú)功補(bǔ)償裝置并聯(lián)電容器得到了廣泛的應(yīng)用，但是其由于諧波阻抗小，可能會(huì)產(chǎn)生更高次的諧波畸變，對(duì)系統(tǒng)及其他電氣設(shè)備造成危害，也可能使電容器在諧波過(guò)電壓作用下?lián)p壞。除此之外，電容器的使用可能會(huì)嚴(yán)重放大系統(tǒng)諧波，甚至發(fā)生諧振使電容器無(wú)法正常工作，并危及附近其他用電設(shè)備的安全。


　　(1)并聯(lián)電容器不僅會(huì)使系統(tǒng)等效諧波阻抗呈容性，而且能改變系統(tǒng)諧波阻抗的頻率特性，甚至可能與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，使等效諧波阻抗達(dá)到最大值。


　　(2)放大諧波電流。電力系統(tǒng)中的諧波源通常是電流源，其內(nèi)阻抗非常大，當(dāng)外阻抗發(fā)生變化時(shí)電流值不變。設(shè)諧波源的n次諧波電流為，n，進(jìn)入電容器的諧波電流為，進(jìn)入電網(wǎng)的諧波電流為。此時(shí)，電力系統(tǒng)感抗與電容器容抗相并聯(lián)的阻抗作為諧波源的~'I-N抗。如果諧波次數(shù)不同，進(jìn)入電網(wǎng)和電容器的諧波電流的分配也將不同，可能出現(xiàn)L<L，也可能出現(xiàn)，<。當(dāng)L<L時(shí)，稱為電容器諧波電流放大；當(dāng)厶<，和厶<同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，稱為諧波電流嚴(yán)重放大。設(shè)電力系統(tǒng)的基波等值阻抗為五=RX，則n次諧波的阻抗為Z通常R<則可以忽略不計(jì)。在供電系統(tǒng)中，并聯(lián)電容器作為無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠秒娫O(shè)備，其對(duì)于某次諧波若與系統(tǒng)感抗發(fā)生并聯(lián)諧振，則可能出現(xiàn)過(guò)電壓而造成危害。


　　3諧波問(wèn)題的解決


　　諧波問(wèn)題的解決可從2方面入手，一方面為采用預(yù)防性措施，即避免諧波及其后果的出現(xiàn)，另一方面為采用補(bǔ)救性技術(shù)，即克服既存諧波問(wèn)題。要想確保諧波標(biāo)準(zhǔn)得以全面有效執(zhí)行，必須研究有效的諧波治理措施，其中包括：(1)限制諧波源諧波含量；(2)提高各種供用電設(shè)備的抗諧波能力，即抑制諧波放大。


　　3．1限制諧波源諧波含量


　　通過(guò)對(duì)諧波源采取措施，最大限度地避免諧波產(chǎn)生，從而提高電網(wǎng)質(zhì)量，可采取的具體措施有：


　　(1)增加整流器的脈沖數(shù)。整流器是電網(wǎng)主要諧波源，其產(chǎn)生的特征諧波可表示為：


　　各次諧波電流值為：


　　從式(1)、(2)可知，隨著脈沖數(shù)P的增加，裝置輸出的諧波次數(shù)n也相應(yīng)增大，而n次諧波電流將減少。


　　(2)脈寬調(diào)制法。采用PWM技術(shù)的實(shí)質(zhì)就是在所需頻率周期內(nèi)，將直流電壓調(diào)制成幅值相等但不等寬的系列交流電壓輸出脈沖，把需要消除的諧波幅值調(diào)制為0、基波幅值為給定量，這樣就可以消除指定諧波并控制基波幅值。


　　(3)抑制高次諧波最基本的方法，即三相整流變壓器及電力變壓器采用A／Y或y／A的接線方式。這種接線方式可使3n(n為正整數(shù))次諧波電流在△接線的一次繞組中形成環(huán)流，不致使諧波注入公芡電網(wǎng)。


　　3．2抑制諧波放大


　　并聯(lián)電容器存一定參數(shù)下會(huì)對(duì)諧波起放大作用，危及電容器本身和附近電氣設(shè)備的安全。通常給并聯(lián)電容器串接一定電抗器，改變其與系統(tǒng)阻抗的諧振點(diǎn)，以避免諧振。為此，電感量應(yīng)滿足一>0的條件，即：


　　滿足式(3)條件時(shí)，電容支路的諧波阻抗呈感性，諧波放大現(xiàn)象得到了抑制。對(duì)不同電網(wǎng)背景下的諧波抑制，應(yīng)根據(jù)情況選取不同的電抗率來(lái)配置。要合理選取電抗率，必須了解電容裝置接入處母線的背景諧波，再根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果選取，使電容器與串聯(lián)電抗器得到正確匹配。


　　(1)若電容裝置接入處的背景諧波為3次，且含量已接近或超出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，宜選用12％串聯(lián)電抗器。


　　(2)若電容裝置接入處的背景諧波以3次、5次為主，且兩者含量均較大(其中之一已接近或超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)時(shí))，宜采用4．5％～6％與12％兩種電抗率混裝方式，但要以保證抑制3次諧波放大為主。該方案與全部串聯(lián)12％的方案相比，其優(yōu)點(diǎn)是可降低無(wú)功與有功損耗，不足之處是投切程序必須先投12％的電容器組，再投低電抗率的電容器組，切除則相反。


　　(3)若電容裝置接入處的背景諧波以3次、5次為主，且3次諧波含量較小，5次諧波含量已超過(guò)或接近標(biāo)準(zhǔn)，宜采用5％～6％串聯(lián)電抗器。


　　(4)若電容裝置接入處的背景諧波為5次及以上，H5次諧波含量較大，宜選用6％串聯(lián)電抗器。


　　(5)若電容裝置接入處的背景諧波以3次為主，5次及以上諧波含量較小，且經(jīng)驗(yàn)算電容裝置投入后3次諧波有所放大，但未超標(biāo)且有裕度，應(yīng)選用0．1％～1％串聯(lián)電抗器。


　　(6)若電力系統(tǒng)中含有多種諧波成分，且都具有較大含量，則選用串聯(lián)電抗器應(yīng)使電容器支路對(duì)于在較大含量的各次諧波中的最低次諧波總阻抗呈感性，此時(shí)該電容器支路對(duì)于較大含量的各次諧波均不會(huì)產(chǎn)生放大作用。


　　4結(jié)語(yǔ)


　　諧波對(duì)變電站及其他電力系統(tǒng)供電設(shè)備的影響已引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注，解決諧波問(wèn)題、提高電能質(zhì)量成為電力企業(yè)當(dāng)前面臨的重大課題。電力系統(tǒng)中，諧波對(duì)并聯(lián)電容器的運(yùn)行影響較大，高次諧波會(huì)導(dǎo)致電容器過(guò)電流和過(guò)負(fù)荷，使電容器發(fā)熱、絕緣老化，從而縮短電容器的使用壽命；而并聯(lián)電容器也會(huì)引起系統(tǒng)諧波阻抗特性的改變和諧波電流的放大，對(duì)電容器本身及其附近的電氣設(shè)備造成威脅。對(duì)諧波的抑制可以在對(duì)大容量非線性負(fù)荷用戶加強(qiáng)管理的同時(shí)采取措施降低諧波源諧波含量，也可以通過(guò)在電容器回路中串接電抗率合適的電抗器等來(lái)限制系統(tǒng)諧波對(duì)并聯(lián)電容器的不利影響。對(duì)諧波污染較嚴(yán)重的地區(qū)，并聯(lián)電容器還可裝設(shè)具有諧波監(jiān)視分析和諧波保護(hù)功能的裝置，以確保電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。