并聯電容器與諧波的(de)相互影響及解決措施
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作者:champzon
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發布時間: 2757天前
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随着電力電子(zǐ)技術的(de)迅速發展，大功率電力電子(zǐ)設備的(de)廣泛應用使大量諧波注入電網，在影響電能質量的(de)同時也給相應的(de)電氣設備帶來了不同程度的(de)危害。
随着電力電子(zǐ)技術的(de)迅速發展，大功率電力電子(zǐ)設備的(de)廣泛應用使大量諧波注入電網，在影響電能質量的(de)同時也給相應的(de)電氣設備帶來了不同程度的(de)危害。并聯電容器可(kě)以調節電網系統的(de)電壓，提高(gāo)系統的(de)無功及功率因數，從而提高(gāo)電網的(de)傳輸能力。随着電網的(de)更新換代，越來越多的(de)并聯電容器被投運到電網中來，并由于其對諧波的(de)放大作用，使得電網諧波問題越來越嚴重，既影響了網絡的(de)傳輸質量，又增加了電力網絡的(de)損耗。因此在存在高(gāo)次諧波的(de)變電站系統中，我們必須弄清楚諧波問題産生的(de)來龍去(qù)脈，并采取一(yī)定措施來抑制諧波的(de)放大，以提高(gāo)電力網絡傳輸質量，保證電力系統穩定運行。
1、諧波對電容器的(de)影響
在諧波電壓作用下，由于電容器會産生附加的(de)功率損耗，所以絕緣介質加速老化。更嚴重的(de)是，大量諧波電流會增大電容器電流的(de)有效值，加大溫升，從而減短(duǎn)電容器的(de)使用壽命，直至損壞電容器。當電網中存在諧波時，電容電流有效值和(hé)電容器輸出無功容量的(de)增長(cháng)比電壓有效值的(de)增長(cháng)要快，當諧波次數較高(gāo)時，這種情況将更為(wèi)明顯。電網中的(de)諧波電流以5次、7次、l1次、13次為(wèi)主，其他次的(de)諧波則相對較小。國際電工委員會規定了對電容器過載能力的(de)判斷标準：在電壓有效值不超過1．1，電流有效值不超過1．3時可(kě)連續運行。電容器對諧波次數和(hé)諧波電壓畸變率的(de)改變相當敏感，系統發生諧振時，電容器可(kě)能産生較大過負荷電流，損壞電容器。另外，諧波還會引起電容器端電壓有效值及電壓峰值升高(gāo)。尖頂波電壓易誘發局部放電，電容器的(de)局部放電性能一(yī)般由2個參數來表征，即起始放電場強和(hé)局部熄滅場強。如(rú)果其實放電場強和(hé)局部熄滅場強都很高(gāo)，則電容器的(de)性能就好。當電容器的(de)工作場強高(gāo)于局部放電熄滅場強時，在過電壓下所發生的(de)局部放電就可(kě)能在工作場強下不會熄滅，從而形成長(cháng)時期的(de)局部放電，必然損壞電容器。
2并聯電容器對諧波的(de)影響
在電力系統中，作為(wèi)無功補償裝置并聯電容器得到了廣泛的(de)應用，但是其由于諧波阻抗小，可(kě)能會産生更高(gāo)次的(de)諧波畸變，對系統及其他電氣設備造成危害，也可(kě)能使電容器在諧波過電壓作用下損壞。除此之外，電容器的(de)使用可(kě)能會嚴重放大系統諧波，甚至發生諧振使電容器無法正常工作，并危及附近其他用電設備的(de)安全。
(1)并聯電容器不僅會使系統等效諧波阻抗呈容性，而且能改變系統諧波阻抗的(de)頻率特性，甚至可(kě)能與系統發生并聯諧振，使等效諧波阻抗達到最大值。
(2)放大諧波電流。電力系統中的(de)諧波源通常是電流源，其內(nèi)阻抗非常大，當外阻抗發生變化時電流值不變。設諧波源的(de)n次諧波電流為(wèi)，n，進入電容器的(de)諧波電流為(wèi)，進入電網的(de)諧波電流為(wèi)。此時，電力系統感抗與電容器容抗相并聯的(de)阻抗作為(wèi)諧波源的(de)~'I-N抗。如(rú)果諧波次數不同，進入電網和(hé)電容器的(de)諧波電流的(de)分配也将不同，可(kě)能出現L<L，也可(kě)能出現，<。當L<L時，稱為(wèi)電容器諧波電流放大；當厶<，和(hé)厶<同時出現時，稱為(wèi)諧波電流嚴重放大。設電力系統的(de)基波等值阻抗為(wèi)五=RX，則n次諧波的(de)阻抗為(wèi)Z通常R<則可(kě)以忽略不計。在供電系統中，并聯電容器作為(wèi)無功補償的(de)用電設備，其對于某次諧波若與系統感抗發生并聯諧振，則可(kě)能出現過電壓而造成危害。
3諧波問題的(de)解決
諧波問題的(de)解決可(kě)從2方面入手，一(yī)方面為(wèi)采用預防性措施，即避免諧波及其後果的(de)出現，另一(yī)方面為(wèi)采用補救性技術，即克服既存諧波問題。要想确保諧波标準得以全面有效執行，必須研究有效的(de)諧波治理(lǐ)措施，其中包括：(1)限制諧波源諧波含量；(2)提高(gāo)各種供用電設備的(de)抗諧波能力，即抑制諧波放大。
3．1限制諧波源諧波含量
通過對諧波源采取措施，最大限度地(dì)避免諧波産生，從而提高(gāo)電網質量，可(kě)采取的(de)具體措施有：
(1)增加整流器的(de)脈沖數。整流器是電網主要諧波源，其産生的(de)特征諧波可(kě)表示為(wèi)：
各次諧波電流值為(wèi)：
從式(1)、(2)可(kě)知，随着脈沖數P的(de)增加，裝置輸出的(de)諧波次數n也相應增大，而n次諧波電流将減少。
(2)脈寬調制法。采用PWM技術的(de)實質就是在所需頻率周期內(nèi)，将直流電壓調制成幅值相等但不等寬的(de)系列交流電壓輸出脈沖，把需要消除的(de)諧波幅值調制為(wèi)0、基波幅值為(wèi)給定量，這樣就可(kě)以消除指定諧波并控制基波幅值。
(3)抑制高(gāo)次諧波最基本的(de)方法，即三相整流變壓器及電力變壓器采用A／Y或y／A的(de)接線方式。這種接線方式可(kě)使3n(n為(wèi)正整數)次諧波電流在△接線的(de)一(yī)次繞組中形成環流，不緻使諧波注入公芡電網。
3．2抑制諧波放大
并聯電容器存一(yī)定參數下會對諧波起放大作用，危及電容器本身和(hé)附近電氣設備的(de)安全。通常給并聯電容器串接一(yī)定電抗器，改變其與系統阻抗的(de)諧振點，以避免諧振。為(wèi)此，電感量應滿足一(yī)>0的(de)條件，即：
滿足式(3)條件時，電容支路的(de)諧波阻抗呈感性，諧波放大現象得到了抑制。對不同電網背景下的(de)諧波抑制，應根據情況選取不同的(de)電抗率來配置。要合理(lǐ)選取電抗率，必須了解電容裝置接入處母線的(de)背景諧波，再根據實測結果選取，使電容器與串聯電抗器得到正确匹配。
(1)若電容裝置接入處的(de)背景諧波為(wèi)3次，且含量已接近或超出标準時，宜選用12％串聯電抗器。
(2)若電容裝置接入處的(de)背景諧波以3次、5次為(wèi)主，且兩者含量均較大(其中之一(yī)已接近或超過标準時)，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(wèi)主。該方案與全部串聯12％的(de)方案相比，其優點是可(kě)降低(dī)無功與有功損耗，不足之處是投切程序必須先投12％的(de)電容器組，再投低(dī)電抗率的(de)電容器組，切除則相反。
(3)若電容裝置接入處的(de)背景諧波以3次、5次為(wèi)主，且3次諧波含量較小，5次諧波含量已超過或接近标準，宜采用5％～6％串聯電抗器。
(4)若電容裝置接入處的(de)背景諧波為(wèi)5次及以上，H5次諧波含量較大，宜選用6％串聯電抗器。
(5)若電容裝置接入處的(de)背景諧波以3次為(wèi)主，5次及以上諧波含量較小，且經驗算電容裝置投入後3次諧波有所放大，但未超标且有裕度，應選用0．1％～1％串聯電抗器。
(6)若電力系統中含有多種諧波成分，且都具有較大含量，則選用串聯電抗器應使電容器支路對于在較大含量的(de)各次諧波中的(de)最低(dī)次諧波總阻抗呈感性，此時該電容器支路對于較大含量的(de)各次諧波均不會産生放大作用。
4結語
諧波對變電站及其他電力系統供電設備的(de)影響已引起了社會的(de)廣泛關注，解決諧波問題、提高(gāo)電能質量成為(wèi)電力企業當前面臨的(de)重大課題。電力系統中，諧波對并聯電容器的(de)運行影響較大，高(gāo)次諧波會導緻電容器過電流和(hé)過負荷，使電容器發熱、絕緣老化，從而縮短(duǎn)電容器的(de)使用壽命；而并聯電容器也會引起系統諧波阻抗特性的(de)改變和(hé)諧波電流的(de)放大，對電容器本身及其附近的(de)電氣設備造成威脅。對諧波的(de)抑制可(kě)以在對大容量非線性負荷用戶加強管理(lǐ)的(de)同時采取措施降低(dī)諧波源諧波含量，也可(kě)以通過在電容器回路中串接電抗率合适的(de)電抗器等來限制系統諧波對并聯電容器的(de)不利影響。對諧波污染較嚴重的(de)地(dì)區，并聯電容器還可(kě)裝設具有諧波監視(shì)分析和(hé)諧波保護功能的(de)裝置，以确保電力系統的(de)安全可(kě)靠運行。
