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并联电容器与谐波的相互影响及解决措施
来源: | 作者:champzon | 发布时间: 2781天前 | 5717 次浏览 | 分享到:
　　随着电力电子技术的迅速发展，大功率电力电子设备的广泛应用使大量谐波注入电网，在影响电能质量的同时也给相应的电气设备带来了不同程度的危害。并联电容器可以调节电网系统的电压，提高系统的无功及功率因数，从而提高电网的传输能力。随着电网的更新换代，越来越多的并联电容器被投运到电网中来，并由于其对谐波的放大作用，使得电网谐波问题越来越严重，既影响了网络的传输质量，又增加了电力网络的损耗。因此在存在高次谐波的变电站系统中，我们必须弄清楚谐波问题产生的来龙去脉，并采取一定措施来抑制谐波的放大，以提高电力网络传输质量，保证电力系统稳定运行。


　　1、谐波对电容器的影响


　　在谐波电压作用下，由于电容器会产生附加的功率损耗，所以绝缘介质加速老化。更严重的是，大量谐波电流会增大电容器电流的有效值，加大温升，从而减短电容器的使用寿命，直至损坏电容器。当电网中存在谐波时，电容电流有效值和电容器输出无功容量的增长比电压有效值的增长要快，当谐波次数较高时，这种情况将更为明显。电网中的谐波电流以5次、7次、l1次、13次为主，其他次的谐波则相对较小。国际电工委员会规定了对电容器过载能力的判断标准：在电压有效值不超过1．1，电流有效值不超过1．3时可连续运行。电容器对谐波次数和谐波电压畸变率的改变相当敏感，系统发生谐振时，电容器可能产生较大过负荷电流，损坏电容器。另外，谐波还会引起电容器端电压有效值及电压峰值升高。尖顶波电压易诱发局部放电，电容器的局部放电性能一般由2个参数来表征，即起始放电场强和局部熄灭场强。如果其实放电场强和局部熄灭场强都很高，则电容器的性能就好。当电容器的工作场强高于局部放电熄灭场强时，在过电压下所发生的局部放电就可能在工作场强下不会熄灭，从而形成长时期的局部放电，必然损坏电容器。


　　2并联电容器对谐波的影响


　　在电力系统中，作为无功补偿装置并联电容器得到了广泛的应用，但是其由于谐波阻抗小，可能会产生更高次的谐波畸变，对系统及其他电气设备造成危害，也可能使电容器在谐波过电压作用下损坏。除此之外，电容器的使用可能会严重放大系统谐波，甚至发生谐振使电容器无法正常工作，并危及附近其他用电设备的安全。


　　(1)并联电容器不仅会使系统等效谐波阻抗呈容性，而且能改变系统谐波阻抗的频率特性，甚至可能与系统发生并联谐振，使等效谐波阻抗达到最大值。


　　(2)放大谐波电流。电力系统中的谐波源通常是电流源，其内阻抗非常大，当外阻抗发生变化时电流值不变。设谐波源的n次谐波电流为，n，进入电容器的谐波电流为，进入电网的谐波电流为。此时，电力系统感抗与电容器容抗相并联的阻抗作为谐波源的~'I-N抗。如果谐波次数不同，进入电网和电容器的谐波电流的分配也将不同，可能出现L<L，也可能出现，<。当L<L时，称为电容器谐波电流放大；当厶<，和厶<同时出现时，称为谐波电流严重放大。设电力系统的基波等值阻抗为五=RX，则n次谐波的阻抗为Z通常R<则可以忽略不计。在供电系统中，并联电容器作为无功补偿的用电设备，其对于某次谐波若与系统感抗发生并联谐振，则可能出现过电压而造成危害。


　　3谐波问题的解决


　　谐波问题的解决可从2方面入手，一方面为采用预防性措施，即避免谐波及其后果的出现，另一方面为采用补救性技术，即克服既存谐波问题。要想确保谐波标准得以全面有效执行，必须研究有效的谐波治理措施，其中包括：(1)限制谐波源谐波含量；(2)提高各种供用电设备的抗谐波能力，即抑制谐波放大。


　　3．1限制谐波源谐波含量


　　通过对谐波源采取措施，最大限度地避免谐波产生，从而提高电网质量，可采取的具体措施有：


　　(1)增加整流器的脉冲数。整流器是电网主要谐波源，其产生的特征谐波可表示为：


　　各次谐波电流值为：


　　从式(1)、(2)可知，随着脉冲数P的增加，装置输出的谐波次数n也相应增大，而n次谐波电流将减少。


　　(2)脉宽调制法。采用PWM技术的实质就是在所需频率周期内，将直流电压调制成幅值相等但不等宽的系列交流电压输出脉冲，把需要消除的谐波幅值调制为0、基波幅值为给定量，这样就可以消除指定谐波并控制基波幅值。


　　(3)抑制高次谐波最基本的方法，即三相整流变压器及电力变压器采用A／Y或y／A的接线方式。这种接线方式可使3n(n为正整数)次谐波电流在△接线的一次绕组中形成环流，不致使谐波注入公芡电网。


　　3．2抑制谐波放大


　　并联电容器存一定参数下会对谐波起放大作用，危及电容器本身和附近电气设备的安全。通常给并联电容器串接一定电抗器，改变其与系统阻抗的谐振点，以避免谐振。为此，电感量应满足一>0的条件，即：


　　满足式(3)条件时，电容支路的谐波阻抗呈感性，谐波放大现象得到了抑制。对不同电网背景下的谐波抑制，应根据情况选取不同的电抗率来配置。要合理选取电抗率，必须了解电容装置接入处母线的背景谐波，再根据实测结果选取，使电容器与串联电抗器得到正确匹配。


　　(1)若电容装置接入处的背景谐波为3次，且含量已接近或超出标准时，宜选用12％串联电抗器。


　　(2)若电容装置接入处的背景谐波以3次、5次为主，且两者含量均较大(其中之一已接近或超过标准时)，宜采用4．5％～6％与12％两种电抗率混装方式，但要以保证抑制3次谐波放大为主。该方案与全部串联12％的方案相比，其优点是可降低无功与有功损耗，不足之处是投切程序必须先投12％的电容器组，再投低电抗率的电容器组，切除则相反。


　　(3)若电容装置接入处的背景谐波以3次、5次为主，且3次谐波含量较小，5次谐波含量已超过或接近标准，宜采用5％～6％串联电抗器。


　　(4)若电容装置接入处的背景谐波为5次及以上，H5次谐波含量较大，宜选用6％串联电抗器。


　　(5)若电容装置接入处的背景谐波以3次为主，5次及以上谐波含量较小，且经验算电容装置投入后3次谐波有所放大，但未超标且有裕度，应选用0．1％～1％串联电抗器。


　　(6)若电力系统中含有多种谐波成分，且都具有较大含量，则选用串联电抗器应使电容器支路对于在较大含量的各次谐波中的最低次谐波总阻抗呈感性，此时该电容器支路对于较大含量的各次谐波均不会产生放大作用。


　　4结语


　　谐波对变电站及其他电力系统供电设备的影响已引起了社会的广泛关注，解决谐波问题、提高电能质量成为电力企业当前面临的重大课题。电力系统中，谐波对并联电容器的运行影响较大，高次谐波会导致电容器过电流和过负荷，使电容器发热、绝缘老化，从而缩短电容器的使用寿命；而并联电容器也会引起系统谐波阻抗特性的改变和谐波电流的放大，对电容器本身及其附近的电气设备造成威胁。对谐波的抑制可以在对大容量非线性负荷用户加强管理的同时采取措施降低谐波源谐波含量，也可以通过在电容器回路中串接电抗率合适的电抗器等来限制系统谐波对并联电容器的不利影响。对谐波污染较严重的地区，并联电容器还可装设具有谐波监视分析和谐波保护功能的装置，以确保电力系统的安全可靠运行。