低壓并聯(lián)電容器回路中串聯(lián)電抗器的選用.doc

低壓并聯(lián)電容器回路中串聯(lián)電抗器的選用 Post By：2010-10-8 10:19:00 摘要 簡(jiǎn)述諧波對(duì)低壓并聯(lián)電容器裝置的危害。從理論上分析采用串聯(lián)電抗器抑制諧波的作用，并提出串聯(lián)電抗器的選用方法以及設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的一些問題 關(guān)鍵詞 諧波 并聯(lián)諧振 并聯(lián)電容器裝置 串聯(lián)電抗器 電抗率 1 引言 供電系統(tǒng)中的大量非線性負(fù)荷在運(yùn)行中會(huì)引起電網(wǎng)電流、電壓波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生大量的諧波，導(dǎo)致電網(wǎng)的諧波“污染”。 并聯(lián)電容器裝置如果沒有采取措施。將會(huì)在接人母線處產(chǎn)生一定的諧波放大。串聯(lián)電抗器的主要作用是抑制諧波和限制合閘涌流， 因此在并聯(lián)電容器回路中串聯(lián)電抗器可以防止諧波對(duì)電容器造成危害，避免電容器裝置的接入對(duì)電網(wǎng)諧波的過度放大和發(fā)生諧振。下面分析低壓并聯(lián)電容器回路中串聯(lián)電抗器抑制諧波的作用，并提出串聯(lián)電抗器選用的一些建議。 2 諧波的定義及諧波的危害供電系統(tǒng)諧波是指對(duì)周期性的非正弦電量進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量， 這部分電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值(n= )稱為諧波次數(shù)。諧波分為零序諧波、正序諧波及負(fù)序諧波。零序諧波是基波頻率的3N (N為自然數(shù))倍，即：3、6、9、12、15次諧波等；正序諧波是基波頻率的3+l倍，即：4、7、10、l3、16次諧波等；負(fù)序諧波是基波頻率的3N一1倍，即：2、5、8、11、14次諧波等。 諧波的危害主要有以下幾個(gè)方面： 使發(fā)電機(jī)的輸出功率降低； 使變壓器產(chǎn)生附加損耗，引起過熱，加速絕緣介質(zhì)老化，導(dǎo)致絕緣損壞，諧波電流還會(huì)使變壓器鐵芯產(chǎn)生噪聲； 使接入交流系統(tǒng)的電容器過載： 引起電器的附加發(fā)熱； 使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生周期性變動(dòng)，并引起附加損耗，產(chǎn)生附加的諧波轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)和噪聲； 加速電纜老化，縮短電纜壽命； 對(duì)弱電系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，影響計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備等的正常運(yùn)行，造成繼電保護(hù)誤動(dòng)作等等。 諧波治理工作早已受到重視，我國(guó)先后頒布了電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定(SD 12684)和電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波(GBT 145491993)，明確規(guī)定了諧波源用戶注入公用電網(wǎng)的諧波電流允許值，和不同電壓等級(jí)下諧波電壓限制值。 3 諧波對(duì)電容器的影響以及電抗率的選擇分析31 電容器在諧波環(huán)境下的過電流 在同一條母線上有非線性負(fù)荷形成的諧波電流源時(shí)(略去電阻)，并聯(lián)電容器裝置的簡(jiǎn)化線路及其等效電路見圖1 根據(jù)圖1來分析非線性負(fù)荷所產(chǎn)生的諧波電流的流向。由于電容器的阻抗和頻率成反比頻率升高阻抗變小，使得大部分的諧波流向電容器。因此，對(duì)于電容器而言，它的工作電流就是基波電流加上諧波電流，當(dāng)此電流超過電容器額定電流的13倍時(shí)電容器就會(huì)迅速發(fā)生故障。特別是回路發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)，這個(gè)很大的諧振電流加在電容器回路中，會(huì)造成電容器回路的過電流，燒毀回路中的電容器、接觸器等，甚至還會(huì)損壞其它設(shè)備。 32 電抗率的選擇分析 串聯(lián)電抗器的主要作用是抑制諧波和限制合閘涌流，因此在并聯(lián)電容器回路中串聯(lián)電抗器可以防止諧波對(duì)電容器造成危害。圖2為同一條母線上有非線性負(fù)荷形成的諧波電流時(shí)(略去電阻)，并聯(lián)電容器回路中串聯(lián)電抗器的簡(jiǎn)化線路及其等效電路圖。要合理選擇電抗率，應(yīng)查明電容器接入母線處的背景諧波含量或根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果來正確選擇。電網(wǎng)中通常存在一個(gè)或兩個(gè)主諧波，且多為低次諧波。為了達(dá)到抑制諧波的目的，電抗率的配置，應(yīng)使電容器接人處對(duì)于有威脅性的各次諧波中的最低次諧波阻抗呈感性即： 4 工程實(shí)例 41 選擇無功補(bǔ)償型式的一般原則 無功補(bǔ)償型式主要有純電容的標(biāo)準(zhǔn)型、帶串聯(lián)電抗器的去諧型，以及主要為濾波設(shè)計(jì)的濾波型等幾種型式。在工程設(shè)計(jì)中，首先要了解系統(tǒng)的非線性設(shè)備總?cè)萘縌與系統(tǒng)設(shè)備總?cè)萘縋的大致比值關(guān)系，來決定無功補(bǔ)償采用哪種型式。當(dāng)Q20P 時(shí)，無功補(bǔ)償可采用純電容的標(biāo)準(zhǔn)型； 當(dāng)20PQ50P時(shí)，無功補(bǔ)償可采用濾波型。當(dāng)采用去諧型的無功補(bǔ)償裝置時(shí)，應(yīng)查明系統(tǒng)的非線性設(shè)備主要是什么設(shè)備， 產(chǎn)生的背景諧波含量主要有哪些，或者根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果來正確選擇電抗器。如計(jì)算機(jī)、熒光燈、電視機(jī)等設(shè)備主要產(chǎn)生3次、5次、7次等諧波電流，其中3次諧波含量最大；變頻器、空調(diào)、電梯、中頻爐、開關(guān)電源(如三相6脈波整流器)等設(shè)備主要產(chǎn)生5次、7次、11次等諧波電流，其中5次諧波含量最大；電弧爐設(shè)備主要產(chǎn)生27次諧波電流；可控硅整流器、開關(guān)電源(如三相12脈波整流器)設(shè)備主要產(chǎn)生11次、l3次等諧波電流。 42 某軟件學(xué)院變電所低壓母線處的無功補(bǔ)償 筆者于2006年完成了某軟件學(xué)院電氣設(shè)計(jì)工作，現(xiàn)就其中的變電所低壓母線處的無功補(bǔ)償作一簡(jiǎn)單介紹。該軟件學(xué)院在教學(xué)區(qū)、圖書館及宿舍區(qū)設(shè)了三個(gè)變電所，共設(shè)8 X 1 000 kVA干式變壓器。該工程主要用電設(shè)備為計(jì)算機(jī)、空調(diào)、熒光燈、實(shí)驗(yàn)儀器以及電熱水器等。經(jīng)過分析計(jì)算，該工程非線性設(shè)備(如計(jì)算機(jī)、熒光燈、空調(diào)等)的總?cè)萘恳呀?jīng)占到工程總設(shè)備容量的40 以上。而計(jì)算機(jī)、熒光燈等設(shè)備主要產(chǎn)生3次諧波電流，即在變電所低壓母線處的背景諧波含量主要為3次諧波，采用串聯(lián)電抗率為14 的電抗器來抑制3次及以上諧波電流，通過計(jì)算每臺(tái)變壓器需補(bǔ)償300 kvar的電容器采用如圖6所示的方案(以GMKP產(chǎn)品為例)。 在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下兩個(gè)問題： 電抗器的耐受電流需考慮基波電流以及各次諧波電流； 串聯(lián)電抗器后，使電容器的電壓 升高，可以采用下式來估算： 5 幾點(diǎn)建議 a 目前在有些含有大量非線性負(fù)荷工程的電氣設(shè)計(jì)中，大家在進(jìn)行電容器補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)時(shí)，往往只注重?zé)o功補(bǔ)償，沒有考慮采取諧波抑制措施，如串聯(lián)電抗器。隨著電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用供電系統(tǒng)中存在大量的諧波，建議廣大電氣設(shè)計(jì)同行采用串聯(lián)電抗器等措施，來減小諧波對(duì)電容器裝置的影響。 b 當(dāng)Q20P時(shí)，無功補(bǔ)償可以采用純電容的標(biāo)準(zhǔn)型； 當(dāng)20Pp50P時(shí)，無功補(bǔ)償一般采用濾波型。 c 低壓并聯(lián)電容器回路巾，采用串聯(lián)電抗器抑制諧波，在進(jìn)行電抗器選擇時(shí)，應(yīng)先查明電