動(dòng)態(tài)電容補(bǔ)償柜

1、如何選擇低壓無功功率補(bǔ)償裝置無功功率補(bǔ)償裝置在電子供電系統(tǒng)中所承擔(dān)的作用是 提高 電網(wǎng)的功率因數(shù)， 降低供電變壓器及輸送線路的損耗， 提高供電效率， 改善供電環(huán)境 。所以無功功率補(bǔ)償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個(gè)不 可缺少的非常重要的位置。 合理的選擇補(bǔ)償裝置， 可以做到最大限度 的減少網(wǎng)絡(luò)的損耗，使電網(wǎng)質(zhì)量提高。反之，如選擇或使用不當(dāng)，可 能造成供電系統(tǒng)，電壓波動(dòng)，諧波增大等諸多因素。一、按投切方式分類 :1. 延時(shí)投切方式延時(shí)投切方式即人們熟稱的 " 靜態(tài)"補(bǔ)償方式。這種投切依靠 于傳統(tǒng)的接觸器的動(dòng)作， 當(dāng)然用于投切電容的接觸器專用的， 它具有 抑制電容的涌流作用， 延時(shí)

2、投切的目的在于防止接觸器過于頻繁的動(dòng) 作時(shí)，電容器造成損壞， 更重要的是防備電容不停的投切導(dǎo)致供電系 統(tǒng)振蕩，這是很危險(xiǎn)的。 當(dāng)電網(wǎng)的負(fù)荷呈感性時(shí)，如電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī) 等負(fù)載，這時(shí)電網(wǎng)的電流滯后電壓一個(gè)角度，當(dāng)負(fù)荷呈容性時(shí)，如過 量的補(bǔ)償裝置的控制器， 這時(shí)電網(wǎng)的電流超前于電壓的一個(gè)角度， 即 功率因數(shù)超前或滯后是指電流與電壓的相位關(guān)系 。通過補(bǔ)償裝置的控 制器檢測(cè)供電系統(tǒng)的物理量， 來決定電容器的投切， 這個(gè)物理量可以 是功率因數(shù)或無功電流或無功功率。下面就功率因數(shù)型舉例說明。 當(dāng)這個(gè)物理量滿足要求時(shí)， 如 cos超前且0.98，滯后且0.95，在這個(gè)范圍內(nèi)，此時(shí)控制器沒有 控制信號(hào)發(fā)出， 這

3、時(shí)已投入的電容器組不退出， 沒投入的電容器組也 不投入。當(dāng)檢測(cè)到cos不滿足要求時(shí)，如cos滯后且0.95，那 么將一組電容器投入，并繼續(xù)監(jiān)測(cè)cos如還不滿足要求，控制器則 延時(shí)一段時(shí)間（延時(shí)時(shí)間可整定），再投入一組電容器，直到全部投 入為止。當(dāng)檢測(cè)到超前信號(hào)如cos0.98,即呈容性載荷時(shí)，那么控 制器就逐一切除電容器組。 要遵循的原則就是： 先投入的那組電容器 組在切除時(shí)就要先切除。如果把延時(shí)時(shí)間整定為 300s，而這套補(bǔ)償 裝置有十路電容器組，那么全部投入的時(shí)間就為 30 分鐘，切除也這 樣。在這段時(shí)間內(nèi)無功損失補(bǔ)只能是逐步到位。 如果將延時(shí)時(shí)間整定 的很短，或沒有設(shè)定延時(shí)時(shí)間，就可能會(huì)

4、出現(xiàn)這樣的情況。當(dāng)控制器 監(jiān)測(cè)到cosO 0.95，迅速將電容器組逐一投入，而在投入期間，此 時(shí)電網(wǎng)可能已是容性負(fù)載即過補(bǔ)償了， 控制器則控制電容器組逐一切 除，周而復(fù)始，形成震蕩，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。是否能形成振蕩與負(fù)載的 性質(zhì)有密切關(guān)系， 所以說這個(gè)參數(shù)需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況整定， 要在保證 系統(tǒng)安全的情況下，再考慮補(bǔ)償效果。2. 瞬時(shí)投切方式 瞬時(shí)投切方式即人們熟稱的 "動(dòng)態(tài)"補(bǔ)償方式，應(yīng)該說它是半導(dǎo)體電力器件與數(shù)字技術(shù)綜合的技術(shù)結(jié)晶， 實(shí)際就是一套快速隨動(dòng)系統(tǒng)，控制器一般能在半個(gè)周波至1個(gè)周波內(nèi)完成采樣、計(jì)算，在2個(gè) 周期到來時(shí)，控制器已經(jīng)發(fā)出控制信號(hào)了。通過脈沖信號(hào)使晶閘管導(dǎo)

5、 通，投切電容器組大約20-30毫秒內(nèi)就完成一個(gè)全部動(dòng)作，這種控制 方式是機(jī)械動(dòng)作的接觸器類無法實(shí)現(xiàn)的。 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方式作為新一代的 補(bǔ)償裝置有著廣泛的應(yīng)用前景?，F(xiàn)在很多開關(guān)行業(yè)廠都試圖生產(chǎn)、制 造這類裝置且有的生產(chǎn)廠已經(jīng)生產(chǎn)出很不錯(cuò)的裝置。當(dāng)然與國外同類產(chǎn)品相比從性能上、元器件的質(zhì)量、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上還有一定的差距。動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)木€路方式(1)LC串接法原理如圖1所示 T 1 負(fù)戟 |. TWk嚴(yán)L丄 C圖1ABC觸發(fā)信號(hào)CL- EKEK圖2這種方式采用電感與電容的串聯(lián)接法， 調(diào)節(jié)電抗以達(dá)到補(bǔ)償 無功損耗的目的。 從原理上分析， 這種方式響應(yīng)速度快， 閉環(huán)使用時(shí)， 可做到無差調(diào)節(jié)，使無功損耗降為零。從元

6、件的選擇上來說，根據(jù)補(bǔ) 償量選擇 1 組電容器即可，不需要再分成多路。既然有這么多的優(yōu)點(diǎn)， 應(yīng)該是非常理想的補(bǔ)償裝置了。 但由于要求選用的電感量值大， 要在 很大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，所以體積也相對(duì)較大，價(jià)格也要高一些，再 加一些技術(shù)的原因， 這項(xiàng)技術(shù)到目前來說還沒有被廣泛采用或使用者 很少。(2) 采用電力半導(dǎo)體器件作為電容器組的投切開關(guān)，較常采 用的接線方式如圖2。圖中BK為半導(dǎo)體器件，C1為電容器組。這種 接線方式采用 2 組開關(guān)， 另一相直接接電網(wǎng)省去一組開關(guān)， 有很多優(yōu) 越性。作為補(bǔ)償裝置所采用的半導(dǎo)體器件一般都采用晶閘管， 其優(yōu) 點(diǎn)是選材方便， 電路成熟又很經(jīng)濟(jì)。 其不足之處是元件本身

7、不能快速 關(guān)斷，在意外情況下容易燒毀，所以保護(hù)措施要完善。當(dāng)解決了保護(hù) 問題，作為電容器組投切開關(guān)應(yīng)該是較理想的器件。 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償 效果還要看控制器是否有較高的性能及參數(shù)。 很重要的一項(xiàng)就是要求 控制器要有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間， 準(zhǔn)確的投切功率， 還要有較高的自 識(shí)別能力，這樣才能達(dá)到最佳的補(bǔ)償效果。當(dāng)控制器采集到需要補(bǔ)償?shù)男盘?hào)發(fā)出一個(gè)指令 (投入一組或 多組電容器的指令），此時(shí)由觸發(fā)脈沖去觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，相應(yīng)的電 容器組也就并入線路運(yùn)行。 需要強(qiáng)調(diào)的是晶閘管導(dǎo)通的條件必須滿足 其所在相的電容器的端電壓為零， 以避免涌流造成元件的損壞， 半導(dǎo) 體器件應(yīng)該是無涌流投切。當(dāng)控制指令撤消時(shí)，觸發(fā)脈

8、沖隨即消失， 晶閘管零電流自然關(guān)斷。關(guān)斷后的電容器電壓為線路電壓交流峰值， 必須由放電電阻盡快放電，以備電容器再次投入。元器件可以選單項(xiàng)晶閘管反并聯(lián)或是雙向晶閘管， 也可選適 合容性負(fù)載的固態(tài)接觸器， 這樣可以省去過零觸發(fā)的脈沖電路， 從而 簡(jiǎn)化線路， 元件的耐壓及電流要合理選擇， 散熱器及冷卻方式也要考 慮周全。3. 混合投切方式實(shí)際上就是靜態(tài)與動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)幕旌希?一部分電容器組使用接 觸器投切， 而另一部分電容器組使用電力半導(dǎo)體器件。 這種方式在一 定程度上可做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)， 但就其控制技術(shù)， 目前還見到完善的控制 軟件，該方式用于通常的網(wǎng)絡(luò)如工礦、小區(qū)、域網(wǎng)改造，比起單一的 投切方式拓寬了應(yīng)

9、用范圍， 節(jié)能效果更好。 補(bǔ)償裝置選擇非等容電容 器組，這種方式補(bǔ)償效果更加細(xì)致，更為理想。還可采用分相補(bǔ)償方 式，可以解決由于線路三相不平行造成的損失。4. 在無功功率補(bǔ)償裝置的應(yīng)用方面，選擇哪一種補(bǔ)償方式，還要依電網(wǎng)的狀況而定， 首先對(duì)所補(bǔ)償?shù)木€路要有所了解， 對(duì)于負(fù)荷 較大且變化較快的工況，電焊機(jī)、電動(dòng)機(jī)的線路采用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，節(jié)能 效果明顯。 對(duì)于負(fù)荷相對(duì)平穩(wěn)的線路應(yīng)采用靜態(tài)補(bǔ)償方式， 也可使用 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置。 對(duì)于一些特殊的工作環(huán)境就要慎重選擇補(bǔ)償方式， 尤 其線路中含有瞬變高電壓、大電流沖擊的場(chǎng)合是不能采用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償 的。一般電焊工作時(shí)間均在幾秒鐘以上， 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)也在幾秒鐘以上， 而動(dòng)

10、態(tài)補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)時(shí)間在幾十毫秒，按 40毫秒考慮則從 40 毫秒到 5 秒鐘之內(nèi)是一個(gè)相對(duì)的穩(wěn)態(tài)過程， 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置能完成這個(gè)過程。 如 果線路中沒有出現(xiàn)這么一段相對(duì)的穩(wěn)態(tài)過程并能量又有較大的變化， 我們把它稱為瞬變或閃變，采用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償就要出問題并可能引發(fā)事 故。二、無功功率補(bǔ)償控制器 無功功率補(bǔ)償控制器有三種采樣方式， 功率因數(shù)型、 無功功 率型、無功電流型 。選擇那一種物理控制方式實(shí)際上就是對(duì)無功功率 補(bǔ)償控制器的選擇。 控制器是無功補(bǔ)償裝置的指揮系統(tǒng)， 采樣、運(yùn)算、 發(fā)出投切信號(hào)，參數(shù)設(shè)定、 測(cè)量、元件保護(hù)等功能均由補(bǔ)償控制器完 成。十幾年來經(jīng)歷了由分立元件-集成線路-單片機(jī)-DSP芯片一個(gè)

11、 快速發(fā)展的過程，其功能也愈加完善。就國內(nèi)的總體狀況，由于市場(chǎng) 的需求量很大，生產(chǎn)廠家也愈來愈多，其性能及內(nèi)在質(zhì)量差異很大， 很多產(chǎn)品名不符實(shí)， 在選用時(shí)需認(rèn)真對(duì)待。 在選用時(shí)需要注意的另一 個(gè)問題就是國內(nèi)生產(chǎn)的控制器其名稱均為"XXX無功功率補(bǔ)償控制器" ，名稱里出現(xiàn)的 "無功功率 "的含義不是這臺(tái)控制器的采樣物理量。 采樣物理量取決于產(chǎn)品的型號(hào)，而不是產(chǎn)品的名稱。1. 功率因數(shù)型控制器功率因數(shù)用cos表示，它表示有功功率在線路中所占的比 例。當(dāng)cos=1時(shí)，線路中沒有無功損耗。提高功率因數(shù)以減少無功 損耗是這類控制器的最終目標(biāo)。 這種控制方式也是很傳

12、統(tǒng)的方式， 采 樣、控制也都較容易實(shí)現(xiàn)。* " 延時(shí)"整定，投切的延時(shí)時(shí)間，應(yīng)在 10s-120s 范圍內(nèi)調(diào) 節(jié) " 靈敏度 " 整定，電流靈敏度，不大于 0-2A 。* 投入及切除門限整定，其功率因數(shù)應(yīng)能在0.85 （滯后）-0.95 （超前）范圍內(nèi)整定。* 過壓保護(hù)設(shè)量* 顯示設(shè)置、循環(huán)投切等功能 這種采樣方式在運(yùn)行中既要保證線路系統(tǒng)穩(wěn)定、 無振蕩現(xiàn)象 出現(xiàn)，又要兼顧補(bǔ)償效果， 這是一對(duì)矛盾，只能在現(xiàn)場(chǎng)視具體情況將 參數(shù)整定在較好的狀態(tài)下工作。 即使調(diào)整的較好， 也無法禰補(bǔ)這種方 式本身的缺陷，尤其是在線路重負(fù)荷時(shí)。舉例說明：設(shè)定投入門限； co s

13、 =0.95 （滯后）此時(shí)線路重載荷，即使此時(shí)的無功損耗已很大， 再投電容器組也不會(huì)出現(xiàn)過補(bǔ)償，但 cos只要不小于0.95，控制器就不會(huì)再有補(bǔ)償指令， 也就不會(huì)有電容器組投入， 所以這種控制方 式建議不做為推薦的方式。2. 無功功率（無功電流）型控制器無功功率（無功電流） 型的控制器較完善的解決了功率因數(shù) 型的缺陷。 一個(gè)設(shè)計(jì)良好的無功型控制器是智能化的， 有很強(qiáng)的適應(yīng) 能力，能兼顧線路的穩(wěn)定性及檢測(cè)及補(bǔ)償效果， 并能對(duì)補(bǔ)償裝置進(jìn)行 完善的保護(hù)及檢測(cè)，這類控制器一般都具有以下功能：* 四象限操作、自動(dòng)、手動(dòng)切換、自識(shí)別各路電容器組的功 率、根據(jù)負(fù)載自動(dòng)調(diào)節(jié)切換時(shí)間、諧波過壓報(bào)警及保護(hù)、線路諧

14、振報(bào) 警、過電壓保護(hù)、線路低電流報(bào)警、電壓、電流畸變率測(cè)量、顯示電 容器功率、顯示cos、U、I、S、P、Q及頻率。由以上功能就可以看出其控制功能的完備， 由于是無功型的 控制器，也就將補(bǔ)償裝置的效果發(fā)揮得淋漓盡致。 如線路在重負(fù)荷時(shí)， 那怕cos已達(dá)到0.99 （滯后），只要再投一組電容器不發(fā)生過補(bǔ)， 也還會(huì)再投入一組電容器，使補(bǔ)償效果達(dá)到最佳的狀態(tài)。采用DSP芯 片的控制器， 運(yùn)算速度大幅度提高， 使得富里葉變換得到實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)然， 不是所有的無功型控制器都有這么完備的功能。 國內(nèi)的產(chǎn)品相對(duì)于國 外的產(chǎn)品還存在一定的差距。3. 用于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)目刂破鲗?duì)于這種控制器要求就更高了， 一般是與觸發(fā)脈

15、沖形成電路 一并考慮的，要求控制器抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)算速度快，更重要的是有 很好的完成動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能。 由于這類控制器也都基于無功型， 所以它 具備靜態(tài)無功的特點(diǎn)。目前，國內(nèi)用于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)目刂破鳎?與國外同類產(chǎn)品相比有 較大的差距，一是在動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間上較慢， 動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間重復(fù)性不好； 二是補(bǔ)償功率不能一步到位，沖擊電流過大，系統(tǒng)特性容易漂移，維 護(hù)成本高、造成設(shè)備整體投資費(fèi)用高。另外，相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)也尚未 見到，這方面落后于發(fā)展。三、濾波補(bǔ)償系統(tǒng)由于現(xiàn)代半導(dǎo)體器件應(yīng)用愈來愈普遍， 功率也更大， 但它的 負(fù)面影響就是產(chǎn)生很大的非正弦電流。 使電網(wǎng)的諧波電壓升高， 畸變 率增大，電網(wǎng)供電質(zhì)量變壞。如果

16、供電線路上有較大的諧波電壓， 尤其 5 次以上，這些諧 波將被補(bǔ)償裝置放大。電容器組與線路串聯(lián)諧振，使線路上的電壓、 電流畸變率增大， 還有可能造成設(shè)備損壞， 再這種情況下補(bǔ)償裝置是 不可使用的。最好的解決方法就是在電容器組串接電抗器來組成諧波 濾波器。濾波器的設(shè)計(jì)要使在工頻情況下呈容性， 以對(duì)線路進(jìn)行無功 補(bǔ)償，對(duì)于諧波則為感性負(fù)載，以吸收部分諧波電流，改善線路的畸 變率。增加電抗器后，要考慮電容端電壓升高的問題。濾波補(bǔ)償裝置即補(bǔ)償了無功損耗又改善了線路質(zhì)量， ? 然成 本提高較多， 但對(duì)于諧波成分較大的線路還是應(yīng)盡量考慮采用， 不能 認(rèn)為裝置一時(shí)不出問題就認(rèn)為沒有問題存在。 很多情況下，采

17、用五次、 七次、十一次或高通濾波器可以在補(bǔ)償無功功率的同時(shí)， 對(duì)系統(tǒng)中的 諧波進(jìn)行消除。實(shí)際應(yīng)用中的諧波改善和無功補(bǔ)償1. 概述公共電網(wǎng)和工業(yè)電網(wǎng)中的諧波量逐漸增加是全世界共同的 趨勢(shì)，很明顯地，這和工業(yè)應(yīng)用及商用建筑大樓中大量使用非線性負(fù) 載和設(shè)備有著直接的關(guān)系。 這些非線性設(shè)備通常為晶閘管或二級(jí)管整 流器，它們將導(dǎo)致電網(wǎng)中的電力品質(zhì)下降， ?？沙霈F(xiàn)在下列行業(yè)應(yīng)用 實(shí)例中。*變速驅(qū)動(dòng)裝置(VSD)，用于：- 制造業(yè)和加工業(yè)- 冶金工業(yè)中的感應(yīng)加熱- 商業(yè)建筑中的電梯、空調(diào)泵、風(fēng)機(jī)* 商業(yè)和工業(yè)建筑樓房中的計(jì)算機(jī)及其它重要負(fù)載所用的 不間斷電源 (UPS)2. 諧波的影響2.1 變壓器對(duì)變壓器

18、而言， 諧波電流可導(dǎo)致銅損和雜散損增加， 諧波電 壓則會(huì)增加鐵損。 與純正基本波運(yùn)行的正弦電流和電壓相較， 諧波對(duì) 變壓器的整體影響是溫升較高。須注意的是 ; 這些由諧波所引起的額 外損失將與電流和頻率的平方成比例上升， 進(jìn)而導(dǎo)致變壓器的基波負(fù) 載容量下降。 而當(dāng)你為非線性負(fù)載選擇正確的變壓器額定容量時(shí)， 應(yīng) 考慮足夠的降載因子， 以確保變壓器溫升在允許的范圍內(nèi)。 還應(yīng)注意 的是用戶由于諧波所造成的額外損失將按所消耗的能量 （ 仟瓦一小時(shí) ） 反應(yīng)在電費(fèi)上，而且諧波也會(huì)導(dǎo)致變壓器噪聲增加。2.2 電力電纜在導(dǎo)體中非正弦波電流所產(chǎn)生的熱量與具有相同均方根值 的純正弦波電流相較， 則非正弦波會(huì)有較

19、高的熱量。 該額外溫升是由 眾所周知的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)所引起的，而這兩種現(xiàn)象取決于 ? 率及導(dǎo)體的尺寸和間隔。 這兩種效應(yīng)如同增加導(dǎo)體交流電阻， 進(jìn)而導(dǎo) 致 I2Rac 損耗增加。2.3 電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)諧波電流和電壓對(duì)感應(yīng)及同步電動(dòng)機(jī)所造成的主要效應(yīng)為 在諧波頻率下鐵損和銅損的增加所引起之額外溫升。 這些額外損失將 導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)效率降低， 并影響轉(zhuǎn)矩。 當(dāng)設(shè)備負(fù)荷對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的變動(dòng) 較敏感時(shí)，其扭動(dòng)轉(zhuǎn)矩的輸出將影響所生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量。例如 : 人造 纖維紡織業(yè)和一些金屬加工業(yè)。 對(duì)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)備， 與正弦磁化相比， 諧波會(huì)增加噪音量。 像五次和七次這種諧波源， 在發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)負(fù) 載系統(tǒng)上， 可

20、產(chǎn)生六次諧波頻率的機(jī)械振動(dòng)。 機(jī)械振動(dòng)是由振動(dòng)的扭 矩引起的， 而扭矩的振動(dòng)則是由諧波電流和基波頻率磁場(chǎng)所造成， 如 果機(jī)械諧振頻率與電氣勵(lì)磁頻率重合， 會(huì)發(fā)生共振進(jìn)而產(chǎn)生很高的機(jī) 械應(yīng)力，導(dǎo)致機(jī)械損壞的危險(xiǎn)。2.4 電子設(shè)備電力電子設(shè)備對(duì)供電電壓的諧波畸變很敏感， 這種設(shè)備常常 須靠電壓波形的過零點(diǎn)或其它電壓波形取得同步運(yùn)行。 電壓諧波畸變 可導(dǎo)致電壓過零點(diǎn)漂移或改變一個(gè)相間電壓高于另一個(gè)相間電壓的 位置點(diǎn)。這兩點(diǎn)對(duì)于不同類型的電力電子電路控制是至關(guān)重要的。 控 制系統(tǒng)對(duì)這兩點(diǎn) （ 電壓過零點(diǎn)與電壓位置點(diǎn) ）的判斷錯(cuò)誤可導(dǎo)致控制 系統(tǒng)失控。而電力與通訊線路之間的感性或容性耦合亦可能造成對(duì)通

21、訊設(shè)備的干擾。計(jì)算機(jī)和一些其它電子設(shè)備，如可編過程控制器（PLC），通常要求總諧波電壓畸變率（THD）小于5%且個(gè)別諧波電壓 畸變率低于 3%，較高的畸變量可導(dǎo)致控制設(shè)備誤動(dòng)作，進(jìn)而造成生 產(chǎn)或運(yùn)行中斷，導(dǎo)致較大的經(jīng)濟(jì)損失。2.5 開關(guān)和繼電保護(hù)像其它設(shè)備一樣， 諧波電流也會(huì)引起開關(guān)之額外溫升并使基 波電流負(fù)載能力降低。 溫升的提高對(duì)某些絕緣組件而言會(huì)降低其使用 壽命。舊式低壓斷路器之固態(tài)跳脫裝置，系根據(jù)電流峰值來動(dòng)作，而 此種型式之跳脫裝置會(huì)因饋線供電給非線性負(fù)載而導(dǎo)致不正常跳閘。 新型跳脫裝置則根據(jù)電流的有效值（RMS而動(dòng)作。保護(hù)繼電器對(duì)波形 畸變之響應(yīng)很大程度取決于所采用的檢測(cè)方法。 目

22、前并沒有通用的準(zhǔn) 則能用來描述諧波對(duì)各種繼電器的影響。 然而，可以認(rèn)為目前在電網(wǎng) 上一般的諧波畸變不會(huì)對(duì)繼電器運(yùn)行造成影響。2.6 功率因數(shù)補(bǔ)償電容器電容器與其它設(shè)備相較有很大區(qū)別， 電容器組之容抗隨頻率 升高而降低，因此，電容器組起到吸收高次諧波電流的作用，這將導(dǎo) 致電容器組溫升提高并增加絕緣材料的介質(zhì)應(yīng)力。 頻繁地切換非線性 電磁組件如變壓器會(huì)產(chǎn)生諧波電流， 這些諧波電流將增加電容器的負(fù) 擔(dān)。應(yīng)當(dāng)注意的是熔絲通常不是用來當(dāng)作電容器之過載保護(hù)。 由諧波 引起的發(fā)熱和電壓增加意味著電容器使用壽命的縮短。 在電力系統(tǒng)中 使用電容器組時(shí)， 因其容性特點(diǎn)在系統(tǒng)共振情況下可顯著的改變系統(tǒng) 阻抗。必需考

23、慮系統(tǒng)產(chǎn)生諧振的可能性。 系統(tǒng)諧振將導(dǎo)致諧波電壓和 電流會(huì)明顯地高于在無諧振情況下出現(xiàn)的諧波電壓和電流。2.6.1 諧波與并聯(lián)諧振變速驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的諧波電流， 在經(jīng)由電容器組電容和電網(wǎng)電 感形成的并聯(lián)諧振回路， 可被放大到 10-15 倍。被放大之諧波電流流 經(jīng)電容器可導(dǎo)致其內(nèi)部組件過熱。 需注意的是， 在相同電流幅值條件 下高頻諧波電流所造成之損失要高于基波頻率電流。2.6.2 諧波與串聯(lián)諧振在上一級(jí)電網(wǎng)系統(tǒng)電壓如發(fā)生波形畸變的情況下， 由電容器 組之電容和供電變壓器之短路電感形成的串聯(lián)諧振回路會(huì)吸引高次 諧波電流流入電容器， 串聯(lián)諧振可導(dǎo)致在變壓器的低壓側(cè)出現(xiàn)高的波 形畸變。2.6.3 建議

24、不論何時(shí)，只要有非線性負(fù)載 （ 直流驅(qū)動(dòng)器、換相器、 UPS、 及所有整流器 ） 連接到母線上，而又打算在母線上連接電容器組，此 時(shí)設(shè)計(jì)無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)， 一定要倍加小心。 為避免在連接電容器組 之系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)或串聯(lián)諧振，應(yīng)采用濾波或調(diào)諧式電容器組。在那些電管部門對(duì)諧波量有限制的地方， 通常安裝濾波電容 器組是必須的，以滿足例如 IEEE 標(biāo)準(zhǔn) 519-1992 或 Engineering RecommendationG5/3 上標(biāo)明之要求。 典型的濾波電容器組設(shè)置五次、 七次、十一次諧波等 3個(gè)濾波分支路。 濾波分支路的數(shù)量取決于要吸 收的諧波量和需要補(bǔ)償?shù)臒o功量。 在某些情況下， 甚至一個(gè)

25、濾波分支 路就可滿足電壓畸變之限制和目標(biāo)功率因數(shù)。為了設(shè)計(jì)濾波電容器 組，應(yīng)對(duì)會(huì)產(chǎn)生諧波的負(fù)載進(jìn)行調(diào)查及整合， 對(duì)既設(shè)工廠而言進(jìn)行實(shí) 地諧波測(cè)量是最理想的方式。根據(jù)IEEE519-1992標(biāo)準(zhǔn)，單次諧波電壓畸變率允許值為基 波電壓的3%例如，某些母線在不加電容器的情況下由非線性負(fù)載 所引起之單次諧波電壓畸變，測(cè)量值低于 3%那么就可以將任何電 氣設(shè)備連接到此母線上而無須顧忌。然而，請(qǐng)注意，不論什么時(shí)候， 只要把不帶電抗器的電容器組連到此母線上，就會(huì)出現(xiàn)特定的并聯(lián)和串聯(lián)諧振頻率。如果這一諧振頻率與某些諧波頻率重合， 諧波電流和 諧波電壓就會(huì)被明顯放大。在沒有諧波量限制的地方，可以使用調(diào)諧式電容器

26、組。但是 請(qǐng)記住，在此種情況下，諧波的主要成份都注入到上級(jí)電網(wǎng)。調(diào)諧式 電容器組的典型范例，所需之段數(shù)則取決于負(fù)載功率因數(shù)和目標(biāo)功率 因數(shù)。設(shè)計(jì)調(diào)諧式電容器組時(shí)，通常須給出電壓畸變限制值。給出的 低電壓典型值舉例如下：U3rd=0.5% ; U5th=5% ; U7th=5%。典型的調(diào) 諧頻率是204Hz和189Hz分別與6%勺電抗器和7%勺電抗器相對(duì)應(yīng)。 與使用6%勺電抗器相比，7%勺電抗器通常允許連接更多的非線性負(fù) 載。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮電抗器鐵芯的線性度， 使其涌流時(shí)以及在額定電壓 畸變情況下不會(huì)出現(xiàn)飽和狀態(tài)。當(dāng)設(shè)計(jì)無功電力補(bǔ)償系統(tǒng)時(shí)，假如設(shè)計(jì)一個(gè)新商業(yè)大樓，如 果不知道大樓將有什么樣的負(fù)載，

27、通常較合理的作法是采用額定電壓 高于系統(tǒng)電壓（例如在400V系統(tǒng)采用525V電容器）的電容器組。使 用較高額定電壓的電容器則在將來負(fù)載會(huì)產(chǎn)生諧波時(shí)，僅須增設(shè)電抗 器而不須更換電容器組。 無論何時(shí)， 只要懷疑電容器組周圍溫度可能 會(huì)超出其允許的最高溫度上限值時(shí)， 則建議在電容器配電盤內(nèi)加設(shè)冷 卻風(fēng)扇。 還要提請(qǐng)注意的是在采用調(diào)諧式或?yàn)V波電抗器的地方， 一定 要使用強(qiáng)迫冷卻方式， 因?yàn)榕c電容器組相比， 電抗器會(huì)產(chǎn)生更大的熱 量。3. 電力系統(tǒng)諧波諧振案例和解決方法3.1 案例 1在一個(gè)相當(dāng)大的辦公大樓內(nèi)， 發(fā)現(xiàn)許多電容器組因過熱而損壞，損壞的是連接在負(fù)責(zé)供電給計(jì)算機(jī)不間斷電源設(shè)備（UPS）變壓器之

28、自動(dòng)功率因數(shù)控制電容器組上。為找出損壞的原因， 對(duì)諧波進(jìn)行了測(cè)量。 測(cè)得的供電變壓器基波和諧波電流以及電壓的總諧波畸變率 （THD）。結(jié)果可知，當(dāng)兩段 50KVA般入后出現(xiàn)嚴(yán)重的并聯(lián)諧振，將30A的一次諧波電流（由UPS 產(chǎn)生的）放大到183A（相當(dāng)于大約10倍的放大系數(shù)），同時(shí)電壓的THD 值也增加到19.6%。當(dāng)2段50KVAF電容器組投入，電容器上電流的有效值（RMS是364A,相當(dāng)于2.5倍的額定電流流經(jīng)電容器，這 足以說明電容器損壞的原因。根據(jù) IEC831-1 （ 低壓電容器標(biāo)準(zhǔn) ），電 容器的容許電流是額定電流的 1.3 倍。因?yàn)閺闹C波測(cè)量結(jié)果中可確認(rèn)在供電系統(tǒng)中存有諧振現(xiàn)象，因

29、此重新設(shè)計(jì)了無功補(bǔ)償系統(tǒng)，并決定使用帶 7%電抗器的調(diào)諧式電 容器組。請(qǐng)注意，裝上調(diào)諧電容器組后， 無論投入幾段皆可避免諧振， 而且也不會(huì)放大任何諧波電流， 為了驗(yàn)證此新設(shè)計(jì)， 在最大非線性負(fù) 載下對(duì)調(diào)諧電容器組進(jìn)行測(cè)試， 結(jié)果證明諧波電流如期望般并無放大 現(xiàn)象。3.2 案例 2單線系統(tǒng)圖是從一個(gè)塑模公司的供電系統(tǒng)中取出的， 這個(gè)固 定式的150KVAF電容器組經(jīng)常故障。為了找出頻繁故障的原因，進(jìn)行 了實(shí)地諧波測(cè)量， 結(jié)果如圖 9 所示。測(cè)量得的電容器組有效電流值是 371A主要諧波分量是一次諧波。測(cè)得的電容器有效電流相當(dāng)于額 定電流的 1.71 倍，這樣的測(cè)量結(jié)果當(dāng)然能夠解釋為什么電容器總是

30、 出故障。由于總電壓諧波畸變率即使在不用電容器的情況下也高達(dá) 8.1%。此公司現(xiàn)考慮采用濾波電容器組進(jìn)行無功補(bǔ)償， 以保證所有用 電設(shè)備皆有良好的供電質(zhì)量。3.3 案例 3單線系統(tǒng)圖中電容器組是某家公司所購置的。 此公司購置電 容器組的決定是由于公司電力系統(tǒng)功率因數(shù)太差不符合要求被罰款 所致。經(jīng)計(jì)算，總共需要400KVAR來改善功率因數(shù)才能達(dá)到不被罰 款的規(guī)定值。在對(duì)電容器組進(jìn)行測(cè)量后可知，工廠供電用的500KVA變壓器稍有些過載，五次諧波電流為62A,是基波電流的9%當(dāng)電容器組 投入時(shí)，由于無功得到補(bǔ)償，基波電流降到492A,可是五次諧波電流卻被放大到456A,是基波電流的93%總電壓畸變率

31、增加到16.2%, 此種供電品質(zhì)是負(fù)載所完全不能接受。 因此，最后是將電容器組切離， 并訂購新的調(diào)諧式電容器組進(jìn)行替換。3.4 案例 4此案例中之測(cè)量主要的目的是要確定采用什么樣的無功補(bǔ) 償系統(tǒng)才能改善功率因數(shù), 使其達(dá)到不被罰款要求值。 從測(cè)量的結(jié)果 可以看出，電壓發(fā)生了嚴(yán)重畸變，測(cè)得電壓之THD是 12%顯然，不帶電抗器的電容器組是不能使用的, 由于較高的電壓畸變, 所以決定 使用濾波電容器組進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。當(dāng)所有的濾波器都投入使用時(shí)，電壓THD從 12%到成為2% 該值被認(rèn)為是低電壓供電系統(tǒng)的很好的結(jié)果。 還應(yīng)提請(qǐng)注意的是由于 無功功率得到補(bǔ)償,基波供電電流出現(xiàn)了大幅度下降, 大約下降

32、 520A。 同時(shí)大量的諧波電流被有效吸收,供電電流達(dá)到了規(guī)定的諧波限定 值。3.5 案例 5取自一家大型造紙廠的供電系統(tǒng)的案例。 該供電系統(tǒng)裝有一 個(gè)10MVAR20KV電容器組。電容器組經(jīng)常因過電流繼電器動(dòng)作而發(fā)生非正常跳閘。諧波測(cè)量顯示當(dāng)電容器組合閘時(shí)在 20KV的母線上出 現(xiàn) 10.8%異常高的電壓畸變， 五次諧波電流含量并高達(dá) 135A。 當(dāng)切 斷電容器組后，電壓畸變下降到1.2%，五次諧波電流降為6A。在此 中壓諧振情況下，第五次諧波電流放大系數(shù)高達(dá) 22。對(duì)電容器組進(jìn)行重新設(shè)計(jì)， 設(shè)計(jì)時(shí)將造紙廠直流驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生 的諧波電流考慮進(jìn)去。 經(jīng)計(jì)算機(jī)對(duì)若干可能出現(xiàn)的電網(wǎng)情況進(jìn)行仿真 后，證

33、明加上五次濾波器是最佳方案。 為應(yīng)付于電容器上可能升高之 電壓，對(duì)原有的電容器組進(jìn)行修改。方法是再增加一個(gè)電容器組，與 原有的電容器組串聯(lián)，并安裝一臺(tái)空心濾波電抗器。3.6 案例 6當(dāng)公用電網(wǎng)在變電所使用不帶調(diào)諧電抗器的電容器組時(shí)， 如 果變電所供電給帶有產(chǎn)生諧波負(fù)載的工業(yè)用戶， 中壓供電電網(wǎng)被認(rèn)為 是符合標(biāo)準(zhǔn)的電壓畸變，就有存在諧振的可能性。表示的是在某一變電所11KV母線上所測(cè)量的電壓波形，此變電所安裝的電容器組沒有配置調(diào)諧電抗器。由圖可見，由于諧振， 電壓發(fā)生嚴(yán)重畸變，五次諧波電壓分量經(jīng)測(cè)量高達(dá)基本波的22.2%。如果此電壓供電給MV/LV變壓器，而此變壓器于低壓側(cè)接有電容器組，則電容器

34、組之電容與變壓器之短路電感形成一串聯(lián)諧振回路而使 電容器吸收大量諧波電流，而發(fā)生電容器過載。3.7 案例 7是于一條供電給數(shù)家中、小型工廠的 11.4KV 供電母線上進(jìn)行20小時(shí)的電壓THD值測(cè)量，顯然地，公用電網(wǎng)上之電容器組導(dǎo)致 了將工廠非線性負(fù)載所產(chǎn)生的諧波放大。 之所以對(duì)此母線的諧波進(jìn)行 測(cè)量，是因在一個(gè)于低壓側(cè)裝有濾波電容器組的工廠經(jīng)常遭受非正常 跳閘的困擾。 諧波分析證明畸變主要是由五次諧波所造成， 測(cè)量期間 第五次諧波電壓的最大值達(dá) 8.1%，超出了公用電網(wǎng)所規(guī)定之 3%限定 值，利用測(cè)得的畸變量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出低壓側(cè)濾波器的RMSI流，明顯地超過了五次濾波器電流繼電器的熱保護(hù)設(shè)定

35、值， 如果不采取措 施消除11.4KV系統(tǒng)的諧振，則低壓側(cè)的濾波器應(yīng)改成帶6%或 7%電抗 器的調(diào)諧式電容器組， 如此一來將導(dǎo)致較高的諧波電流流入公用供電 系統(tǒng)，進(jìn)而惡化11.4KV的供電質(zhì)量。3.8 案例 8是一個(gè)供電給 7家工廠之變電站單線系統(tǒng)圖，變壓器 TR1-TR6的負(fù)載部份為非線性負(fù)載，而變壓器 TR7則僅為一般的AC 負(fù)載。無功電力補(bǔ)償方式是用不帶電抗器的自控電容器組進(jìn)行無功補(bǔ) 償。電容器組制造商被告知有幾臺(tái)變壓器上的好幾個(gè)電容器和熔斷器被燒壞，因此對(duì)諧波進(jìn)行了測(cè)量。特別注意的是變壓器TR7也由于20KV供電母線上的5%畸變而受到供電質(zhì)量低下的困擾。在為工廠重新設(shè)計(jì)無功補(bǔ)償系統(tǒng)的同

36、時(shí)， 決定應(yīng)讓在產(chǎn)生諧 波的變壓器上對(duì)諧波進(jìn)行吸收， 因此應(yīng)采用濾波器。 根據(jù)每臺(tái)變壓器 上的負(fù)載，設(shè)計(jì)濾波電容器組的無功功率，分支數(shù)量和調(diào)諧頻率。當(dāng) 然，無需更換現(xiàn)有變壓器TR7的電容器組，因?yàn)檫@個(gè)變壓器只有線性 負(fù)載。請(qǐng)注意，由于在變壓器TR1-TR6的低壓側(cè)的濾波器降低了諧波 注入20KV電網(wǎng)，使諧波電壓畸變由5%筆到0.8%,因此，變壓器TR7 的供電質(zhì)量變的很好并控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。4 結(jié)論由大部份案例中可發(fā)現(xiàn), 在公共電網(wǎng)中之諧波畸變水平達(dá)到 所規(guī)定臨界值以前, 諧波問題便已明顯地出現(xiàn)在工業(yè)工廠或商業(yè)用戶 中。在用戶系統(tǒng)中,若使用不串接電抗器之電容器組并造成諧振情況, 則于裝有電容

37、器組之母線上將導(dǎo)致高電壓畸變。 用戶設(shè)備中一些諸如 電動(dòng)機(jī)過熱, 變壓器過熱及電子設(shè)備誤動(dòng)作的事情都會(huì)發(fā)生。 因此對(duì) 電力用戶而言, 迫切需要的是了解可能發(fā)生之諧波問題, 并妥善處理 使諧波畸變限制在合理范圍內(nèi)。計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算可針對(duì)各種不同電網(wǎng)情況進(jìn)行快速分析, 其 輸出結(jié)果可當(dāng)作設(shè)計(jì)之依據(jù)。 無論如何, 現(xiàn)場(chǎng)之測(cè)量不但可以提供可貴之諧波信息，并可當(dāng)作計(jì)算機(jī)仿真之輸入值，或者可用來驗(yàn)證計(jì)算 結(jié)果之準(zhǔn)確性。變頻器的諧波治理與無功功率補(bǔ)償1變頻器供電系統(tǒng)的諧波治理與無功功率補(bǔ)償?shù)囊饬x隨著變頻器的廣泛應(yīng)用，變頻器供電系統(tǒng)的諧波治理與無功功率 補(bǔ)償?shù)囊饬x逐漸被人們所認(rèn)識(shí)。變頻器供電電源按傅立葉級(jí)數(shù)可以

38、分 解為基波有功電流，基波無功電流，諧波和間諧波電流?；o功電流占用電網(wǎng)容量；導(dǎo)致網(wǎng)壓波動(dòng)；在供配電設(shè)施產(chǎn)生 熱損耗；降低了供配電設(shè)施運(yùn)行可靠性。 諧波和間諧波的集膚效應(yīng)使 輸電線等效截面積變小，線路損耗增加；鐵芯中附加高頻渦流損耗； 諧波和間諧波電流導(dǎo)致網(wǎng)壓波形畸變和輻射干擾，引起同一電網(wǎng)下其他負(fù)載出力減小，損耗增加，甚至誤動(dòng)作。變頻器用量較大的車間，用電容器直接進(jìn)行無功力率補(bǔ)償雖然可 以大副度降低基波無功電流，但是必然出現(xiàn)諧波放大現(xiàn)象。這時(shí)，供 電電流和電容器電流中諧波和間諧波電流大副度增加， 電容器由于超 溫和過壓而損壞，供電變壓器溫升加大。為避免諧波電流大副度增加， 諧波治理與無功功

39、率補(bǔ)償必須同時(shí)進(jìn)行。從基波無功電流，諧波和間諧波電流的危害上可看出： 采用就地 諧波治理與無功功率補(bǔ)償可以獲得最大的效益。 根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，采 用就地諧波治理與無功功率補(bǔ)嘗， 一年或一年半時(shí)間即可從節(jié)能中回收全部投資。2 變頻器供電系統(tǒng)的諧波治于是與無功功率補(bǔ)償方法 根據(jù)變頻器分類， 變頻器供電系統(tǒng)的就地諧波治理與無功功率補(bǔ) 償裝置分為：含各次濾波器的TSC動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置、6%!抗的 TSC動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置、固定投入各次濾波器的裝置、有源電力 濾波器。2.1 交-直- 交電流型變頻器 電網(wǎng)通過可控硅三相全控橋給變頻器供電， 功率因數(shù)角約等于控制角a。供電電流包含6±1次諧波

40、（K=1、2、3），并且在直流電流 無脈動(dòng)的理想情況下，n次諧波電流含量是基波電流的1/n。實(shí)際上， 直流電流脈動(dòng)導(dǎo)致五次諧波和七次諧波含量增加， 大于七次諧波的高 次諧波含量減少。就地實(shí)現(xiàn)諧波治理和無功功率補(bǔ)嘗是安裝含各次濾波器的 TSC 動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置。 裝置中計(jì)算機(jī)根據(jù)基波無功功率投入一定數(shù) 量的五次、七次、十一次和十三次濾波器。濾波器對(duì)基波呈容性，補(bǔ) 償基波無功功率； 濾波器對(duì)諧波呈現(xiàn)很小的電感， 濾除各次諧波無功 功率。2.2 交- 交變頻器 電網(wǎng)通過可控硅三相可逆整流橋給變頻器供電，功率因數(shù)很低。從電電流不僅包含6K±1次諧波（K=1、2、3），還在諧波附近出現(xiàn) 間隔為變頻器輸出頻率的間諧波。用五次、七次、十一次和十三次濾 波器可以濾除諧波， 但是濾波器器對(duì)一些間諧波呈容性， 必然產(chǎn)生間 諧波放大現(xiàn)象。就地實(shí)現(xiàn)諧波、 間諧波治理和無功功率補(bǔ)償是安裝 6%電抗的 TSC 動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)