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 簡述諧波對低壓并聯(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)荷在運行中會引起電網(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電容器造成危害，避免電容器裝置的接入對電網(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)諧波是指對周期性的非正弦電量進行傅里葉級數(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方面： 使發(fā)電機的輸出功率降低； 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)電動機轉(zhuǎn)速發(fā)生周期性變動，并引起附加損耗，產(chǎn)生附加的諧波轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生機械振動和噪聲； 加速電纜老化，縮短電纜壽命； 對弱電系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，影響計算機、通信設(shè)備等的正常運行，造成繼電保護誤動作等等。 諧波治理工作早已受到重視，我國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，和不同電壓等級下諧波電壓限制值。 3 諧波對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(略去電阻)，并聯(lián)電容器裝置的簡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倍時電容器就會迅速發(fā)生故障。特別是回路發(fā)生并聯(lián)諧振時，這個很大的諧振電流加在電容器回路中，會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(略去電阻)，并聯(lián)電容器回路中串聯(lián)電抗器的簡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)實測結(jié)果來正確選擇。電網(wǎng)中通常存在一個或兩個主諧波，且多為低次諧波。為了達到抑制諧波的目的，電抗率的配置，應(yīng)使電容器接人處對于有威脅性的各次諧波中的最低次諧波阻抗呈感性即： 4 工程實例 41 選擇無功補償型式的一般原則 無功補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)計的濾波型等幾種型式。在工程設(shè)計中，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，來決定無功補償采用哪種型式。當(dāng)Q20P 時，無功補償可采用純電容的標(biāo)準(zhǔn)型； 當(dāng)20PQ50P時，無功補償可采用濾波型。當(dāng)采用去諧型的無功補償裝置時，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)實測結(jié)果來正確選擇電抗器。如計算機、熒光燈、電視機等設(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償 筆者于2006年完成了某軟件學(xué)院電氣設(shè)計工作，現(xiàn)就其中的變電所低壓母線處的無功補償作一簡單介紹。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)備為計算機、空調(diào)、熒光燈、實驗儀器以及電熱水器等。經(jīng)過分析計算，該工程非線性設(shè)備(如計算機、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。而計算機、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，通過計算每臺變壓器需補償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)計中應(yīng)注意以下兩個問題： 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)計中，大家在進行電容器補償裝置設(shè)計時，往往只注重?zé)o功補償，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)計同行采用串聯(lián)電抗器等措施，來減小諧波對電容器裝置的影響。 b 當(dāng)Q20P時，無功補償可以采用純電容的標(biāo)準(zhǔn)型； 當(dāng)20Pp50P時，無功補償一般采用濾波型。 c 低壓并聯(lián)電容器回路巾，采用串聯(lián)電抗器抑制諧波，在進行電抗器選擇時，應(yīng)先查明電