變電站補(bǔ)償電容器引起諧波放大與防治對策

1、第24卷第5期2007年10月供用電變電站補(bǔ)償電容器引起諧波放大與防治對策孔斌1, 王保娟2(1. 鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院, 河南鄭州450001; 2. 鄭州供電公司, 河南鄭州摘要:并聯(lián)電容器是目前電網(wǎng)中普遍應(yīng)用的無功補(bǔ)償設(shè)備, 互影響, 發(fā)生諧波的諧振。通過對河南電網(wǎng)某35kV 波放大效應(yīng), , 。關(guān)鍵詞:并聯(lián)補(bǔ)償電容器; 諧波電流; 中圖分類號:TM 714. :1006-6357(2007 05-0061-02, 故系統(tǒng)阻抗呈感性, 補(bǔ)償電容器, 并考慮了高壓輸電線路的電容后, 系統(tǒng)的基波阻抗仍呈感性。但是, 這種電容與電感元件并聯(lián)或串聯(lián)的電路, 在不同的頻率下, 感抗、容抗呈現(xiàn)不同的

2、數(shù)值, 有時會使注入系統(tǒng)的諧波電流加大, 某些次數(shù)的諧波還可能發(fā)生諧振, 使系統(tǒng)的電壓、電流波形嚴(yán)重畸變, 影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本文通過對變電所進(jìn)行的諧波實(shí)測與分析, 說明了變電所并聯(lián)補(bǔ)償電容器的諧波放大效應(yīng)及危害, 提出抑制諧波放大的措施。1變電站諧波的測試與分析河南電網(wǎng)某35kV 變電所主接線如圖1所示, 該變電所電壓等級為35kV/10kV 。35kV 、10kV 主接線均為單母分段。10kV 兩段母線上分別設(shè)一組并聯(lián)補(bǔ)償電容器, 電容器組中無串聯(lián)電抗器。該變電所10kV 西段母線上接有一電弧爐負(fù)荷, 它是該站諧波的主要來源。 圖1變電所主接線圖為了掌握變電所諧波電流和諧波電壓的水平,

3、我們對變電所進(jìn)行了諧波測試, 表1列出了對10kV 側(cè)注入諧波源的測試結(jié)果。表1注入變電所諧波源的諧波電流實(shí)測數(shù)據(jù)(測試時間:2005211225系統(tǒng)頻率:49.970Hz 諧波次數(shù)A 相C 相畸變率/%幅值/A畸變率/%幅值/A基波152. 5152. 130. 10. 20. 30. 454. 26. 34. 77. 1712. 919. 615. 523. 591. 82. 81. 52. 31110. 315. 76. 59. 8從表1可以看出,7次諧波電流的最大值為23. 5A ;11次諧波電流的最大值為15. 7A , 都超過了國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。2諧波放大分析電力系統(tǒng)的諧波源主要

4、是諧波電流源, 且可以認(rèn)為是恒流源。圖2a 所示為具有諧波電流源和并聯(lián)電容器組(帶串聯(lián)電抗器 的簡化系統(tǒng)圖, 圖2b 為對應(yīng)的諧波分析等值電路。圖中:諧波源的n 次諧波電流為I n ; 系統(tǒng)的諧波阻抗為z S n =r S n +j x S n ; 并聯(lián)電容器組支路的諧波阻抗為z C n =r C n +j (x L n -x C n 。圖2并聯(lián)電容器諧波分析電路圖16供用電2007年10月電容器組未加串聯(lián)電抗器, 忽略電阻, 則電容器支路與系統(tǒng)等值支路的諧波電抗之比為=-x C n /x S n =-x n 2x S(1 則母線諧波電壓U n 、支路諧波電流I S n 、I C n 與總諧波

5、電流I n 的比值與有關(guān), 即U n /I n =1+x S n , I S n /I n =1+,I C n /I n =1+當(dāng)=-2, n /x S 時, I S n /I n C /I , n =S n 倍當(dāng)=-2, 即諧波次數(shù)n =x C /x S =n b時, I S n /I n =1, I C n /I n =2, U n /I n =x S n 電容器支路的諧波電流被放大1倍。當(dāng)=-1, 即諧波次數(shù)n =C /x S =n 0時,系統(tǒng)出現(xiàn)并聯(lián)諧振, I S n I C n , 和U n 都達(dá)到最大值,諧波放大達(dá)到最嚴(yán)重的程度。表2列出并聯(lián)電容器組C2回路諧波電流實(shí)測值。從表2可

6、看出,10kV 西母上并聯(lián)電容器C2回路的7次和11次諧波電流都被放大約兩倍。圖3所示為C2回路諧波電流錄波圖。表2回路的諧波電流實(shí)測值(測試時間:2005/11/25系統(tǒng)頻率:49.166Hz 諧波次數(shù)A 相C 相畸變率/%幅值/A畸變率/%幅值/A基波142. 5140. 432. 13. 01. 92. 6522. 732. 420. 528. 9735. 150. 036. 250. 994. 56. 51. 72. 41116. 523. 511. 916. 8 圖3C2回路諧波電流錄波(采樣點(diǎn) 圖3危害與對策3. 1危害在變電站低壓母線裝設(shè)并聯(lián)電容器組是常見的無功補(bǔ)償方式, 電力系

7、。, 無功補(bǔ)償, 這不僅加重, , 縮, 甚至損壞。更為嚴(yán)重的是, 在一定條件下, 無功補(bǔ)償電容器組與系統(tǒng)參數(shù)共同作用還會造成諧振, 出現(xiàn)危險的過電流或過電壓, 危及設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行安全。3. 2對策1 降低諧波源諧波電流含量。電力系統(tǒng)中大量的諧波源是換流器, 增加其脈動數(shù)對降低諧波電流含量最為有效。2 裝設(shè)濾波器。在諧波源處裝設(shè)濾波器就地吸收諧波電流, 可以使注入系統(tǒng)的諧波降到很低的程度, 這也是當(dāng)前最主要的抑制諧波方法。3 合理選擇變電所補(bǔ)償電容器支路中串聯(lián)電抗器的電抗值。在電容器支路加入串聯(lián)電抗器后, 與未加串聯(lián)電抗器時相比, n 0, n a 和n b 都有所減小, 即加入串聯(lián)電抗器可以降低并聯(lián)諧振的諧波次數(shù), 縮小嚴(yán)重放大區(qū)的寬度。加入串聯(lián)電抗器還可以降低電容器投入時的涌流。要確定合理的電抗值, 就需要對系統(tǒng)運(yùn)行方式、諧波源變化和電容器的投切組數(shù)進(jìn)行全面的分析。4結(jié)語該變電所由于10kV 西段母線上接有諧波源電弧爐, 實(shí)測和理論分析表明, 該變電站10kV 西母電容器組由于沒有裝設(shè)串聯(lián)電抗器, 產(chǎn)生諧波放大。經(jīng)計算論證, 對該電容器回路加