動態(tài)電容補償柜

1、如何選擇低壓無功功率補償裝置無功功率補償裝置在電子供電系統(tǒng)中所承擔的作用是 提高 電網的功率因數， 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 。所以無功功率補償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個不 可缺少的非常重要的位置。 合理的選擇補償裝置， 可以做到最大限度 的減少網絡的損耗，使電網質量提高。反之，如選擇或使用不當，可 能造成供電系統(tǒng)，電壓波動，諧波增大等諸多因素。一、按投切方式分類 :1. 延時投切方式延時投切方式即人們熟稱的 " 靜態(tài)"補償方式。這種投切依靠 于傳統(tǒng)的接觸器的動作， 當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

2、投切的目的在于防止接觸器過于頻繁的動 作時，電容器造成損壞， 更重要的是防備電容不停的投切導致供電系 統(tǒng)振蕩，這是很危險的。 當電網的負荷呈感性時，如電動機、電焊機 等負載，這時電網的電流滯后電壓一個角度，當負荷呈容性時，如過 量的補償裝置的控制器， 這時電網的電流超前于電壓的一個角度， 即 功率因數超前或滯后是指電流與電壓的相位關系 。通過補償裝置的控 制器檢測供電系統(tǒng)的物理量， 來決定電容器的投切， 這個物理量可以 是功率因數或無功電流或無功功率。下面就功率因數型舉例說明。 當這個物理量滿足要求時， 如 cos超前且0.98，滯后且0.95，在這個范圍內，此時控制器沒有 控制信號發(fā)出， 這

3、時已投入的電容器組不退出， 沒投入的電容器組也 不投入。當檢測到cos不滿足要求時，如cos滯后且0.95，那 么將一組電容器投入，并繼續(xù)監(jiān)測cos如還不滿足要求，控制器則 延時一段時間（延時時間可整定），再投入一組電容器，直到全部投 入為止。當檢測到超前信號如cos0.98,即呈容性載荷時，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 組在切除時就要先切除。如果把延時時間整定為 300s，而這套補償 裝置有十路電容器組，那么全部投入的時間就為 30 分鐘，切除也這 樣。在這段時間內無功損失補只能是逐步到位。 如果將延時時間整定 的很短，或沒有設定延時時間，就可能會

4、出現這樣的情況。當控制器 監(jiān)測到cosO 0.95，迅速將電容器組逐一投入，而在投入期間，此 時電網可能已是容性負載即過補償了， 控制器則控制電容器組逐一切 除，周而復始，形成震蕩，導致系統(tǒng)崩潰。是否能形成振蕩與負載的 性質有密切關系， 所以說這個參數需要根據現場情況整定， 要在保證 系統(tǒng)安全的情況下，再考慮補償效果。2. 瞬時投切方式 瞬時投切方式即人們熟稱的 "動態(tài)"補償方式，應該說它是半導體電力器件與數字技術綜合的技術結晶， 實際就是一套快速隨動系統(tǒng)，控制器一般能在半個周波至1個周波內完成采樣、計算，在2個 周期到來時，控制器已經發(fā)出控制信號了。通過脈沖信號使晶閘管導

5、 通，投切電容器組大約20-30毫秒內就完成一個全部動作，這種控制 方式是機械動作的接觸器類無法實現的。 動態(tài)補償方式作為新一代的 補償裝置有著廣泛的應用前景。現在很多開關行業(yè)廠都試圖生產、制 造這類裝置且有的生產廠已經生產出很不錯的裝置。當然與國外同類產品相比從性能上、元器件的質量、產品結構上還有一定的差距。動態(tài)補償的線路方式(1)LC串接法原理如圖1所示 T 1 負戟 |. TWk嚴L丄 C圖1ABC觸發(fā)信號CL- EKEK圖2這種方式采用電感與電容的串聯(lián)接法， 調節(jié)電抗以達到補償 無功損耗的目的。 從原理上分析， 這種方式響應速度快， 閉環(huán)使用時， 可做到無差調節(jié)，使無功損耗降為零。從元

6、件的選擇上來說，根據補 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， 應該是非常理想的補償裝置了。 但由于要求選用的電感量值大， 要在 很大的動態(tài)范圍內調節(jié)，所以體積也相對較大，價格也要高一些，再 加一些技術的原因， 這項技術到目前來說還沒有被廣泛采用或使用者 很少。(2) 采用電力半導體器件作為電容器組的投切開關，較常采 用的接線方式如圖2。圖中BK為半導體器件，C1為電容器組。這種 接線方式采用 2 組開關， 另一相直接接電網省去一組開關， 有很多優(yōu) 越性。作為補償裝置所采用的半導體器件一般都采用晶閘管， 其優(yōu) 點是選材方便， 電路成熟又很經濟。 其不足之處是元件本身

7、不能快速 關斷，在意外情況下容易燒毀，所以保護措施要完善。當解決了保護 問題，作為電容器組投切開關應該是較理想的器件。 動態(tài)補償的補償 效果還要看控制器是否有較高的性能及參數。 很重要的一項就是要求 控制器要有良好的動態(tài)響應時間， 準確的投切功率， 還要有較高的自 識別能力，這樣才能達到最佳的補償效果。當控制器采集到需要補償的信號發(fā)出一個指令 (投入一組或 多組電容器的指令），此時由觸發(fā)脈沖去觸發(fā)晶閘管導通，相應的電 容器組也就并入線路運行。 需要強調的是晶閘管導通的條件必須滿足 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 體器件應該是無涌流投切。當控制指令撤消時，觸發(fā)脈

8、沖隨即消失， 晶閘管零電流自然關斷。關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。元器件可以選單項晶閘管反并聯(lián)或是雙向晶閘管， 也可選適 合容性負載的固態(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. 混合投切方式實際上就是靜態(tài)與動態(tài)補償的混合， 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體器件。 這種方式在一 定程度上可做到優(yōu)勢互補， 但就其控制技術， 目前還見到完善的控制 軟件，該方式用于通常的網絡如工礦、小區(qū)、域網改造，比起單一的 投切方式拓寬了應

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

10、態(tài)補償的響應時間在幾十毫秒，按 40毫秒考慮則從 40 毫秒到 5 秒鐘之內是一個相對的穩(wěn)態(tài)過程， 動態(tài)補償裝置能完成這個過程。 如 果線路中沒有出現這么一段相對的穩(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，采用動態(tài)補償就要出問題并可能引發(fā)事 故。二、無功功率補償控制器 無功功率補償控制器有三種采樣方式， 功率因數型、 無功功 率型、無功電流型 。選擇那一種物理控制方式實際上就是對無功功率 補償控制器的選擇。 控制器是無功補償裝置的指揮系統(tǒng)， 采樣、運算、 發(fā)出投切信號，參數設定、 測量、元件保護等功能均由補償控制器完 成。十幾年來經歷了由分立元件-集成線路-單片機-DSP芯片一個

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

12、統(tǒng)的方式， 采 樣、控制也都較容易實現。* " 延時"整定，投切的延時時間，應在 10s-120s 范圍內調 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，其功率因數應能在0.85 （滯后）-0.95 （超前）范圍內整定。* 過壓保護設量* 顯示設置、循環(huán)投切等功能 這種采樣方式在運行中既要保證線路系統(tǒng)穩(wěn)定、 無振蕩現象 出現，又要兼顧補償效果， 這是一對矛盾，只能在現場視具體情況將 參數整定在較好的狀態(tài)下工作。 即使調整的較好， 也無法禰補這種方 式本身的缺陷，尤其是在線路重負荷時。舉例說明：設定投入門限； co s

13、 =0.95 （滯后）此時線路重載荷，即使此時的無功損耗已很大， 再投電容器組也不會出現過補償，但 cos只要不小于0.95，控制器就不會再有補償指令， 也就不會有電容器組投入， 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 型的缺陷。 一個設計良好的無功型控制器是智能化的， 有很強的適應 能力，能兼顧線路的穩(wěn)定性及檢測及補償效果， 并能對補償裝置進行 完善的保護及檢測，這類控制器一般都具有以下功能：* 四象限操作、自動、手動切換、自識別各路電容器組的功 率、根據負載自動調節(jié)切換時間、諧波過壓報警及保護、線路諧

14、振報 警、過電壓保護、線路低電流報警、電壓、電流畸變率測量、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，也就將補償裝置的效果發(fā)揮得淋漓盡致。 如線路在重負荷時， 那怕cos已達到0.99 （滯后），只要再投一組電容器不發(fā)生過補， 也還會再投入一組電容器，使補償效果達到最佳的狀態(tài)。采用DSP芯 片的控制器， 運算速度大幅度提高， 使得富里葉變換得到實現。 當然， 不是所有的無功型控制器都有這么完備的功能。 國內的產品相對于國 外的產品還存在一定的差距。3. 用于動態(tài)補償的控制器對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，運算速度快，更重要的是有 很好的完成動態(tài)補償功能。 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。目前，國內用于動態(tài)補償的控制器， 與國外同類產品相比有 較大的差距，一是在動態(tài)響應時間上較慢， 動態(tài)響應時間重復性不好； 二是補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 護成本高、造成設備整體投資費用高。另外，相應的國家標準也尚未 見到，這方面落后于發(fā)展。三、濾波補償系統(tǒng)由于現代半導體器件應用愈來愈普遍， 功率也更大， 但它的 負面影響就是產生很大的非正弦電流。 使電網的諧波電壓升高， 畸變 率增大，電網供電質量變壞。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， 還有可能造成設備損壞， 再這種情況下補償裝置是 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。濾波器的設計要使在工頻情況下呈容性， 以對線路進行無功 補償，對于諧波則為感性負載，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。濾波補償裝置即補償了無功損耗又改善了線路質量， ? 然成 本提高較多， 但對于諧波成分較大的線路還是應盡量考慮采用， 不能 認為裝置一時不出問題就認為沒有問題存在。 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償無功功率的同時， 對系統(tǒng)中的 諧波進行消除。實際應用中的諧波改善和無功補償1. 概述公共電網和工業(yè)電網中的諧波量逐漸增加是全世界共同的 趨勢，很明顯地，這和工業(yè)應用及商用建筑大樓中大量使用非線性負 載和設備有著直接的關系。 這些非線性設備通常為晶閘管或二級管整 流器，它們將導致電網中的電力品質下降， 常可出現在下列行業(yè)應用 實例中。*變速驅動裝置(VSD)，用于：- 制造業(yè)和加工業(yè)- 冶金工業(yè)中的感應加熱- 商業(yè)建筑中的電梯、空調泵、風機* 商業(yè)和工業(yè)建筑樓房中的計算機及其它重要負載所用的 不間斷電源 (UPS)2. 諧波的影響2.1 變壓器對變壓器

18、而言， 諧波電流可導致銅損和雜散損增加， 諧波電 壓則會增加鐵損。 與純正基本波運行的正弦電流和電壓相較， 諧波對 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， 進而導致變壓器的基波負 載容量下降。 而當你為非線性負載選擇正確的變壓器額定容量時， 應 考慮足夠的降載因子， 以確保變壓器溫升在允許的范圍內。 還應注意 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 ） 反應在電費上，而且諧波也會導致變壓器噪聲增加。2.2 電力電纜在導體中非正弦波電流所產生的熱量與具有相同均方根值 的純正弦波電流相較， 則非正弦波會有較

19、高的熱量。 該額外溫升是由 眾所周知的集膚效應和鄰近效應所引起的，而這兩種現象取決于 ? 率及導體的尺寸和間隔。 這兩種效應如同增加導體交流電阻， 進而導 致 I2Rac 損耗增加。2.3 電動機與發(fā)電機諧波電流和電壓對感應及同步電動機所造成的主要效應為 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 導致電動機效率降低， 并影響轉矩。 當設備負荷對電動機轉矩的變動 較敏感時，其扭動轉矩的輸出將影響所生產產品的質量。例如 : 人造 纖維紡織業(yè)和一些金屬加工業(yè)。 對于旋轉電機設備， 與正弦磁化相比， 諧波會增加噪音量。 像五次和七次這種諧波源， 在發(fā)電機或電動機負 載系統(tǒng)上， 可

20、產生六次諧波頻率的機械振動。 機械振動是由振動的扭 矩引起的， 而扭矩的振動則是由諧波電流和基波頻率磁場所造成， 如 果機械諧振頻率與電氣勵磁頻率重合， 會發(fā)生共振進而產生很高的機 械應力，導致機械損壞的危險。2.4 電子設備電力電子設備對供電電壓的諧波畸變很敏感， 這種設備常常 須靠電壓波形的過零點或其它電壓波形取得同步運行。 電壓諧波畸變 可導致電壓過零點漂移或改變一個相間電壓高于另一個相間電壓的 位置點。這兩點對于不同類型的電力電子電路控制是至關重要的。 控 制系統(tǒng)對這兩點 （ 電壓過零點與電壓位置點 ）的判斷錯誤可導致控制 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通

21、訊設備的干擾。計算機和一些其它電子設備，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%且個別諧波電壓 畸變率低于 3%，較高的畸變量可導致控制設備誤動作，進而造成生 產或運行中斷，導致較大的經濟損失。2.5 開關和繼電保護像其它設備一樣， 諧波電流也會引起開關之額外溫升并使基 波電流負載能力降低。 溫升的提高對某些絕緣組件而言會降低其使用 壽命。舊式低壓斷路器之固態(tài)跳脫裝置，系根據電流峰值來動作，而 此種型式之跳脫裝置會因饋線供電給非線性負載而導致不正常跳閘。 新型跳脫裝置則根據電流的有效值（RMS而動作。保護繼電器對波形 畸變之響應很大程度取決于所采用的檢測方法。 目

22、前并沒有通用的準 則能用來描述諧波對各種繼電器的影響。 然而，可以認為目前在電網 上一般的諧波畸變不會對繼電器運行造成影響。2.6 功率因數補償電容器電容器與其它設備相較有很大區(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 致電容器組溫升提高并增加絕緣材料的介質應力。 頻繁地切換非線性 電磁組件如變壓器會產生諧波電流， 這些諧波電流將增加電容器的負 擔。應當注意的是熔絲通常不是用來當作電容器之過載保護。 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， 因其容性特點在系統(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)產生諧振的可能性。 系統(tǒng)諧振將導致諧波電壓和 電流會明顯地高于在無諧振情況下出現的諧波電壓和電流。2.6.1 諧波與并聯(lián)諧振變速驅動器產生的諧波電流， 在經由電容器組電容和電網電 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 經電容器可導致其內部組件過熱。 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)諧振在上一級電網系統(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)諧振回路會吸引高次 諧波電流流入電容器， 串聯(lián)諧振可導致在變壓器的低壓側出現高的波 形畸變。2.6.3 建議

24、不論何時，只要有非線性負載 （ 直流驅動器、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 時設計無功功率補償系統(tǒng)， 一定要倍加小心。 為避免在連接電容器組 之系統(tǒng)產生并聯(lián)或串聯(lián)諧振，應采用濾波或調諧式電容器組。在那些電管部門對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 標準 519-1992 或 Engineering RecommendationG5/3 上標明之要求。 典型的濾波電容器組設置五次、 七次、十一次諧波等 3個濾波分支路。 濾波分支路的數量取決于要吸 收的諧波量和需要補償的無功量。 在某些情況下， 甚至一個

25、濾波分支 路就可滿足電壓畸變之限制和目標功率因數。為了設計濾波電容器 組，應對會產生諧波的負載進行調查及整合， 對既設工廠而言進行實 地諧波測量是最理想的方式。根據IEEE519-1992標準，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載 所引起之單次諧波電壓畸變，測量值低于 3%那么就可以將任何電 氣設備連接到此母線上而無須顧忌。然而，請注意，不論什么時候， 只要把不帶電抗器的電容器組連到此母線上，就會出現特定的并聯(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 諧波電壓就會被明顯放大。在沒有諧波量限制的地方，可以使用調諧式電容器

26、組。但是 請記住，在此種情況下，諧波的主要成份都注入到上級電網。調諧式 電容器組的典型范例，所需之段數則取決于負載功率因數和目標功率 因數。設計調諧式電容器組時，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 諧頻率是204Hz和189Hz分別與6%勺電抗器和7%勺電抗器相對應。 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 載。設計時要考慮電抗器鐵芯的線性度， 使其涌流時以及在額定電壓 畸變情況下不會出現飽和狀態(tài)。當設計無功電力補償系統(tǒng)時，假如設計一個新商業(yè)大樓，如 果不知道大樓將有什么樣的負載，

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載會產生諧波時，僅須增設電抗 器而不須更換電容器組。 無論何時， 只要懷疑電容器組周圍溫度可能 會超出其允許的最高溫度上限值時， 則建議在電容器配電盤內加設冷 卻風扇。 還要提請注意的是在采用調諧式或濾波電抗器的地方， 一定 要使用強迫冷卻方式， 因為與電容器組相比， 電抗器會產生更大的熱 量。3. 電力系統(tǒng)諧波諧振案例和解決方法3.1 案例 1在一個相當大的辦公大樓內， 發(fā)現許多電容器組因過熱而損壞，損壞的是連接在負責供電給計算機不間斷電源設備（UPS）變壓器之

28、自動功率因數控制電容器組上。為找出損壞的原因， 對諧波進行了測量。 測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）。結果可知，當兩段 50KVA般入后出現嚴重的并聯(lián)諧振，將30A的一次諧波電流（由UPS 產生的）放大到183A（相當于大約10倍的放大系數），同時電壓的THD 值也增加到19.6%。當2段50KVAF電容器組投入，電容器上電流的有效值（RMS是364A,相當于2.5倍的額定電流流經電容器，這 足以說明電容器損壞的原因。根據 IEC831-1 （ 低壓電容器標準 ），電 容器的容許電流是額定電流的 1.3 倍。因為從諧波測量結果中可確認在供電系統(tǒng)中存有諧振現象，因

29、此重新設計了無功補償系統(tǒng)，并決定使用帶 7%電抗器的調諧式電 容器組。請注意，裝上調諧電容器組后， 無論投入幾段皆可避免諧振， 而且也不會放大任何諧波電流， 為了驗證此新設計， 在最大非線性負 載下對調諧電容器組進行測試， 結果證明諧波電流如期望般并無放大 現象。3.2 案例 2單線系統(tǒng)圖是從一個塑模公司的供電系統(tǒng)中取出的， 這個固 定式的150KVAF電容器組經常故障。為了找出頻繁故障的原因，進行 了實地諧波測量， 結果如圖 9 所示。測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。測得的電容器有效電流相當于額 定電流的 1.71 倍，這樣的測量結果當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 8.1%。此公司現考慮采用濾波電容器組進行無功補償， 以保證所有用 電設備皆有良好的供電質量。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)功率因數太差不符合要求被罰款 所致。經計算，總共需要400KVAR來改善功率因數才能達到不被罰 款的規(guī)定值。在對電容器組進行測量后可知，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%當電容器組 投入時，由于無功得到補償，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%, 此種供電品質是負載所完全不能接受。 因此，最后是將電容器組切離， 并訂購新的調諧式電容器組進行替換。3.4 案例 4此案例中之測量主要的目的是要確定采用什么樣的無功補 償系統(tǒng)才能改善功率因數, 使其達到不被罰款要求值。 從測量的結果 可以看出，電壓發(fā)生了嚴重畸變，測得電壓之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行無功功率補償。當所有的濾波器都投入使用時，電壓THD從 12%到成為2% 該值被認為是低電壓供電系統(tǒng)的很好的結果。 還應提請注意的是由于 無功功率得到補償,基波供電電流出現了大幅度下降, 大約下降

32、 520A。 同時大量的諧波電流被有效吸收,供電電流達到了規(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10MVAR20KV電容器組。電容器組經常因過電流繼電器動作而發(fā)生非正常跳閘。諧波測量顯示當電容器組合閘時在 20KV的母線上出 現 10.8%異常高的電壓畸變， 五次諧波電流含量并高達 135A。 當切 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高達 22。對電容器組進行重新設計， 設計時將造紙廠直流驅動器產生 的諧波電流考慮進去。 經計算機對若干可能出現的電網情況進行仿真 后，證

33、明加上五次濾波器是最佳方案。 為應付于電容器上可能升高之 電壓，對原有的電容器組進行修改。方法是再增加一個電容器組，與 原有的電容器組串聯(lián)，并安裝一臺空心濾波電抗器。3.6 案例 6當公用電網在變電所使用不帶調諧電抗器的電容器組時， 如 果變電所供電給帶有產生諧波負載的工業(yè)用戶， 中壓供電電網被認為 是符合標準的電壓畸變，就有存在諧振的可能性。表示的是在某一變電所11KV母線上所測量的電壓波形，此變電所安裝的電容器組沒有配置調諧電抗器。由圖可見，由于諧振， 電壓發(fā)生嚴重畸變，五次諧波電壓分量經測量高達基本波的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是于一條供電給數家中、小型工廠的 11.4KV 供電母線上進行20小時的電壓THD值測量，顯然地，公用電網上之電容器組導致 了將工廠非線性負載所產生的諧波放大。 之所以對此母線的諧波進行 測量，是因在一個于低壓側裝有濾波電容器組的工廠經常遭受非正常 跳閘的困擾。 諧波分析證明畸變主要是由五次諧波所造成， 測量期間 第五次諧波電壓的最大值達 8.1%，超出了公用電網所規(guī)定之 3%限定 值，利用測得的畸變量進行計算，計算出低壓側濾波器的RMSI流，明顯地超過了五次濾波器電流繼電器的熱保護設定

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

36、時， 決定應讓在產生諧 波的變壓器上對諧波進行吸收， 因此應采用濾波器。 根據每臺變壓器 上的負載，設計濾波電容器組的無功功率，分支數量和調諧頻率。當 然，無需更換現有變壓器TR7的電容器組，因為這個變壓器只有線性 負載。請注意，由于在變壓器TR1-TR6的低壓側的濾波器降低了諧波 注入20KV電網，使諧波電壓畸變由5%筆到0.8%,因此，變壓器TR7 的供電質量變的很好并控制在規(guī)定的范圍內。4 結論由大部份案例中可發(fā)現, 在公共電網中之諧波畸變水平達到 所規(guī)定臨界值以前, 諧波問題便已明顯地出現在工業(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、器組之母線上將導致高電壓畸變。 用戶設備中一些諸如 電動機過熱, 變壓器過熱及電子設備誤動作的事情都會發(fā)生。 因此對 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。計算機仿真計算可針對各種不同電網情況進行快速分析, 其 輸出結果可當作設計之依據。 無論如何, 現場之測量不但可以提供可貴之諧波信息，并可當作計算機仿真之輸入值，或者可用來驗證計算 結果之準確性。變頻器的諧波治理與無功功率補償1變頻器供電系統(tǒng)的諧波治理與無功功率補償的意義隨著變頻器的廣泛應用，變頻器供電系統(tǒng)的諧波治理與無功功率 補償的意義逐漸被人們所認識。變頻器供電電源按傅立葉級數可以

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功電流占用電網容量；導致網壓波動；在供配電設施產生 熱損耗；降低了供配電設施運行可靠性。 諧波和間諧波的集膚效應使 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致網壓波形畸變和輻射干擾，引起同一電網下其他負載出力減小，損耗增加，甚至誤動作。變頻器用量較大的車間，用電容器直接進行無功力率補償雖然可 以大副度降低基波無功電流，但是必然出現諧波放大現象。這時，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、率補償必須同時進行。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償可以獲得最大的效益。 根據我們的經驗，采 用就地諧波治理與無功功率補嘗， 一年或一年半時間即可從節(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償方法 根據變頻器分類， 變頻器供電系統(tǒng)的就地諧波治理與無功功率補 償裝置分為：含各次濾波器的TSC動態(tài)無功功率補償裝置、6%!抗的 TSC動態(tài)無功功率補償裝置、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 電網通過可控硅三相全控橋給變頻器供電， 功率因數角約等于控制角a。供電電流包含6±1次諧波

40、（K=1、2、3），并且在直流電流 無脈動的理想情況下，n次諧波電流含量是基波電流的1/n。實際上， 直流電流脈動導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。就地實現諧波治理和無功功率補嘗是安裝含各次濾波器的 TSC 動態(tài)無功功率補償裝置。 裝置中計算機根據基波無功功率投入一定數 量的五次、七次、十一次和十三次濾波器。濾波器對基波呈容性，補 償基波無功功率； 濾波器對諧波呈現很小的電感， 濾除各次諧波無功 功率。2.2 交- 交變頻器 電網通過可控硅三相可逆整流橋給變頻器供電，功率因數很低。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 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， 但是濾波器器對一些間諧波呈容性， 必然產生間 諧波放大現象。就地實現諧波、 間諧波治理和無功功率補償是安裝 6%電抗的 TSC 動態(tài)無功功率補