淺析電力系統(tǒng)諧波對高壓并聯(lián)電容器的影響及兩點解決方案

[ 摘 要 ] 文章對電網(wǎng)諧波對高壓并聯(lián)電容器影響的現(xiàn)象進(jìn)行剖析，分析諧波測量數(shù)據(jù)，初步探討理論成因，提出解決辦法。

[ 關(guān)鍵詞 ] 電網(wǎng)諧波危害 高壓并聯(lián)無功補(bǔ)償電容器 諧振 消諧 并聯(lián)濾波器

諧波是目前電網(wǎng)中影響電能質(zhì)量的一項重要指標(biāo)。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，非線性電力負(fù)荷在電力系統(tǒng)中大大增加。使電氣設(shè)備運(yùn)行不正常，加速絕緣老化，縮短設(shè)備的使用壽命等許多不良后果。本文結(jié)合實際重點討論電網(wǎng)諧波“污染”對高壓并聯(lián)電容器的影響及解決辦法。

一、故障的產(chǎn)生

電網(wǎng)變電所及大用戶變電所的10KV高壓并聯(lián)無功補(bǔ)償電容器常常發(fā)生故障。這些故障發(fā)生在不同變電所，故障現(xiàn)象都是繼電保護(hù)不平衡電壓或差壓保護(hù)動作，開關(guān)跳閘，檢查后大多發(fā)現(xiàn)10KV高壓并聯(lián)無功補(bǔ)償電容器組有一個或多個單只電容器熔絲熔斷，這類故障有時在同一變電所經(jīng)常發(fā)生。

雖然這些故障發(fā)生在不同電壓等級的變電所，但不難發(fā)現(xiàn)其中有某些內(nèi)在共同因素:這些變電所附近都有較強(qiáng)烈的諧波源，或本身這個用戶就是強(qiáng)烈諧波源，諧波連續(xù)監(jiān)測已確證了這點，從而推斷正是這些諧波“污染”源造成了這些高壓并聯(lián)電容器的故障。

1.產(chǎn)生故障的原因

(1)首先，基本可排除是某些電容器的質(zhì)量問題，在發(fā)生故障的變電所，多次更換試驗合格的電容器后仍不斷發(fā)生同類故障，且特別發(fā)生故障的單只電容器呈現(xiàn)出無規(guī)則隨機(jī)性的特點。

(2)其次，可排除是電網(wǎng)過電壓造成電容器這類故障:測控裝置的記錄顯示在故障發(fā)生時電容器所接系統(tǒng)電壓無過電壓現(xiàn)象，保護(hù)動作記錄也表明沒有一次是過電壓保護(hù)動作。

(3)同一變電所和頻繁發(fā)生這類電容器故障以前對比:電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷性質(zhì)與歷史記錄相比之下最明顯的變化是變電所附近大多近幾年新建一些大型用戶變電所，而這些用戶都使用大量的大功率電力電子設(shè)備。這些都是諧波源。

二、理論淺析

從以上這些二十四小時實測數(shù)據(jù)中，高次諧波確實存在，而且我們發(fā)現(xiàn)其中三次、五次諧波成分含量較高、出現(xiàn)較頻繁。

在一個理想的電力系統(tǒng)，電能是以恒定頻率(50HZ)和幅值的三相平衡正弦電壓向用戶供電。

在電網(wǎng)存在諧波時，我們實際觀察到的波形是畸變的，曲線也呈鋸齒狀，同一測試點一般表現(xiàn)為電流波形比電壓波形畸變大。

電力系統(tǒng)中為了補(bǔ)償負(fù)荷的功率因數(shù)，提高電壓水平，在變電所或負(fù)荷點處常常裝有并聯(lián)電容器，用于補(bǔ)償無功功率。對于工頻，系統(tǒng)的感抗一般比容抗小得多。

1.并聯(lián)諧振注:In---電網(wǎng)中諧波電流源;Ls---系統(tǒng)等值電感

C--系統(tǒng)等值電容，它是變電所補(bǔ)償電容，變電所出線電容與系統(tǒng)等值并聯(lián)電容之和。

當(dāng)諧波源電流注入變電所母線時，在某一諧波頻率下，就可能發(fā)生并聯(lián)諧振。令為等值電路的并聯(lián)諧振頻率，由諧振條件

顯然如果諧波頻率fn(n次諧波)與fP相近，變電所中就會發(fā)生并聯(lián)諧振。

則由諧波注入點看進(jìn)去的等值諧波電抗為 (2)

諧波電流的注入點的母線電壓 (3)

諧振支路中電流分別為(4)

當(dāng)時，很大，變電所母線的諧波電壓將很高，同時諧振支路中諧波電流也很大，從而可能造成電氣設(shè)備因過電壓和過電流而遭受損壞。

2.串聯(lián)諧振

當(dāng)變電所靠近大的諧波源時，在如圖4的接線方式下，將可 能發(fā)生串聯(lián)諧振。

當(dāng)電容器投入的系統(tǒng)中有三次諧波電壓分量存在時，電壓互感器二次側(cè)感應(yīng)出的三次諧波相位相同電壓值互相疊加產(chǎn)生不平衡電壓，當(dāng)系統(tǒng)中三次諧波電壓分量大到產(chǎn)生的不平衡電壓達(dá)到保護(hù)整定值時，保護(hù)就動作跳開高壓開關(guān)。所以在三次諧波電壓分量含量較大的用戶，無功補(bǔ)償?shù)娜嗖⒙?lián)電容器會經(jīng)常不平衡電壓保護(hù)動作，導(dǎo)致電容器無法正常投入運(yùn)行。強(qiáng)行投入則很可能導(dǎo)致電容器發(fā)生故障。

三、解決方法初步探討

1.對那些含諧波源的大用戶的用戶變電所內(nèi)的諧振問題，根據(jù)調(diào)整系統(tǒng)負(fù)荷分布或電路參數(shù)，確能避免、減少惡性電氣故障的發(fā)生，調(diào)整系統(tǒng)負(fù)荷分布具體實施起來也比較容易，投入成本少。

2.在實際運(yùn)行中，發(fā)生故障的電容器大多是不帶串聯(lián)電抗器的電容器組，在發(fā)生電容器故障后，針對這些電容器，我們根據(jù)電容器容量匹配幫助用戶安裝了高阻抗電抗器組，一方面提高了支路短路阻抗，改變了并聯(lián)支路參數(shù)，避開諧振頻率;另一方面阻止諧波成份進(jìn)入電容器，使諧波電壓的壓降大部分落在高阻抗電抗器上，讓高次諧波電流消耗在高阻抗電抗器上，特別是阻止畸變電壓尖峰波通過，從而減少諧波對電容器的破壞，起到一定的保護(hù)作用。

四、結(jié)語

大功率沖擊性非線性負(fù)荷對電網(wǎng)的污染所帶來的問題同環(huán)境問題一樣可怕，令人感到欣喜的是，人們現(xiàn)在對諧波污染這種看不見的污染的重視意識上有了極大的提高，對諧波的監(jiān)測更嚴(yán)密，對諧波的治理力度也大大加強(qiáng)了。

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