基于復合開關的無功補償系統的諧波分析

摘 要：隨著社會經濟的不斷發展，工業也迅速發展起來，工業用電對經濟的發展極為重要，電氣系統運行的安全性、可靠性成為人們所關注的焦點。近些年來，對電氣系統運行情況的調查中發現，容性負載、感性負載以及非線性負載逐漸增加，給電力系統帶來很多諧波污染以及無功的問題，電力系統的運行效率也受到極大的影響，對此，必須采取有效的處理措施。

關鍵詞：復合開關；無功補償；諧波電流

前言

復合開關主要是運用交流接觸器與可控硅等結構并聯組成，復合開關的應用可以對電氣系統中的電容器進行智能投切的操作，對避免電氣系統受到電網波動以及瞬間沖擊電流有著極大的作用。將復合開關應用到電氣系統中，實現抑制諧波電流以及無功問題有著極大的作用，進一步保證電氣系統運行的可靠性。對此，文章主要對基于復合開關的無功補償系統的諧波進行分析。

1 基于復合開關的無功補償系統結構

1.1 復合開關

以往電氣工程中，主要采用的開關為無觸點開關，在實際的運行中存在很大的缺陷[1]。例如，在對電容量多少進行控制的過程中，通過對觸發角的控制來實現，但是，這樣控制的后果卻會造成高次諧波以及較大的沖擊電流，不僅對電氣系統的運行效率造成極大的影響，甚至對電氣元器件如晶閘管的使用壽命也會造成一定的影響。

在電氣技術不斷進步的過程中，通過將復合開關引入到電氣系統設計中，能夠避免在對電容器投切的過程中產生沖擊電流、諧波等現象，同時也避免了散熱小、功率損耗等缺點，這是傳統無觸點開關所無法比擬的[2]。復合開關主要由交流接觸器、可控硅等結構組成。

例如，在對復合開關進行拓撲實驗的過程中，將接觸器與反向晶閘管并聯的無觸點復合開關作為控制電路中電容器組的投切工作（如圖1所示）。

圖1 復合開關拓撲示意圖

通過圖1 的拓撲實驗分析，在檢測到相電壓過零之后，系統將會給復合開關發出觸發脈沖[3]。根據圖1的連接顯示，晶閘管的導通實踐應比接觸器導通時間要快，結合實際計算兩者之間的導通時間大致相差35ms。也就是說，復合開關觸發脈沖由晶閘管率先導通，相隔大致35ms之后接觸器導通，而在此時，電容器組處在電壓過零時接入電網系統，這樣可以有效的避免瞬間脈沖電流的產生，從而實現對電容器組保護的目的。經過35ms之后，接觸器將接入到電網系統中，而這時電流也將從晶閘管全部轉移到接入電網系統的接觸器上，接觸器也將與電容器組進行連接并接入到電網系統中，再將晶閘管上觸發脈沖撤去，從而形成晶閘管在電流過零的情況下斷開。

1.2 電容器參數的選擇

基于復合開關的無功補償系統需要重視對電容器參數的選擇，同時也是做好系統無功補償工作的重點[4]。一般情況下，在晶閘管導通的同時，復合開關也將對電容器實施投切，而在這個過程中如果參數選擇不得當的話，就會造成投切時間不吻合，而產生無功補償的問題，結合多次實踐以及計算發現，在電容器的兩端電壓等于供電電壓時也就是最佳的時間，這樣才能提高系統的運行效率，避免無功補償問題的發生。電容器參數的選擇主要根據系統補償無功功率的大小因素進行，也就是系統所投入的電容容量，由于系統投入電容容量取決于功率因數，因此，在對電容器參數進行選擇的過程中，必須對功率因數進行分析并做出選擇。

2 諧波分析

諧波對電氣系統的影響極大，如果諧波電流過多會造成電壓波形發生畸變的現象，對供電質量也會造成極大的影響，工業生產用電對供電質量的要求極高，如果供電質量不高不僅會影響到工業生產效率，甚至會對一些生產設備造成燒毀的問題。例如，工業電氣系統中的漏電裝置，在受到諧波電流的影響時可能會產生誤動作的現象，影響到工業的正常生產運行，對此，作者主要從諧波的影響以及諧波電流的抑制等方面進行分析。

2.1 諧波的影響

電氣系統在運行的過程中，一旦出現諧波電流將會對系統的正常運行產生極大的影響，在基于復合開關的無功補償系統中，必須要對諧波的影響進行分析[5]。通過大量的實踐證明，諧波產生的阻抗主要受到諧波電抗、諧波電阻、工頻短路阻抗等幾方面因素的影響，因此，對電氣系統中的諧波影響分析必須從幾方面因素進行，諧波阻抗的具體方程式如下：

Lsn=Msn+jnTs=Msn+jTsn

式中的Lsn為系統中的n次諧波電阻，Ts為系統中的工頻短路阻抗，Msn為系統中n次諧波電抗。

2.2 諧波電流的抑制

通過以上對諧波電流的影響分析，諧波電流的產生對系統帶來的危害極大，甚至會造成斷路器的誤動作現象以及諧振過電壓的可能，后果極為嚴重[6]。為了避免或降低諧波電流對系統帶來的危害，可以采用電抗器容量來替換部分電容器容量，具體要根據實際的情況來選擇。一般情況下，將電容器容量的6%左右作為電抗器的容量，實現對諧波電流抑制的效果。另外，可以在電源電路中串聯扼流電感器設備，這樣就可以有效的對電路中的諧波電流產生抑制的作用，而且，該抑制方式實施工藝較為簡單，不僅具有較低的成本，還具有較高的可靠性，是當今電氣線路諧波電流的主要抑制方法之一。此外，也可以通過功率因數的方式來對電氣系統電路中的電流波形進行校正，實現對諧波電流的抑制作用，而且抑制效果也能夠達到以上所提到的諧波抑制方法。但是，在大量的實踐中發現，該種抑制諧波電流的方法無論是在生產工藝上，還是在后期的調試工藝上都要比之前的方法復雜，而且投入的成本量也比較大，更不利于工作人員掌握后期復雜的調試方式，因此，該種方法應用得比之前提到的方法要少很多。

3 結束語

綜上所述，電氣系統在運行的過程中，一旦出現無功補償或諧波電流問題，都將對系統運行的安全性、穩定性造成極大的影響，而復合開關的引用，可以有效的規避系統無功補償問題以及抑制諧波電流的作用，是未來電氣系統發展中主要的應用設備。通過文章對基于復合開關的無功補償系統諧波的分析，作者結合自身多年工作經驗，以及自身對電氣系統的了解，從無功補償系統結構以及諧波等兩方面進行分析，希望通過文章的分析對提升電氣系統的運行效率有著一定的幫助。

參考文獻

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[2]王彥文，何鵬云，王寅生，等.基于復合開關的礦用低壓無功自動補償裝置的研究[J].電氣應用，2012（4）.

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作者簡介：黃正吉（1978-），男，廣西河池人，主要從事電氣自動化研發工作。