基于復(fù)合開(kāi)關(guān)的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的諧波分析

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)也迅速發(fā)展起來(lái)，工業(yè)用電對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展極為重要，電氣系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性成為人們所關(guān)注的焦點(diǎn)。近些年來(lái)，對(duì)電氣系統(tǒng)運(yùn)行情況的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，容性負(fù)載、感性負(fù)載以及非線性負(fù)載逐漸增加，給電力系統(tǒng)帶來(lái)很多諧波污染以及無(wú)功的問(wèn)題，電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率也受到極大的影響，對(duì)此，必須采取有效的處理措施。

關(guān)鍵詞：復(fù)合開(kāi)關(guān)；無(wú)功補(bǔ)償；諧波電流

前言

復(fù)合開(kāi)關(guān)主要是運(yùn)用交流接觸器與可控硅等結(jié)構(gòu)并聯(lián)組成，復(fù)合開(kāi)關(guān)的應(yīng)用可以對(duì)電氣系統(tǒng)中的電容器進(jìn)行智能投切的操作，對(duì)避免電氣系統(tǒng)受到電網(wǎng)波動(dòng)以及瞬間沖擊電流有著極大的作用。將復(fù)合開(kāi)關(guān)應(yīng)用到電氣系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)抑制諧波電流以及無(wú)功問(wèn)題有著極大的作用，進(jìn)一步保證電氣系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。對(duì)此，文章主要對(duì)基于復(fù)合開(kāi)關(guān)的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的諧波進(jìn)行分析。

1 基于復(fù)合開(kāi)關(guān)的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 復(fù)合開(kāi)關(guān)

以往電氣工程中，主要采用的開(kāi)關(guān)為無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，在實(shí)際的運(yùn)行中存在很大的缺陷[1]。例如，在對(duì)電容量多少進(jìn)行控制的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)觸發(fā)角的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是，這樣控制的后果卻會(huì)造成高次諧波以及較大的沖擊電流，不僅對(duì)電氣系統(tǒng)的運(yùn)行效率造成極大的影響，甚至對(duì)電氣元器件如晶閘管的使用壽命也會(huì)造成一定的影響。

在電氣技術(shù)不斷進(jìn)步的過(guò)程中，通過(guò)將復(fù)合開(kāi)關(guān)引入到電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，能夠避免在對(duì)電容器投切的過(guò)程中產(chǎn)生沖擊電流、諧波等現(xiàn)象，同時(shí)也避免了散熱小、功率損耗等缺點(diǎn)，這是傳統(tǒng)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)所無(wú)法比擬的[2]。復(fù)合開(kāi)關(guān)主要由交流接觸器、可控硅等結(jié)構(gòu)組成。

例如，在對(duì)復(fù)合開(kāi)關(guān)進(jìn)行拓?fù)鋵?shí)驗(yàn)的過(guò)程中，將接觸器與反向晶閘管并聯(lián)的無(wú)觸點(diǎn)復(fù)合開(kāi)關(guān)作為控制電路中電容器組的投切工作（如圖1所示）。

圖1 復(fù)合開(kāi)關(guān)拓?fù)涫疽鈭D

通過(guò)圖1 的拓?fù)鋵?shí)驗(yàn)分析，在檢測(cè)到相電壓過(guò)零之后，系統(tǒng)將會(huì)給復(fù)合開(kāi)關(guān)發(fā)出觸發(fā)脈沖[3]。根據(jù)圖1的連接顯示，晶閘管的導(dǎo)通實(shí)踐應(yīng)比接觸器導(dǎo)通時(shí)間要快，結(jié)合實(shí)際計(jì)算兩者之間的導(dǎo)通時(shí)間大致相差35ms。也就是說(shuō)，復(fù)合開(kāi)關(guān)觸發(fā)脈沖由晶閘管率先導(dǎo)通，相隔大致35ms之后接觸器導(dǎo)通，而在此時(shí)，電容器組處在電壓過(guò)零時(shí)接入電網(wǎng)系統(tǒng)，這樣可以有效的避免瞬間脈沖電流的產(chǎn)生，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電容器組保護(hù)的目的。經(jīng)過(guò)35ms之后，接觸器將接入到電網(wǎng)系統(tǒng)中，而這時(shí)電流也將從晶閘管全部轉(zhuǎn)移到接入電網(wǎng)系統(tǒng)的接觸器上，接觸器也將與電容器組進(jìn)行連接并接入到電網(wǎng)系統(tǒng)中，再將晶閘管上觸發(fā)脈沖撤去，從而形成晶閘管在電流過(guò)零的情況下斷開(kāi)。

1.2 電容器參數(shù)的選擇

基于復(fù)合開(kāi)關(guān)的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)需要重視對(duì)電容器參數(shù)的選擇，同時(shí)也是做好系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償工作的重點(diǎn)[4]。一般情況下，在晶閘管導(dǎo)通的同時(shí)，復(fù)合開(kāi)關(guān)也將對(duì)電容器實(shí)施投切，而在這個(gè)過(guò)程中如果參數(shù)選擇不得當(dāng)?shù)脑挘蜁?huì)造成投切時(shí)間不吻合，而產(chǎn)生無(wú)功補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題，結(jié)合多次實(shí)踐以及計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在電容器的兩端電壓等于供電電壓時(shí)也就是最佳的時(shí)間，這樣才能提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，避免無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題的發(fā)生。電容器參數(shù)的選擇主要根據(jù)系統(tǒng)補(bǔ)償無(wú)功功率的大小因素進(jìn)行，也就是系統(tǒng)所投入的電容容量，由于系統(tǒng)投入電容容量取決于功率因數(shù)，因此，在對(duì)電容器參數(shù)進(jìn)行選擇的過(guò)程中，必須對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行分析并做出選擇。

2 諧波分析

諧波對(duì)電氣系統(tǒng)的影響極大，如果諧波電流過(guò)多會(huì)造成電壓波形發(fā)生畸變的現(xiàn)象，對(duì)供電質(zhì)量也會(huì)造成極大的影響，工業(yè)生產(chǎn)用電對(duì)供電質(zhì)量的要求極高，如果供電質(zhì)量不高不僅會(huì)影響到工業(yè)生產(chǎn)效率，甚至?xí)?duì)一些生產(chǎn)設(shè)備造成燒毀的問(wèn)題。例如，工業(yè)電氣系統(tǒng)中的漏電裝置，在受到諧波電流的影響時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作的現(xiàn)象，影響到工業(yè)的正常生產(chǎn)運(yùn)行，對(duì)此，作者主要從諧波的影響以及諧波電流的抑制等方面進(jìn)行分析。

2.1 諧波的影響

電氣系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中，一旦出現(xiàn)諧波電流將會(huì)對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生極大的影響，在基于復(fù)合開(kāi)關(guān)的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)中，必須要對(duì)諧波的影響進(jìn)行分析[5]。通過(guò)大量的實(shí)踐證明，諧波產(chǎn)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(duì)電氣系統(tǒng)中的諧波影響分析必須從幾方面因素進(jìn)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(tǒng)中的n次諧波電阻，Ts為系統(tǒng)中的工頻短路阻抗，Msn為系統(tǒng)中n次諧波電抗。

2.2 諧波電流的抑制

通過(guò)以上對(duì)諧波電流的影響分析，諧波電流的產(chǎn)生對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)的危害極大，甚至?xí)斐蓴嗦菲鞯恼`動(dòng)作現(xiàn)象以及諧振過(guò)電壓的可能，后果極為嚴(yán)重[6]。為了避免或降低諧波電流對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)的危害，可以采用電抗器容量來(lái)替換部分電容器容量，具體要根據(jù)實(shí)際的情況來(lái)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(shí)現(xiàn)對(duì)諧波電流抑制的效果。另外，可以在電源電路中串聯(lián)扼流電感器設(shè)備，這樣就可以有效的對(duì)電路中的諧波電流產(chǎn)生抑制的作用，而且，該抑制方式實(shí)施工藝較為簡(jiǎn)單，不僅具有較低的成本，還具有較高的可靠性，是當(dāng)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(guò)功率因數(shù)的方式來(lái)對(duì)電氣系統(tǒng)電路中的電流波形進(jìn)行校正，實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波電流的抑制作用，而且抑制效果也能夠達(dá)到以上所提到的諧波抑制方法。但是，在大量的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，該種抑制諧波電流的方法無(wú)論是在生產(chǎn)工藝上，還是在后期的調(diào)試工藝上都要比之前的方法復(fù)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(fù)雜的調(diào)試方式，因此，該種方法應(yīng)用得比之前提到的方法要少很多。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電氣系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中，一旦出現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償或諧波電流問(wèn)題，都將對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性造成極大的影響，而復(fù)合開(kāi)關(guān)的引用，可以有效的規(guī)避系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題以及抑制諧波電流的作用，是未來(lái)電氣系統(tǒng)發(fā)展中主要的應(yīng)用設(shè)備。通過(guò)文章對(duì)基于復(fù)合開(kāi)關(guān)的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)諧波的分析，作者結(jié)合自身多年工作經(jīng)驗(yàn)，以及自身對(duì)電氣系統(tǒng)的了解，從無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及諧波等兩方面進(jìn)行分析，希望通過(guò)文章的分析對(duì)提升電氣系統(tǒng)的運(yùn)行效率有著一定的幫助。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：黃正吉（1978-），男，廣西河池人，主要從事電氣自動(dòng)化研發(fā)工作。