淺析混合串聯電抗器在抑制變壓器三角形側不平衡三次諧波的應用

劉佳　田莉莉　董學芹　國網山東省電力公司東平縣供電公司　山東泰安　271500

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淺析混合串聯電抗器在抑制變壓器三角形側不平衡三次諧波的應用

劉佳田莉莉董學芹國網山東省電力公司東平縣供電公司山東泰安271500

【文章摘要】

混合串聯電抗器是組成并聯電容器的一個不可或缺的重要裝置，其在抑制諧波電流等方面具有重要作用。三次諧波容易導致設備的損壞，影響整個供電系統的運行。本文主要分析了當前混合串聯電抗器在抑制變壓器三角形側不平衡三次諧波中的具體應用。

【關鍵詞】

串聯電抗器；三次諧波；應用

0　前言

近些年來，電子技術的發展及社會生活對于電力需求的不斷提高，使得越來越多的非線性負載裝置被應用于供電系統中，比如常見的有電壓較低容量較小的家用電器、變壓器以及交流電和直流電的變換裝置等。這些非線性負載裝置雖然為供電系統的正常運行帶來了一些便利，但是在實際使用過程中，其裝置的特殊性，很容易使電流或者電壓的波形變得畸形，從而帶來諧波污染的問題。混合串聯電抗器是并聯電容器的一個重要組成部分，在供電系統占據重要地位，對有效抑制諧波及涌流問題的出現具有重要作用。但是在實際使用過程中，要避免它任意與電容器組進行組合，而要充分考慮到其所處的諧波背景進行選擇。

1　三次諧波放大原理分析

由于和應涌流借助變壓器中鐵芯的濃度和飽和度來起作用的產生機理，使得在產生的涌流中往往會包含很多頻次較高的諧波，而三次諧波又是其中較為常見的高頻次諧波。同時由于鐵芯在變壓器處于高投的狀態下時，其飽和度容易出現不穩定或不對稱的情況，再加上其初始剩磁的指標也會發生變化，從而使得變壓器三角形側的涌流中包含的三次諧波變得不平衡，從而容易造成三次諧波中的正負序分量由三角形繞組中流出，轉而流入到電容器或者負荷中。在當前供電系統中，很多變電站為了抑制三次或五次諧波，廣泛采用5%到6%的串聯電抗器，但是隨著用電負荷的不斷加大，三次諧波源的數量也在不斷上升，在這一背景下5%到6%的串聯電抗器將會在很大程度上放大三次諧波。這些情況下產生的三次諧波在很多時候都可能是三相完全不對稱的電流或電壓，從而使得電流或者電壓過大，產生很強的機械應力。這樣不僅會容易在接線與電容器的外殼之間產生機械共振的現象，破壞電容器的裝置和其他連接設備，而且還將給供電系統造成故障。

2　混合串聯電抗器在抑制變壓器三角形側不平衡三次諧波的應用

變壓器三角形側的不平衡三次諧波的產生，對于電容器設備和供電系統的正常運行將會產生重大的消極影響。而通過實踐觀察發現，混合串電抗器在日常使用過程中，對于抑制三次諧波的產生具有重要意義。因此，近些年來，隨著電力行業的發展，混合串聯電抗器越來越廣泛地運用于抑制變壓器三角形側不平衡三次諧波的過程中，同時還收到了非常不錯的效果。我們都知道，假設XLCn/Xfn的值為β，那么當β的值為任意正數的時候，電容器內支路的諧波的阻抗性質就會呈現為感性，這樣電網的諧波的電壓就不會升高。由此可見，導致變壓器三角形側不平衡的三次諧波的形成以及放大電流諧波的最根本的因素并不在于感性諧波阻抗，而是在于電容器內部支路的諧波的阻抗性質為容性。因此，要想抑制變壓器三角形側的不平衡三次諧波的產生，最重要的就是要將電容器中支路對三次諧波的阻抗性質變為感性，就能夠在很大程度上有效地實現抑制三次諧波的產生。

為了選出對三次諧波具有最佳抑制作用的混合串聯抗電器，我們可以做一個模擬。假設電容器的基波阻抗為XC，串聯電抗器的基波阻抗為XL，那么電容器的串抗的百分比指數為XL/XC= k。電容器支路針對n次諧波的諧波阻抗Z就應該等于：

根據上述方程式可以推導出，當k的取值大于1/n2時，Z的值將會為正數，即電容器支路對n次諧波的阻抗性質將為感性;當k的值剛好等于1/n2時，將會出現和諧共振的現象;而當k的值小于1/n2時，電容器的支路對于諧波的阻抗性質就會演變為容性。由此可見，當n=3，將其代入到上述公式中，就不難發現，要想有效抑制三次諧波的出現，就要選擇k的值大于九分之一，即大于11.1%的混合串聯電抗器，而市面上常見的5%-6%類型的混合串聯電抗器則較適合抑制五次諧波，對于三次諧波的抑制作用并不顯著。比如，110kV變電站，通常情況下，都是用4 個k=6%的并聯電容器組來抑制三次諧波。但是如果將這些裝置改換成12%串抗率的電容器的話，這樣不僅不利于有效抑制五次諧波，而且還會大大增加成本，得不償失。因此，該變電站可以采用將部分電容器的串抗率調整為12%，而保留一部分不變，這樣就不僅可以達到原來預期的抑制效果，而且能夠節約成本。下面就來詳細闡釋下如何對不同串抗率的電容器設備進行組裝，從而達到抑制諧波的目的。假設k1的串抗率的電容器的數量為m1，串抗率值為k2的電容器的額個數為m2，其中k1> k2。由于整個裝置中有2種不同的串抗率，因此，在整個線路中將會產生一個并聯諧振點與兩個串聯的諧振點，將其分別假設為N0、N1、N2，那么當這三個諧振點分別滿足以下關系式時，整體的電容器組的支路對諧波的阻抗性質就將會呈現為感性，從而能夠在很大程度上抑制三次或者五次諧波的出現及帶來的負面影響。

當m1的值取1，k1的值為12%，m2的值為3，k2值為6%，那么根據上述的三個公式，就不難得出串聯諧振點的值分別為4.08 和2.88，而并聯的諧振點的值就為3.08。由此可見，經過這樣的組裝，該電容器裝置的串聯諧振點和并聯諧振點數值滿足一個串聯諧振點小于3，一個小于5，而并聯諧振點的數值則大于3。因此，這樣改裝的裝置對變壓器三角形側的不平衡三次諧波的阻抗性就一定呈現為感性，從而可以有效地達到抑制三次諧波的目的。

3　結語

變壓器三角形側的不平衡三次諧波將會對電容器的損壞甚至是對于整個供電系統的正常運行帶來嚴重的負面影響，而混合串聯電抗器由于其自身的特性，能夠有效地避免該三次諧波造成的故障。因此，在實際工作過程中，運維檢修人員要結合變電站的實際情況，選擇串抗率適當的混合串聯電抗器，充分發揮其作用，從而有效抑制三次諧波。

【參考文獻】

王業.涌流引起的變壓器三角形側不平衡三次諧波影響及抑制方法[J].電力系統自動化.2015，（22）：145.