關(guān)于電容器組串聯(lián)電抗器預(yù)防諧波過電壓的研究與應(yīng)用

寶常青

摘要：電力系統(tǒng)中有很多電氣設(shè)備是高次諧波的發(fā)生源，其產(chǎn)生的高次諧波往往引起系統(tǒng)運(yùn)行電壓波形的畸變，污染電網(wǎng)，實(shí)乃電力系統(tǒng)的公害。諧波電壓如果作用于電容器組上，其危害將更大。對此，解決的辦法，一般采用的是在電容器組上加裝串聯(lián)電抗器，該技術(shù)在國外已有較成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，在國內(nèi)也有廣泛的應(yīng)用，效果較好。

本文僅就高次諧波對電容器組的危害做以點(diǎn)述，對串聯(lián)電抗器預(yù)防諧波過電壓技術(shù)，在應(yīng)用方面應(yīng)予注意的幾個問題做以闡述和分析。

關(guān)鍵詞：電容器組；串聯(lián)；電抗器；預(yù)防；諧波過電壓；應(yīng)用方法

一、高次諧波對電容器組的危害

通過電容器的電流，不但與電源電壓有關(guān)，而且與電源頻率有關(guān)，當(dāng)電源電壓波形發(fā)生畸變，高次諧波電壓作用于電容器組上時，因諧波高頻率使電容器組容抗減小，所以電容器組電流增大，換言之，此時，在基波電流的基礎(chǔ)上又增添了電流諧波分量，這樣波形勢必發(fā)生嚴(yán)重畸變，結(jié)果使系統(tǒng)阻抗產(chǎn)生諧波過電壓迭加于原電壓上，造成電壓波形畸變放大。還必須看到通過電容器組的電流還與其電容量有關(guān)，容量愈大，容抗愈小，進(jìn)而使電流更大，故在投入大容量電容器組時，上述畸變過電壓更為嚴(yán)重，也可以說大容量電容器組通過對諧波的“吸收”，實(shí)施于電容器組上，進(jìn)一步激發(fā)了諧波過電壓的放大作用。

諧波過電壓不僅會使系統(tǒng)電流、電壓的波形發(fā)生畸變，而且還會造成：①電能質(zhì)量變壞；②電氣設(shè)備損耗增加；③電氣設(shè)備出力降低；④絕緣介質(zhì)加速老化；⑤設(shè)備使用壽命降低或因長期過熱損壞；⑥影響控制、保護(hù)、檢測裝置的工作精度及工作可靠性，特別是因高次諧波激發(fā)引起諧振的情況下，極易導(dǎo)致電容器過負(fù)荷、高熱、振動及異常噪聲直至最終被燒毀，同時還可能引起過流保護(hù)誤動作、熔斷器熔絲熔斷、電容器組無法合閘等事故或障礙。尤其當(dāng)電容器組距離諧波較近處，所造成的后果更為嚴(yán)重。為此，實(shí)施技術(shù)手段對諧波進(jìn)行抑制非常重要，比如采用串聯(lián)電抗器、加裝濾波裝置對電網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)就是常用的方法。電容器組在正常運(yùn)行時，電源電壓波形除基波外，大多情況下還存在多種高次諧波分量，且其次數(shù)是基波1的整數(shù)倍。通常電力系統(tǒng)高次諧波電流主要是3、5、7……等奇次分量，故必須重點(diǎn)考慮實(shí)施防范奇次諧波對電容器組不良影響的對策。我們通常采用諧波濾波裝置對3次諧波進(jìn)行抑制，采用串聯(lián)電抗器對5次及以上諧波進(jìn)行抑制，下面本文僅就串聯(lián)電抗器的選擇和應(yīng)用問題做重點(diǎn)討論。

二、串聯(lián)電抗器的選擇與應(yīng)用

1、電抗值的確定

抑制高次諧波過電壓宜采用電抗值等于電容器容抗值6%的原則進(jìn)行選擇，它既能限制諧波電流，又能抑制合閘涌流，且對5次及以上高次諧波的抑制，效果比較理想，基本上可消除掉諧波諧振的發(fā)生。比如在某變電所一次主接線中，產(chǎn)生諧波的整流裝置直接接于某變電所的母線上，其產(chǎn)生的諧波電流一方面流入電容器組，另一方面進(jìn)入電力電網(wǎng)，如附圖所示。

由等效電路可知：

式中：n：諧波次數(shù)；

I_cn：電容器組的n次諧波電流；

I_Bn：變壓器的n次諧波電流；

I_n：總n次諧波電流；

X_L：串聯(lián)電抗器感抗；

X_C：電容器組容抗；

X_B：變壓器等效感抗。

顯然，若nX_L-X_C/n>0，則電容器組回路呈電感性質(zhì)，可使諧波電流減小；若nX_L=X_C/n時，則電容器組呈電容性質(zhì)，使諧波放大，以致母線電壓產(chǎn)生嚴(yán)重畸變。綜上所述，欲抑制諧波過電壓，必須使nX_L-X_C/n>0，即X_L>X_C/n²，當(dāng)n=5（即對5次諧波而言），則X_L>X_C/5²=0.04 X_C，又考慮到電抗值應(yīng)有一定的裕度，故應(yīng)引入可靠系數(shù)，一般取值范圍：1.2-1.5，亦即X_L=1.5X_C/n²=1.5X_C/52=0.06X_C，由于電抗器與電容器組串聯(lián)連接，故應(yīng)使電抗器最大使用電流等于電容器組最大允許電流，同時要保證滿足以下要求：①電抗器油面溫升不允許超過50℃；②電抗器線圈溫升不允許超過55℃；③在距離電抗器2米處噪音水平不允許超過70dB：④承受25倍電流在持續(xù)2秒的情況下，不應(yīng)產(chǎn)生任何熱損傷及機(jī)械損傷，亦即具有可靠的熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定特性。

2、安裝位置的選擇

如果電容器組為三角形接線，串聯(lián)的電抗器一般皆須安裝在電容器組的電源側(cè)，該接線，必須要求電抗器具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，因?yàn)樵谀妇€短路或者在電容器擊穿短路時，電抗器將要承受很大短路電流的沖擊；如果電容器組為星形接線，串聯(lián)的電抗器一般皆安裝在電容器組的中性點(diǎn)處，那么對其機(jī)械強(qiáng)度的要求可以些許放寬一些，因?yàn)榇藭r在任意處發(fā)生短路故障，都不至于危急到串聯(lián)電抗器。另一方面必須指出的是，如果變電所母線安裝有兩組及以上并聯(lián)電容器組，此時恰由于某種原因僅在一組電容器上加裝了串聯(lián)電抗器時，就必須要進(jìn)行審慎的核算，以防止在產(chǎn)生并聯(lián)諧振時，過大的諧波電流使電容器及電抗器燒毀。

三、結(jié)束語

綜上所述，經(jīng)理論和實(shí)踐充分證明，電容器組串聯(lián)電抗器組成諧振電路可有效降低電容器組在合閘過程中產(chǎn)生的涌流倍數(shù)和涌流頻率影響電容器組；能限制操作過電壓，濾除指定的高次諧波，同時采用以上方法對減少電力系統(tǒng)的污染，確保電容器組的安全運(yùn)行十分有利。