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谐波对并联电容器的影响及有关对策的研究
2010-4-7    点击次数:1143

1   谐波对并联电容器的影响

    当系统电压波形发生畸变时,这些非正弦波形可以用数字分析的方法分解成 50H2 的基波和各种倍数频率的高次谐波,基波与各种谐波的迭加就是这个畸变的波形。对电容器来讲,一般不存在偶次倍数的谐波。此外,中性点不接地星形连接的电容器组的相电流和三角形连接的电容器组的相电压中,都不包括 3 次及其整数倍的谐波。因此,主要考虑 5 、7 、11 、13 等次谐波的影响,在这些高次谐波中,以 5 次谐波最显著。

    由于系统电压中高次谐波的作用,会使电容器产生过电流和过负荷,两者超过的倍数并不一样。同时,某高次谐波电流所造成的电波形畸变,远比电压波形的畸变严重。例如某系统电压波形包括基波和 5 次谐波 ( 其它高次谐波占的比例很小 ) ,基波电压与额定电压相等, 5 次谐波电压值为额定电压的 26.45 %,经过计算,结果表明:在此情况下,电容器组过电压 3.4 %,过电流 65.6 %,电容器的无功出力过负荷 35 %,而无功功率表的读数却为电容器组额定无功功率 Qe 的 171.2 %。 5 次谐波产生的畸变功率高达电容器额定无功功率的 105 %。再者,电容器对谐波电压的反应比较敏感,在发生谐波共振的情况下,可能使电容器成倍的过负荷,造成电容器的严重损坏或无法运行。

2   谐波的限制

    对于系统中有谐波源,而且影响到电容器安全运行时,作者认为:首先应对用户 ( 谐波源 ) 采取相应的有关措施以降低高次谐波分量。抑制高次谐波的方法很多,如增加整流器的相数,限制大型整流器在电网中的连接容量以及采用调谐电抗器、微电感电阻和滤波电容器等制成专用高次谐波滤波装置等。其次应考虑由于系统电压中谐波的存在,采用哪种措施才能限制谐波的放大。目前,为了保护用于无功补偿的并联电容器,最有效的方法是在电容器回路中串联电抗器。其电抗器的感抗值应按以下方法确定。

    显然,串联电抗器 XL 越大,谐波电流 In 越小,为了避免 n 次及以上谐波谐振,应使自振频率次数小于小 n ,令 X = XS+XL ,当 n 次谐波谐振时,即有

    如前述,对于电容器回路来说,起主要作用的是 5 、 7 、 11 ……等次谐波。在实际电网中,为了避免 5 次及以上谐波谐振,则由式 (3) 可见 n = 5 时,应该满足 X > 0 , 04XC 因 XS 很小,所以 X = XL ,故应使 XL > 0.04XC 。

    当 n = 5 时,即当 5XL=  ,亦即 XL=0.04Xc 时,母线上 5 次谐波电压为零,从而不致使 5 次谐波电压放大,这正是所希望的。

    综上所述,为限制 5 次谐波电流,应取 XL > 0.04Xc 而为降低母线上 5 次谐波电压,应取 XL = 0.04Xc ,以上两者兼顾之,通常取 XL = 0.06Xc 。

    而一般XL = 0.07Xc可以针对更多的非线性负载。



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