摘要：近年来在无功功率补偿过程中,偶有发生电容补偿柜元器件损坏的现象。由于电容补偿柜运行的特殊性,因此了解电容补偿柜的运行,分析其故障发生的原因,进一步地完善设计是很有意义的。通过检测分析,损坏原因基本是电网电压高次谐波分量过大引起。
关键词：电容；谐波；措施
1 前言
随着科学技术和国民经济的高速发展,尤其是钢铁、水泥、电解铝等几大高耗能行业对电能的需求量日益增加,电力供需矛盾越来越紧张。同时对电能质量的要求也越来越高,如何缓和供需矛盾,更有效地利用现有的电力,开展节能工作,在当前具有十分重要的意义。
2 谐波分析
2.1谐波的产生
电气负载有线性和非线性之分。线性负载不会产生谐波。谐波负载电流可以认为是由所有的非线性负载所产生的。在供电系统中谐波的出现己有多年,其发生主要是由两大因素造成的:
2.1.1近年来,随着电力电子技术的发展和应用,工业和公用电网中使用了大量的非线性负载和设备,包括传统非线性设备如变压器,旋转电机以及电弧炉等;现代电力电子非线性设备如荧光灯、电子控制装置和开关、电源、晶闸管等控制设备等,各种非线性负载的增加导致波形畸变,而产生各次的高次谐波。
2.1.2设备设计思想的改变。过去倾向于采用在额定情况以下工作或裕量较大的设计。现在为了竞争,对电工设备倾向于采用在临界情况下的设计。例如有些设计为了节省材料使磁性材料工作在磁化曲线的深饱和区段,而在这些区段内运行会导致励磁材料波形严重畸变。
2.2谐波的危害
由谐波造成的问题有以下几方面:
(1)电压畸变;
(2)过零点上的噪声;
(3)中性线过负荷;
(4)变压器和感应电动机的过热;
(5)断路器的噪扰跳闸;
(6)校正功率因数电容器的过载;
(7)集肤效应。
电容功率补偿装置在工作过程中,对工频信号起正常的补偿作用,但当频率较高的高次谐波存在时,其谐波容抗随着频率的升高而减小,导致流经电容器的电流上升而发热;高次谐波在系统感抗和容抗之间引起并联谐振,由于谐振而使大电流通过电容器造成严重的过负荷而将其烧坏。在电力系统中使用电容器时必须要考虑系统可能会产生谐振,系统谐振将导致谐波电压和电流明显升高,造成的危害较大。
ANSIl/EEE标准18《并联电力电容器》指出,如满足如下条件,在谐波环境下电容器应能连续运行:
(1)无功功率不超过额定值的135%;
(2)电流峰值不超过额定峰值电流的180%(已被130%所取代);
(3)峰值电压不超过额定值的120%;
(4)电压有效值不超过额定值的110%。
2.3谐波分析的基本原理
平衡电力系统中的线性网络对不同谐波的响应是相互独立的,这个特性使得我们可以将各次谐波分别进行处理。应用数学中的傅立叶级数展开方法,将电压、电流等信号分解为一系列不同频率的正弦量之和,再根据线性电路的迭加原理,分别计算在各个正弦量单独作用下在电路中产生的同频正弦电流分量和电压分量;最后,把所得的分量按时域形式迭加,就可以得到电路在非正弦周期激励下的稳态电流和电压。这种方法称为谐波分析法。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆它实际上是把非正弦周期电路的计算化为一系列的正弦电流电路的计算。
2.4电力谐波的抑制措施
电网中的谐波导致电网电压正弦波形畸变,引起电网的电能质量下降。为了限制系统的谐波污染,保障电网的电能质量和安全运行,对于现有供电网络或待建电网中的电力污染情况,要进行仔细分析。为了把谐波对电力系统的干扰(污染)限制在系统可以接受的范围内,我国和国际上分别颁布了“电力系统谐波管理暂行规定”和工EC标准,明确了各种谐波源产生谐波的极限值。为减少供电系统的谐波问题,一般从管理上和技术措施上采取以下措施:
2.4.1从管理上严格贯彻执行有关电力谐波的国家标准,加强谐波管理:我国于1998年12月14日发布了国家标准GB17625.1《低压电气及电子设备发出的谐波电流限值(设备每相输入电流16A)》,只有经过试验证实,符合该标准限值要求的用电设备才允许接入到配电系统中。这样就可以对低压电气及电子产品注入供电系统的总体谐波电流水平加以限制。
2.4.2从技术措施上通常解决的方法有两个:第一个是局部重组电网结构,分离或隔离产生电力污染的设备;第二个是使用电源净化滤波设备进行治理,通常电压谐波是由电流谐波产生的,有效的抑制电流谐波就会使电压畸变控制在要求的范围。
目前我国功率补偿针对谐波抑制主要有以下几种方式:
①串联电抗器:当系统中存在谐波时,功率因数补偿电容器与电网的电感存在并联谐振,将谐波电流放大,使系统电压电流畸变更加严重。为此,可使用调谐电抗器组;在每段功率因数补偿电容器组串联调谐电抗器,形成串联谐振回路,串联谐振频率低于系统最低的谐波频率,在谐波频率下出现电感性,与电网不会形成并联谐振回路。调谐电抗电容器组能滤除谐波电流10%一30%剩余谐波将注入上级电网。
②有源滤波补偿:有源谐波滤波器是并联在电网上,其是一个电流源,经过适当正确的实际控制,产生与非线性负载产生的谐波电流大小相等,方向相反的电流,当有源滤波器与产生谐波电流的非线性负载并联时,有源滤波器产生的电流与非线性负载产生的谐波电流进行几乎完全的补偿。缺点是成本高。
③无源滤波补偿:实际中运用最多的技术。无源滤波补偿是由电容器,串联电抗器所组成,无源谐波滤波器中电容容量是根据基波频率对系统所需补偿的无功功率而设计。电抗器的电感值的选择是根据在某次谐波频率时,能与电容器产生串联谐振回路,使谐波滤波器在该次谐波频率形成非常低的阻抗,使大部分该次谐波电流流入谐波滤波器。即为基波频率进行无功功率补偿,为谐波提供并联低阻通路,起到滤波作用。一般谐波滤波器包含5,7,n次谐振回路,可滤除8000一9000的谐波。缺点在于其滤波特性是由系统和滤波器的阻抗比所决定,只能消除特定的几次谐波,而对其它次谐波会产生放大作用,在特定情况下可能与系统发生谐振。
④增加整流设备的相数:整流装置是供电系统的主要谐波源之一。理论分析表明,整流装置在其交流侧与直流侧产生的特征谐波次数分别为KP士1和KPP(为整流相数或脉动数,K为正整数)。当脉动数由=P6增加到P=12时,可以有效的消除幅值较大的低频项,(其特征谐波次数分别为12K士1和12K),从而大大的降低了谐波电流的有效值。
⑤安装各种突波吸收保护装置,如避雷器等。目前,无源滤波补偿是实际应用最多,效果较好,价格较低的解决方案,它包括三种基本形式:串联滤波,并联滤波,低通滤波(串并混合)。其中串联滤波主要适用于三次谐波的治理;低通滤波主要使用于高次谐波的治理;并联滤波是一种综合装置,它可滤除多次谐波,同时提供系统的无功功率,是应用最广泛的电源净化滤波装置。
3 结束语
谐波的发生影响整个电力系统的运行环境,使控制和保护设备发生误动作以及使电力装置与系统过载,给电力系统正常运行造成危害。基于电容补偿柜在谐波状况下优化运行的问题研究检测电网的高次谐波的方法,提高电容运行可靠性,延长电容器寿命实现了电容柜的恒电流运行、电容器切除过程无电弧、循环投切电容器,谐波分量超标保护等功能,效果良好,达到了预期目标。增加以上功能,对整个电容柜生产成本增幅不大,性能价格比优,产品运行更加稳定,使用效果较优,值得推广使用。
参考文献:
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[3]无功功率补偿技术及发展趋势[J].刘智勇,余志东.农村电气化.2004(06)
论文作者:苏诚
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/11
标签：谐波论文; 电流论文; 电容器论文; 电网论文; 谐振论文; 电压论文; 电容论文; 《基层建设》2019年第3期论文;