諧波對(duì)并聯(lián)電容器組的影響及抑制方法

1并聯(lián)電容器諧波放大

1.1并聯(lián)諧波放大

電力系統(tǒng)中主要諧波源為電流源，并聯(lián)電容器組為系統(tǒng)提供無(wú)功補(bǔ)償。并聯(lián)電容器組的投切，使得系統(tǒng)諧振阻抗發(fā)生了變化，既可以呈容性又可以呈感性，并且對(duì)特定頻率的諧波，可與其發(fā)生并聯(lián)諧振，使等效諧波阻抗達(dá)到最大值。圖1(a)為電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化電路圖，(b)為其諧波等效電路。

圖1 電力系統(tǒng)諧波電路圖

圖1中，In為諧波源的n次諧波電流；Isn為進(jìn)入電網(wǎng)的諧波電流；Icn為進(jìn)入電容器的諧波電流。

由圖1可知：

由上述兩式得出，當(dāng)Xsn=Xcn時(shí)，系統(tǒng)阻抗和并聯(lián)電容器發(fā)生并聯(lián)諧振，Isn、Icn均大于In。這就是諧波電流放大現(xiàn)象，即支路電流可能比電流提供的諧波電流還要大。

當(dāng)發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)，等效阻抗對(duì)諧波的阻抗極大，會(huì)使得諧波電壓過(guò)大，導(dǎo)致?lián)p耗增大，設(shè)備損害。

1.2串聯(lián)諧波放大

系統(tǒng)中的某些電容、電感元件對(duì)于諧波源形成串聯(lián)回路時(shí)，將會(huì)發(fā)生串聯(lián)諧振。圖2(a)即是具有諧波電流源和并聯(lián)電容器組、變壓器的一次系統(tǒng)示意圖，(b)為相應(yīng)的諧波分析等值電路圖。

圖2一次系統(tǒng)示意圖

由圖2(b)所示，綜合電抗為：

諧振發(fā)生條件與并聯(lián)諧振發(fā)生條件相同，都為

諧波次數(shù)為

當(dāng)hr等于諧波源產(chǎn)生的同次諧波時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)發(fā)生串聯(lián)諧振。此時(shí)回路的諧波電流很大，在電容器兩端形成很高的諧波電壓，對(duì)設(shè)備造成損害。

2.3諧波對(duì)電容器的影響

(1)諧波會(huì)使得介質(zhì)損耗增加，導(dǎo)致額外發(fā)熱。相反，電容器將諧波電流放大，不僅會(huì)危及電網(wǎng)中的電氣設(shè)備，還會(huì)危害電容器本身，造成電網(wǎng)的不安全運(yùn)行。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，因諧波而損壞的電氣設(shè)備中，電容器約占40％。

(2)電容器由于諧波電流而發(fā)生過(guò)載，因?yàn)殡娙萜鞯碾娍箷?huì)隨著頻率升高而減小，這使得電容器成為諧波的吸收點(diǎn)。

(3)電源電感和電容器結(jié)合構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，使得諧波被放大，過(guò)大的諧波電流導(dǎo)致電容器鼓肚、壽命縮短、熔斷器群爆甚至燒損。

3串聯(lián)電抗器抑制諧波

3.1原理分析

給并聯(lián)電容器串接一定的電抗器，改變并聯(lián)電容器與系統(tǒng)阻抗的諧振點(diǎn)，以此避免諧振。由于Rsn<<Xsn，故Rsn忽略不計(jì)。此時(shí)，

定義變量β=（nXs-Xc/n）/nXs，上述兩式改寫(xiě)為：

Isn/In=β/1+β

由此得出Icn/In和Isn/In隨β變化的曲線，如圖3所示。

圖3  Icn/In和Isn/In隨β變化曲線

電容器與系統(tǒng)的并聯(lián)諧振發(fā)生在1+β=0處，諧振點(diǎn)諧波次數(shù)為：

因此，可通過(guò)串入電抗器的電感量大小控制并聯(lián)諧振點(diǎn)位置，盡量避開(kāi)諧波源中所包含的各次諧波。

3.2電抗率的選取

串聯(lián)電抗器應(yīng)基于電感電流不躍變、電感與電容互補(bǔ)以減小回路阻抗這兩個(gè)基本原則，并根據(jù)工程實(shí)踐，目前較通行的選取方法有以下幾種：

(1)當(dāng)3次諧波含量小于國(guó)標(biāo)規(guī)定的40％時(shí)，可選取0.1％～1％；當(dāng)諧波含量大于40％時(shí)，電抗率宜選取12％或12％與4.5％～5％2種電抗率混裝的方式；

(2)當(dāng)背景諧波為5次及以上時(shí)，電抗率推薦值為4.5％～5％；

(3)宜按電壓等級(jí)選擇電抗率，并且充分發(fā)揮電容裝置的濾波效益。對(duì)于超高壓樞紐變電所裝設(shè)的大容量裝置來(lái)說(shuō)，根據(jù)實(shí)際情況，采用不同電抗率組合是首選。