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無功補(bǔ)償中對(duì)諧波的抑制作用及電抗率如何選擇(上)

來源:希拓電氣(常州)有限公司    日期:2020-01-18    瀏覽量:載入中...

隨著電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用與發(fā)展,供電系統(tǒng)中增加了大量的非線性負(fù)載,如低壓小容量家用電器和高壓大容量的工業(yè)用交、直流變換裝置,特別是靜止變流器的采用,由于它是以開關(guān)方式工作的,會(huì)引起電網(wǎng)電流、電壓波形發(fā)生畸變,從而引起電網(wǎng)的諧波“污染”。產(chǎn)生電網(wǎng)諧波“污染”的另一個(gè)重要原因是電網(wǎng)接有沖擊性、波動(dòng)性負(fù)荷,如電弧爐、大型軋鋼機(jī)、電力機(jī)車等,它們?cè)谶\(yùn)行中不僅會(huì)產(chǎn)生大量的高次諧波,而且會(huì)使電壓波動(dòng)、閃變、三相不平衡日趨嚴(yán)重。這不僅會(huì)導(dǎo)致供用電設(shè)備本身的安全性降低,而且會(huì)嚴(yán)重削弱和干擾電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,形成了對(duì)電網(wǎng)的“公害”。?


我們?cè)谠S多工礦企業(yè)中,經(jīng)常遇到這樣的情況,無功功率補(bǔ)償裝置(電容器直接補(bǔ)償)投入后,供電設(shè)備中的電器件(包括變壓器、電抗器、電容器、自動(dòng)開關(guān)、接觸器、繼電器)經(jīng)常損壞,這就是諧波電流被電容器直接補(bǔ)償引起的諧波放大后而造成的。


一、諧波的產(chǎn)生及其主要構(gòu)成成分

諧波產(chǎn)生的原因是多種多樣的,但電網(wǎng)諧波的主要構(gòu)成并不復(fù)雜。電網(wǎng)諧波是指基波的整數(shù)倍的高次波,即2、3、4、5……次諧波。各次諧波中,偶次諧波是由于信號(hào)正負(fù)半周的不對(duì)稱所形成的,而電網(wǎng)中電流正負(fù)半周的不對(duì)稱的情況不常見,因此偶次諧波的含量很小。在三相系統(tǒng)中,3、6、 9……等3 的整數(shù)次諧波的相位相同,在三相三線的系統(tǒng)中不能流通,在三相補(bǔ)償電容器中也不能流通。只要不是分相補(bǔ)償就不需要考慮3 的整數(shù)次諧波的影響。在輸電、工業(yè)、電力電子等場(chǎng)合一般有以下幾種情況:

(1)在多數(shù)情況下,諧波是由非線性負(fù)荷產(chǎn)生的,主要是整流濾波,它在電網(wǎng)中產(chǎn)生PN次諧波,P是一個(gè)周期內(nèi)整流形成的直流波頭數(shù),N是自然數(shù),三相整流最低諧波次數(shù)是5 次。


(2)在中頻爐、變頻器等逆變類負(fù)荷中,逆變頻率與電網(wǎng)頻率無關(guān),會(huì)產(chǎn)生頻率并不是基波的整數(shù)倍諧波,有人稱其為分?jǐn)?shù)次諧波。但這些諧波被整流濾波電路隔離不會(huì)直接反饋到電網(wǎng)中去。


(3)在電弧爐、電解鋁、氯堿廠等大型沖擊性不對(duì)稱負(fù)荷中,雖然諧波的成分非常復(fù)雜且含量很大,但由于其工作的間斷性產(chǎn)生的諧波多為間諧波,特點(diǎn)是持續(xù)時(shí)間短,頻譜雜亂,疊加后形成白噪聲。這類諧波可以通過在諧波負(fù)載前加裝低通濾波器進(jìn)行治理。


(4)電力機(jī)車是人們公認(rèn)的諧波源,但電力機(jī)車主要形成的是陷波和不平衡負(fù)載,通過Y/△接線的變壓器后3 的倍數(shù)次諧波被隔離,注入電網(wǎng)的諧波成分與逆變類負(fù)荷一樣,所以電網(wǎng)諧波的主要成分是5、7、11、13、17、19……次諧波。


二、諧波在無功補(bǔ)償中的危害

電網(wǎng)諧波在電網(wǎng)中產(chǎn)生諧振,使電器設(shè)備受到嚴(yán)重?fù)p壞,破壞電網(wǎng)的正常運(yùn)行。


諧波放大時(shí),大量的諧波電流在電網(wǎng)與補(bǔ)償電容之間往復(fù)交換,使包括變壓器及電容器等電網(wǎng)上的設(shè)備出現(xiàn)過載并產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),釋放大量的熱量,加快損耗設(shè)備的同時(shí)也使電網(wǎng)正常運(yùn)行的可靠性大大降低。


所以諧波放大是動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償設(shè)計(jì)中要考慮的首要問題。過大的諧波電流可能使電容器壽命縮短、鼓肚、熔絲、群爆甚至燒損。


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