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无功补偿中对谐波的抑制作用及电抗率如何选择(上)

来源:希拓电气(常州)有限公司    日期:2020-01-18    浏览量:载入中...

随着电力电子技术的广泛应用与发展,供电系统中增加了大量的非线性负载,如低压小容量家用电器和高压大容量的工业用交、直流变换装置,特别是静止变流器的采用,由于它是以开关方式工作的,会引起电网电流、电压波形发生畸变,从而引起电网的谐波“污染”。产生电网谐波“污染”的另一个重要原因是电网接有冲击性、波动性负荷,如电弧炉、大型轧钢机、电力机车等,它们在运行中不仅会产生大量的高次谐波,而且会使电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重。这不仅会导致供用电设备本身的安全性降低,而且会严重削弱和干扰电网的经济运行,形成了对电网的“公害”。 


我们在许多工矿企业中,经常遇到这样的情况,无功功率补偿装置(电容器直接补偿)投入后,供电设备中的电器件(包括变压器、电抗器、电容器、自动开关、接触器、继电器)经常损坏,这就是谐波电流被电容器直接补偿引起的谐波放大后而造成的。


一、谐波的产生及其主要构成成分

谐波产生的原因是多种多样的,但电网谐波的主要构成并不复杂。电网谐波是指基波的整数倍的高次波,即2、3、4、5……次谐波。各次谐波中,偶次谐波是由于信号正负半周的不对称所形成的,而电网中电流正负半周的不对称的情况不常见,因此偶次谐波的含量很小。在三相系统中,3、6、 9……等3 的整数次谐波的相位相同,在三相三线的系统中不能流通,在三相补偿电容器中也不能流通。只要不是分相补偿就不需要考虑3 的整数次谐波的影响。在输电、工业、电力电子等场合一般有以下几种情况:

(1)在多数情况下,谐波是由非线性负荷产生的,主要是整流滤波,它在电网中产生PN次谐波,P是一个周期内整流形成的直流波头数,N是自然数,三相整流最低谐波次数是5 次。


(2)在中频炉、变频器等逆变类负荷中,逆变频率与电网频率无关,会产生频率并不是基波的整数倍谐波,有人称其为分数次谐波。但这些谐波被整流滤波电路隔离不会直接反馈到电网中去。


(3)在电弧炉、电解铝、氯碱厂等大型冲击性不对称负荷中,虽然谐波的成分非常复杂且含量很大,但由于其工作的间断性产生的谐波多为间谐波,特点是持续时间短,频谱杂乱,叠加后形成白噪声。这类谐波可以通过在谐波负载前加装低通滤波器进行治理。


(4)电力机车是人们公认的谐波源,但电力机车主要形成的是陷波和不平衡负载,通过Y/△接线的变压器后3 的倍数次谐波被隔离,注入电网的谐波成分与逆变类负荷一样,所以电网谐波的主要成分是5、7、11、13、17、19……次谐波。


二、谐波在无功补偿中的危害

电网谐波在电网中产生谐振,使电器设备受到严重损坏,破坏电网的正常运行。


谐波放大时,大量的谐波电流在电网与补偿电容之间往复交换,使包括变压器及电容器等电网上的设备出现过载并产生机械振动,释放大量的热量,加快损耗设备的同时也使电网正常运行的可靠性大大降低。


所以谐波放大是动态无功功率补偿设计中要考虑的首要问题。过大的谐波电流可能使电容器寿命缩短、鼓肚、熔丝、群爆甚至烧损。


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