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        上海威斯康電氣有限公司
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        無功補償有疑難問題  上海威斯康可以幫忙
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        電容器
          --高壓電容器
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          --低壓電抗器
        接觸器
        電容器與電網諧波的影響
        添加時間: 2016/9/7 點擊次數:


        一、電網諧波源現狀

        當今電網諧波污染日趨嚴重,電容器與電網諧波的相互影響,發生諧波諧振和諧波放大,造成電容器和電氣設備的損壞。

        隨著現代工業的發展,換流設備和電弧爐、不對稱負荷等非線性用電設備在直流輸電、冶金、化工和電氣化鐵路等領域得到廣泛應用,這些負荷產生大量諧波注入電網,造成電壓波形畸變,電能質量下降。

        非線性負荷(諧波源)呈上升趨勢的主要原因是:

        1、大功率可控硅技術的發展,使換流技術在化工、冶金及制造業、直流輸電等領域得到廣泛應用;

        2、隨著冶金行業的工業化、規;囊,許多超大功率的沖擊性負荷被大量采用;

        3、電氣化鐵路等不對稱負荷建設規模逐年擴大;

        4、大多數節能產品的推廣;

        5、民用建筑中的空調、風機、水泵等變頻調速裝置以及許多家用電器和低壓用電設備也是諧波源。

        二、電容器諧波諧振及諧波放大

        在電力系統中,無論是公用還是用戶,安裝并聯電容器都是在提高電壓和經濟運行水平的極為重要的無功補償手段。無功補償電容器主要用于補償基波無功功率,對于工頻、系統的感抗比容抗小很多,因而不會發生諧振,但當系統中含有諧波分量時,系統阻抗發生變化,在一定參數配合下,就可能發生諧振,諧振原理如下圖所示:

        圖中,為諧波源產生的諧波電流;為變壓器線路側的電感及流入該側的諧波電流;為電容器串聯電感和電容以及流入電容器的諧波電流;L、為線性負荷電感及流入的諧波電流。為了簡化計算,假定:線性負荷電感L對高頻感抗為無限大,即無諧波電流流入,為此,可計算出流入電容及變壓器的諧波電流(為諧波次數的頻率)

                 

                

        當上兩式的分母時,即感抗等于容抗,此時發生諧振。母線的諧波電壓將很高,流入電容器組的諧波電流也很大。諧振引起的過電壓和過電流將增大損耗,損壞設備,危害極大。

        流入變壓器和流入電容器的諧波電流的分配,將因諧波次數的不同而不同,可能出現,此時稱為系統諧波電流放大,也可能出現,此時稱為電容器諧波電流放大;當同時發生時,稱作諧波電流嚴重放大。當發生諧波振時,諧波電流放大達到最大值。

        三、諧波對電容的危害  

               當諧波作用于電容器時,將造成電容器的 諧波過電流、過電壓和過負荷,引發電容器局部放電強度增大、絕緣老化、溫度升高而過熱,縮短電容器壽命和極板的機械諧波,導致電容器損壞。

        1、絕緣效應

          電容器的絕緣介質材料一般是有機絕緣材料,其老化的一般規律是電容器工作電壓的介質材料指數次方與介質工作壽命的乘積為常數。電壓每升高10%,電容器的壽命大約縮短1/2。諧波造成電容器的過電壓和引起局部放電強度加大,都加速了絕緣介質的老化,縮短了電容器壽命。同時,電容器的過電壓會導致電暈,絕緣性能衰退,甚至擊穿。

        2、熱效應

        在電壓恒定情況下,對于有機介質電容器一般認為溫度每升高8度,壽命就要縮短  1/2。當電容器在含有諧波的電源中運行時,因諧波過電壓、過電流和過負荷而使其損耗功率大幅度增加?梢婋娋W諧波往往造成電容器異常發熱,嚴重影響電容器壽命。

        3、機械效應

           在安裝架上的電容器,其外殼與接線在交流電壓作用下往往產生共振,有時會發生響聲,而電容器內部.的極板在諧波電壓作用下會引起極板的機械性振動,諧波電壓一旦引起電容器極板的機械諧振,就要影響電容器介質的壽命。

          綜上所述,電容器諧波的危害和威脅十分嚴重,因此,必須嚴格限制電網諧波的畸變率,以及電容器的過電流和過電壓。

        四、電容器諧波問題對策

        1、電容與電網諧波互相影響,解決電容器諧波問題的原則應該是:

        .杜絕諧波諧振;

        .限制電容器對諧波的放大程度;

        .綜合考慮電容器和電抗器對諧波的承受能力,超出承受范圍時,考慮采用濾波器。

        2、抑制諧波放大和諧振的方法是多種多樣的,采用何種方法應視網絡情況、負荷性質等因素確定。在公共電網應主要考慮3、5次諧波的抑制;在用戶站則應針對負荷的特征諧波,如三相喬式整流設備是5、7次諧波。抑制諧波采取的措施可遵循以下原則:

        .當諧波不是十分嚴重時,應考慮采用偏調諧電容器,其主要目的是抑制諧振,部分濾除諧波和降低造價;

        .當諧波較為嚴重時,應考慮采用調諧濾波器,其目的是濾除諧波,改善電網電壓質量,濾波器應濾除80%-90%的諧波;

        .當負荷是大功率波動性負荷時,除考慮濾波外,還應考慮無功功率的動態補償,以克服電壓的波動和閃變。隨著社會的發展,用電負荷對電網諧波污染的增長趨勢是無法改變的。電容器在諧波作用下,將造成諧波諧振和諧波放大,給電網和電容器造成危害。今后,應當加強對諧波的管理,限制注入系統的諧波電流,杜絕電容器的諧波諧振,限制電容器對諧波的放大程度,提高電容器承擔過電流、過電壓、過負荷的能力。就能不斷提高和改善電能質量。

        五、公用電網諧波電壓和諧波電流的限值

        對于不同電壓等級的公用電網,允許電壓諧波畸變率也不相同。電壓等級越高,諧波限制越嚴。另外,對偶次諧波的限制也要嚴于對奇次諧波的限制。表1給出了公用電網諧波電壓限值。

                         表(1)公用電網諧波電壓(相電壓)限值

        電網標稱電壓

        kv

        電壓總諧波畸變率

        %

        各次諧波電壓含有率(%

        奇次

        偶次

        0.38

        5.0

        4.0

        2.0

        6

        4.0

        3.2

        1.6

        10

        35

        3.0

        2.4

        1.2

        66

        110

        2.0

        1.6

        0.8

        公用電網公共連接點的全部用戶向該點注入的諧波電流分量(方均根值)不應是表2中規定的允許值。

        表(2)注入公共連接點的諧波電流允許值

        標準電壓kv

        基準短路容量(MVA)

        諧波次數及諧波電流允許值(A)

        2

        3

        4

        5

        6

        7

        8

        9

        10

        11

        12

        13

        0.38

        10

        78

        62

        39

        62

        26

        44

        19

        21

        16

        28

        13

        24

        6

        100

        43

        34

        21

        34

        14

        24

        11

        11

        8.5

        16

        7.1

        13

        10

        100

        26

        20

        13

        20

        8.5

        15

        6.4

        6.8

        5.1

        9.3

        4.3

        7.9

        35

        250

        15

        12

        7.7

        12

        5.1

        8.8

        3.8

        4.1

        3.1

        5.6

        2.6

        4.7

        66

        500

        16

        13

        8.1

        13

        5.4

        9.3

        4.1

        4.3

        3.3

        5.9

        2.7

        5.0

        110

        750

        12

        9.6

        6.0

        9.6

        4.0

        6.8

        3.0

        3.0

        2.4

        4.3

        2.0

        3.7

        標準電壓kV

        基準短路

        容量MVA

        諧波次數及諧波電流允許值/(A)

        14

        15

        16

        17

        18

        19

        20

        21

        22

        23

        24<, /SPAN>

        25

        0.38

        10

        11

        12

        9.7

        18

        8.6

        16

        7.8

        8.9

        7.1

        14

        6.5

        12

        6

        100

        6.1

        6.8

        5.3

        10

        4.7

        9.0

        4.3

        4.9

        3.9

        7.4

        3.6

        6.8

        10

        100

        3.7

        4.1

        3.2

        6.0

        2.8

        5.4

        2.6

        2.9

        2.3

        4.5

        2.1

        4.1

        35

        250

        2.2

        2.5

        1.9

        3.6

        1.7

        3.2

        1.5

        1.8

        1.4

        2.7

        1.3

        2.5

        66

        500

        2.3

        2.6

        2.0

        3.8

        1.8

        3.4

        1.6

        1.9

        1.5

        2.8

        1.4

        2.6

        110

        750

        1.7

        1.9

        1.5

        2.8

        1.3

        2.5

        1.2

        1.4

        1.1

        2.1

        1.0

        1.9

        當公共連接點處的最小短路容量不同于基準短路容量時,可按式(1)修正表(2)中的諧波電流允許值。

                                         式(1

        式中SK1—公共連接點的最小短路容量(MVA;

        SK2--基準短路容量(MVA;

        Inp—2中第n次諧波電流允許值(A)。

        n次諧波電壓含有HRUn與第n次諧波電流分量In的關系如下:

                     式(2

        式中UN電網的標稱電壓(kV);

            In—n次諧波電流(A;

        Zn系統的地n次諧波阻抗( )。

        如諧波阻抗Zn未知,HRUnIn(A)的關系可按下式進行近似的工程估算:           

                                   式(3

                                        式(4

        式中  公共連接點的三相短路容量(MVA)。

        兩個諧波元的同次諧波電流在一條線路上的同一相上疊加,當相位角已知時,總諧波電流In(A)可按下式計算:

                       式(5

        式中  諧波源1的第n次諧波電流(A);

              諧波源2的第n次諧波電流(A);

               諧波源12的第n次諧波電流之間的相位角。

        當兩個諧波源的諧波電流間的相位角不確定時,總諧波電流可按下式計算:              

                          式(6

        式中,系數Kn可按表3選取

        3  式(6)中數Kn的值

        n

        3

        5

        7

        11

        13

        9,>13,偶次

        Kn

        1.62

        1.28

        0.72

        0.18

        0.08

        0

         

        兩個以上同次諧波電流疊加時,首先將兩個諧波電流疊加,然后再與第三個諧波電流疊加,以此類推。兩個及以上諧波源在同一節點同一相上引起的同次諧波電壓疊加的公式和式(5)(6)類似。

        同一公共連接點有多個用戶時,每個用戶向電網注入的諧波電流允許值按此用戶在該點的協議容量與其公共連接點的供電設備之比進行分配。第i個用戶的第n次諧波電流允許值(A)按下式計算

                         式(7

        式中按式(1)計算的第n次諧波電流允許值(A);

            i個用戶的用電協議容量(MVA);

             公共連接點的供電設備容量(MVA);

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