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無源濾波器與并聯(lián)電容器的應(yīng)用

閱讀:376        發(fā)布時間:2019-8-9

1諧振 

諧波與并聯(lián)電容器在低壓電網(wǎng)中并存時,怕的就是引發(fā)串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振。 

1.1串聯(lián)諧振 

若諧波來自電源系統(tǒng),則變壓器的電抗和低壓并聯(lián)電容器的電容在一定的參數(shù)下配合,就能引發(fā)串聯(lián)諧振,文獻[1]有數(shù)字實例,一臺Uk為6%的1000kVA變壓器,在低壓母線上接有160kVar的并聯(lián)電容器,結(jié)果引發(fā)了11次諧波的諧振,使電容器中的11次諧波電流達17,電容器中的基波電流只有233A,總有效電流Iceff為313A,過載1.35倍,已超過允許值1.30倍。負載母線上11次諧波電壓畸變系數(shù)達6.9%,也已超過允許值,而低壓電源(含變壓器阻抗ZT在內(nèi))母線上的畸變率只有1.5%。 


1.2并聯(lián)諧振 

若諧波源來自低壓側(cè)的非線性負荷,例如變頻器,則變壓器的電抗(加上電源系統(tǒng)的少量電抗)和低壓側(cè)的電容可構(gòu)成并聯(lián)諧振,文獻[1]也有數(shù)字實例,低壓側(cè)接有300kvA的驅(qū)動裝置,其它如變壓器和電容器參數(shù)同,1.1節(jié)串聯(lián)諧振中的實例,結(jié)果引發(fā)11次諧波的并聯(lián)諧振,使電容器中11次諧波電流達到212A,已大于電容器中基波的90%,總有效電流達334A,過載1.45倍,也超過允許值1.30倍,其實負載的11次諧波電流才39A,又11次諧波電壓的畸變率已達8.3%,大大超過允許值。 

2避免諧振的措施 

措施之一為改變網(wǎng)絡(luò)元件的電抗電容量值,然而,它的可能性不大,特別當電容器組是自動控制的場合,將有許多諧振條件都要考慮。同時要注意,即使系統(tǒng)參數(shù)只是接近諧振頻率也能使電容器組過電流和電壓畸變率超過標準。 

常用的方法是與電容器串聯(lián)一個電抗器,調(diào)諧的諧振頻率低于網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的低次諧波的頻率,這樣,無論是串聯(lián)諧振還是并聯(lián)諧振就不會發(fā)生。 

現(xiàn)代的工業(yè)和建筑物電網(wǎng)中*沒有諧波電壓和電流是不可能的,那么是否凡并聯(lián)電容器都要串電抗器呢?那也不一定,如果需要串,電抗值取多少呢?下面著重討論1000V以下低壓電網(wǎng)情況。 

2.1并聯(lián)電容器組(不串電抗器)[1] 

當不存在諧振條件即電網(wǎng)的電抗值和并聯(lián)電容器的電容值所構(gòu)成的諧振頻率比較高而負載產(chǎn)生的諧波電流和母線的諧波電壓又很低時,此時,不需要考慮降低諧波值,但是IEC標準[1]并未給出劃分界線的具體數(shù)據(jù)。筆者認為,諧波次數(shù)≥17就可以不考慮,即諧振頻率≥17次諧波。15次諧波是3的整數(shù)倍,一般只存在于單相220V的設(shè)備中,這樣只考慮到了13次就可以了。什么場合一定要串聯(lián)電抗,GB[3]對此問題沒有提及,廠家[4]在樣本中規(guī)定的條件為GN/SN<15%,GN為產(chǎn)生諧波設(shè)備的現(xiàn)在功率。SN為變壓器視在功率。筆者認為產(chǎn)生諧波的設(shè)備類型有幾種,發(fā)射諧波電流的大小也不同,還與一些外部條件的變動有關(guān)。因此,規(guī)定GN/SN<15%似乎并不明確說明什么問題,還不如IEC標準[1]的條件,至少概念上是明確的。 

2.2失諧濾波器(detunedfilter) 

按照文獻[1]的定義,失諧濾波器是一種濾波器,它的調(diào)諧頻率比有相當大(considerable),電壓(電流)副值的低次諧波頻率還要小過10%多。 

以5次諧波為例,其頻率為250Hz,小過10%即為225Hz,因此失諧濾波器中的電抗值與電容量之比應(yīng)大于4%/0.81即>5%。 

樣本[4]的失諧濾波器調(diào)諧在215Hz上,它是250Hz的85%,符合文獻[1]定義的要求,其相對電抗值為5.5%>5%。 

2.3調(diào)諧濾波器(tunedfilter) 

按照文獻[1]的定義調(diào)諧濾波器是一種濾波器,它的調(diào)諧頻率偏離于被過濾的頻率不得大于10%。因此對5次諧波而言,它的相對電抗值(或電抗率)X%應(yīng)為4%<X%<5%。 

2.4并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范的規(guī)定[3] 

該規(guī)范中5.5.2.2規(guī)定“用于抑制諧波,當并聯(lián)電容器裝置接入電網(wǎng)處的背景諧波為5次及以上時,電抗率宜取“4.5%~6%”??梢娢墨I[3]并沒有區(qū)分失諧濾波器和調(diào)諧濾波器。其實,對補償用并聯(lián)電容器而言,調(diào)諧和失諧濾波器對基波都是容性電抗,都有無功補償能力,只是大小程度不一樣,調(diào)諧濾波器的無功補償能力強。調(diào)諧或失諧的區(qū)分,是對的諧波次數(shù)進行濾波而言的。兩者都有濾波器(抑制諧波)的能力,只是調(diào)諧濾波器的濾波能力更加強。 

對于GB這一條的術(shù)語“抑制諧波”似乎應(yīng)是調(diào)諧濾波器,因而電抗率取4.5%~6%,IEC的要求為4% 

3以上3種裝置應(yīng)用中的注意點 

并聯(lián)電容器、失諧濾波器、調(diào)諧濾波器這三種裝置在應(yīng)用中的注意點如下。 

3.1并聯(lián)電容器 

通常對一臺配電變壓器而言,并聯(lián)電容器可以分散多級配置,已經(jīng)安裝好投入運行后,如果情況變化再來考慮避免諧振的問題,就會非常困難,即使只在一處裝有補償并聯(lián)電容器,也不能串聯(lián)電抗器就完事,因這將使電容器過流和過電壓。因此在確定選用那種裝置時,不但要分析網(wǎng)絡(luò)當前的諧波情況,還要考慮到將來情況的變化。

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