串联补偿在污水厂电力系统中的应用

电 性 感
６ ％ｘｃ
抗 器
— ｒ ／
．
．
Ｌ
ｆＨｚ ／
图 ５ 电容 器 串联 电抗 器
图 ６ Ｌ 阻抗 特 性 Ｃ
第 ３ 期
朱景刚 ， ： 等 串联 补 偿 在 污 水 厂 电力 系统 中 的应 用
６ ９
电容 器 与 电抗 器 的 串联 阻抗 为 Ｚ ｃ— Ｘ （ Ｌ ＋ 一Ｘ ， Ｘ 一 Ｘ ）当 时 ， 统会产 生谐 振其 谐振频 率 ｆ ＝ 系 ｏ＝ ＝ ５ 。 ＿ ５ ０ ４Ｈｚ 因为 ５ ． 次谐 波 频率 为 ２ ＯＨｚ ５ 删 ６ 电抗器 可 以避 免大 于 ５次谐 波
纯 使用 电容器 来做补 偿 ， 电容器 运行 电流 为
的谐 波 电流． 电容器 运行 时为满 载 电流 ＝ ０ ％ ， Ｊ 。＞ １ ３ 时 ， ＝ ０ 若 ＝１ ．Ｉ 电容 器将 迅速故 障．
由于变压 器是感 性负 载 ， 电容器是 容性 负载 ， 某 一谐 振 频率 下 将会 使 系 统 产生 串联与 并 联谐 振 ， 在 从
摘 要 ： 对 污 水厂 电 力 系统 的特 点 ， 据 污 水厂 的 实 际运 行 经验 ， 出 了采 用 电抗 器 与 电容 器 的 串补 方 式 治 理 谐 波 的 针 根 提 方 案 ， 而有 效 地 实现 了无 功补 偿 ． 从 关键词 ： 波 ； 容器 ； 谐 电 电抗 器 ； 功 功 率 ； 无 串联 补 偿 中 图分 类 号 ： Ｍ ７ １ Ｔ ６ 文献标志码 ： Ａ
而 产生无 限大 的谐波 电压 与谐 波 电流 ， 造成 电容 器故 障 ， 大谐波 对 电网 的影响． 图 ４所 示 ， 以单 纯 使 增 如 所
用 电容器 做无 功补偿 是非 常危 险 的．
１ ｆ ０ ５ ２５
１（ ０ ７ ３５
图 ３ 谐 波 电 流流 向
图 ４ 电容 器 烧 毁 图 片
笔 者论 述 了 串联 补偿 在污 水 厂 电力 系统 中的应用 ， 满足 电力 系统对 功率 因数 的要 求 ， 为 系统 必 须要 做 无 功补 偿 ， 而用 电负 荷产 生 的谐波 对无 功补偿 装 置会 产生 很大 的危 害 ， 以采 用 电抗 器 串联 电容 器 的 串补 所
方 式既 实现 对谐 波 的治理 ， 又保 证 系统对 无 功 的补偿 ． 实 际 的污 水厂 中 已成功 应 用 ， 在 并取 得 了 良好 的运
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｂａ ｅ ｏ ｔ ｃ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｏ ｏｗｅ ｙ ｔ ｍ ｎｄ ｈ ａ ｔ ｌ ｏｐ ｒ ｔｎｇ ｘ ｒｅ ｅ ｏｆ ｓ ｗａ ｅ ｓｒ ｃ ： ｓ ｄ ｎ ｈｅ ｈａ ａ ｔ ｒｓ ｉｓ ｆ ｐ ｒ ｓ ｓ ｅ ａ ｔ ｅ ｃ ｕａ ｅ ａ ｉ ｅ ｐｅ ｉｎｃ ｅ ｇ ｐｌｎｔｐｏ ｒｓ ｓ ｅ ，ｈｉ ｒ ｉｌ ｔ ｉｅ ｙ ｄｉｃ ｓ ｅ ｗ ｏ ｕ ｅ ｔ ｅ ｓ ｒｅ ｏｍｐ ｎｓ ｔｏｎ ｍｏ ｆ ｒ ａ ｔ ａ ｗｅ ｙ ｔ ｍ ｔ ｓ ａ ｔｃｅ ｄｅ ａ ｌｄｌ ｓ ｕ ｓ ｓ ｈｏ ｔ ｓ ｈ ｅ ｉ ｓ ｃ ｅ ａ ｉ ｄｅ ｏ ｅ ｃ ｏｒ ａ ｄ ｃ ｎｄ ｎｓ ｒｔ ｅ ｌ ｅ ｈａ ｍ ｏ ｃｇｏ ｒ ｎ ｅ ａ ｄ ｒ ａ ｔｖ ｗｅ ｏ ｎ ｏ ｅ ｅ ｏ ｒ ａｉ ｒ ｎｉ ｖｅ ｎａ ｃ ｎ ｅ ｃ ｉ ｅ ｐｏ ｒｃ ｍｐｅ ｓ ｔｏ ｚ ｎ ａ ｉ ｎ． Ｋｅ ｒ ： ｒ ｎｉ ｖｅ ｃ ｎｄ ｎｓ ｒ ｒ ａ ｔ ｒ； ｅ ｃ ｉ ｏｗｅ ￣ ｅ ｉｓ ｃ ｙ ｗｏ ｄｓ ｈａ ｍｏ ｃ ｗａ ｏ ｅ ｅ ； ｅ ｃ ｏ ｒ ａ ｔｖｅ ｐ ｒ ｓ ｒｅ ｏｍｐｅ ａ ｉ ｎ ｎｓ ｔｏ
（ ． ｒｈＣｈｎ ｎｃｐ ｌ ｇｎ ｅ ｉｇ Ｄｅ ｉｎ＆Ｊ ｓ ａｃ ｎ ｔｔ ｔ， ａ ｊ ０ ７ Ｃｈｎ ；２ Ｘｉａ ｒｎ ｈ Ｉｓｉｕｅｏ １ Ｎｏ ｔ ｉａＭｕ ｉｉａ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ｓｇ Ｒｅ ｅ ｒｈ Ｉ ｓｉｕ ｅ Ｔｉｎｉ ３ ０ ４， ｉａ ． ’ｎ Ｂ ａ ｃ ｎ ｔ ｔ ｆ ｎ ｔ
１
１ ３谐 波对 电容器 的影 响 ．一 Nhomakorabea×兀×ｆ
×Ｌ； 电容 器阻 抗 Ｘｃ 一 ｃ
＾
— ｌ ＿
Ⅱ ／， ｘ
（ ） ＾
Ｌ ／
． 波 电流 的方 向是 流 向阻抗 值 变小 的方 向 ， 图 ３ 示． 谐 如 所 如果 单 一 ＋ Ｉ． 中 ： 为 电容器 额定 电流 ； 流入 电容 器 其 ｊ为
第３ ２卷
第 ３期
吉首大学学报（ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｉｈ ｕＵ ｎｖ ｒ ｉｙ （ ｔ ｒ ｌ ｉｎ ｅＥｄｔｏ ） ｏ ｒ ａ ｆ ｓ ｏ ｉｅ ｓｔ Ｎａ ｕ ａ ｅ ｃ ｉｉｎ Ｊ Ｓｃ
Ｖｏ ． ３ ＮＯ ３ Ｉ ２ ．
Ｍａ ０ １ ｙ２ １
２１ ０ １年 ５月
Ｎｏ ｔ ｉａ Ｍ ｕ ｉｉａ ｎ ｉｅ ｒｎ ｓｇ ＬＲｅ ｅ ｒｈ Ｉ ｓｉ ｔ ， ＇ｎＵｎｖ ｒｉ Ｘｉａ １ ０ ８， ｈ ｎ ；３ Ｘｉａ ｒｈ Ｃｈｎ ｎｃｐ ｌＥ ｇｎ ｅ ｉｇＤｅｉｎ ８ ｓａ ｃ ｎ ｔ ｕ ｅ Ｘｉ ｉｅｓｔ ｔ ａ ｙ， ’ｎ ７ ０ １ Ｃ ｉａ ． ’ｎ
的谐振 ． 由图 ６可知 ： 在基 波频 率下 ， 电容 电抗 器 保有 电容 特性 ； 在谐 波频 率下 ， 电容 电抗 器 呈现 感性 ， 部 大
分 电流流 回 电网 ， 部分 流过 电容 器 （ 图 ５所示 ） 避 免 了 电容 器过 电流 及与 系统 产生 串并联谐 振． 小 如 ，
３ 结 语
Ａｐｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｅ ｉ ｓ Ｃｏ ｐｅ ｓ ｔｏ ｎ Ｓ ｗａ ｅ Ｐｌ ｎｔＰｏ ｒ Ｓ ｓ ｅ ｌｃ ｔｏ ｆＳ ｒ ｅ ｍ ｎ ａ ｉ ｎ ｉ ｅ ｇ ａ ｗｅ ｙ ｔ ｍ
ＺＨＵ ｉｇ ｇ ｎ Ｉ ａ — ｉ Ｓ Ｊｎ — ａ ｇ ，Ａ Ｘｉｏ ｍｅ 。 ＯＮＧ ｈ—ｉ。 Ｚ ｉ ｅ ｊ
Ｂｒｎ ｈＩ ｓｉｕｅｏ ｈ Ｔ ｅ ｔｏ ｉｓＥｌｖ ｎ ｈＤｅｉｎ ＆ Ｒｅ ｅ ｒｈ Ｉ ｓｉ ｔ ， ’ ｎ Ｕｎｖ ｒｉｙ Ｘｉａ １ ０ ５， ｉａ ａ ｃ ｎ ｔ ｔ ｆｔｅＩ Ｅｌｃｒ ｎｃ ｅ ｅ ｔ ｓｇ ｔ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｕ ｅ Ｘｉａ ｉｅ ｓｔ ， ’ ｎ７ ０ ６ Ｃｈｎ ） ｔ
行 效果 ， 同时大 大延 长 了设 备 的使用 寿命 ．
参 考 文献 ：
Ｅ ］ Ｗ ＡＫＩ Ｅ ． ｏ ｒ ｙｔｍ ｒ ｎｃ Ｍ］ 北 京 ： 械 工 业 出版 社 ，０ ４ Ｉ Ｌ Ｈ Ｇ Ｊ Ｐ ｗｅ ｓｅ Ｈａｍｏ ｉ Ｅ ． Ｓ ｓ 机 ２０． Ｅ ｌ 国 家技 术 监 督 局 ． ／ １ ５ ４ ０ ５电 能 质 量 公 用 电 网 Ｅ ］ 北 京 ： 国标 准 出版 社 ，０ ５ ｅ ＧＢ Ｔ ４ ９ —２ ０ ｓ． 中 ２ ０ ［ ］ 王 兆 安 ． 波抑 制 和 无 功 功 率 补 偿 ［ ． 京 ： 械 工 业 出版 社 ，９ ８ ３ 谐 Ｍ］ 北 机 １９ ． ［ ］ 罗 安 ． 网谐 波 治 理 和 无 功 补 偿 技 术 及 装 备 ［ ． 京 ： 国 电 力 出版 社 ，０ ６ ４ 电 Ｍ］ 北 中 ２０．
污水 处理 厂用 电设 备 主要有 泵类 、 拌器 、 风 机类 等 负 载． 机 、 类一 般 都 要求 变 频 ， 变频 器 是 搅 鼓 风 泵 而
一
个 非 常大 的谐 波源 ， 因此 给 系统带 来很 严重 的谐 波污 染 和谐 波 干 扰 ， 成 系统 不 能正 常 工 作 ， 造 经常 性 的 由于 电网对功 率 因数 的要求 ， 水厂 电力 系统 在低 压侧做 无 功补偿 ， 污 但谐 波 的存 在对 无功 补偿 的电容
１ 谐 波 治 理 与 无 功 补 偿
１ １系统 中无 功 的方 向 ．
系统 由于感 性 负载 的存 在 ， 系统 的功率 因数 往往 达不 到 电网 的要 求 ， 以要在 低压 负 载侧 做必 要 的无 所 功 补偿 ． 功 的存 在 又是必 要 的 ， 无 系统有 功需 要 以无功 为载 体把 他带 到负 载 ， 图 １所示 ． 过 多 的无 功 电 如 但 流 流过 变压 器会 对变 压器 造成 不 良的影 响 ， 理想 的状 态是 无功 完全 由电容器 提供 ， 图 ２所示 ． 最 如
２ 谐 波 治理 方 法
避 免谐 波 ， 以改变 电 网、 可 电容 和设备 ， 在基 波频 率下 ， 希望保 有 电容器 的特性 ； 谐 波频 率 下 ， 避 免 在 要 电容器 过 电流 ， 避免 与 系统产 生 串并 联谐 振． 目前 国内常用 的谐 波治理 的方 法主要 有 ３种 ： 源 滤波 、 源 无 有 滤 波 、 功补偿 ． 源滤 波装置 的成本 较低 ， 无 无 经济 ， 简便 ， 得广泛 应用 ． 获 有源 谐波 滤除 装置 是在 无 源滤 波 装
吉首大学学报 （ 自然科 学版 ）
第 ３ ２卷
无 功补 偿装 置完全 可 以满足 系统功 率 因数 的要 求 ， 负荷 产生 的谐 波对 电容器会 产 生影 响． 但
１ ２谐 波 量 ．
令 谐波 阶次 ｎ— ｋ ×Ｐ± １ 其 中 ： 为谐 波次数 ； ， ７ ／ ＂ Ｐ为设备 晶 闸管脉 冲数 ； ｋ为常数 ， ， ， ， ； 波 的量 １２３ … 谐 Ｊ 一 ／ 其 中 ： ， Ｉ 为谐 波 电流值 ； 为基波 电流值 ； 为谐 波 次数． ６ 冲整 流器 会产 生 ５ ７ １ ，３ … Ｙ ／ 如 脉 ，，１１ ，
烧坏 电气 元件 ． 同时系 统 中也有很 多 电力 电子类 元 器件 ， ＵＰ ， 如 Ｓ 开关 电源 等 ， 是谐 波发 生源． 都 器会 产生 诸 多的影 响 ， 如使 电容器 过 电流 ， 将其 迅速 烧毁 ， 系统 产生 串并联 谐振 等 ， 使 要解 决谐 波 与 电容器 之 间的矛 盾 ， 即不 能单独 使用 电容 器做 无功 补偿 ， 厂 的实际运 行 经验也 对单 独使 用 电容 器做 无功 补偿 提 水 出 了挑 战 ， 依据 污水 厂 电力 系统 的特点 ， 笔者 多 采 用 串联 补 偿 的方 式 解 决谐 波 对 电容 器 的影 响 ， 串补也 是 目前 补偿 里最 高端 的产 品．
文章 编号 ：０ ７ ９ ５ ２ １ ） ３—０ ６ —０ １ ０ —２ ８ （ ０ １ ０ ０７ ３
串联 补 偿 在 污 水 厂 电 力 系统 中 的应 用
朱景 刚 李 晓梅 宋 志 杰。 ， ，
（． 国 市 政 工 程 华 北 设 计 研 究 总 院 ， 津 １中 天 陕西 西安 ３０４２中国市政工程华北设计研究总院西安分院 ， ０ ７ ；． ７０６） １０ ５ ７ ０ １ ；． 息 产 业 电 子第 十 一 设 计 研 究 院 西安 分 院 ， 西 西 安 １０ ８ ３ 信 陕
无 功 补 偿 装 置
图 １ 有 功 与 无功 的方 向
图 ２ 有 功 与 无 功 理 想 状 态
＊
收 稿 日期 ： ０ １ ３—２ ２ １ —０ ６
作 者 简 介 ： 景 刚 （ ９８一 ， ， 宁 喀 左 人 ， 国 市 政 工 程华 北设 计 研 究 总 院 设 计 二 院 工 程 师 ， 朱 １ ７ ）男 辽 中 主要 从 事 市 政 电气 设 计工作．
污 水厂很 少 采用有 源滤 波 ， 大部 分 采 用 串联 补 偿 方 式 ． 水 厂 多 采 用 电容 器 串联 ６ 的 电抗 器 （ 污 ９ ｘ 一 ６ ９Ｘｃ ）进行 串联 补偿 ， 图 ５所示 ， 如 电容 串联 电抗器 频率 特性 图如 图 ６ 示． 所
ｌ
电 容性
抗 大
＝
次谐 波 ， 这些谐 波会 同时存 在 ， 产生 的谐波 电流 为各次谐 波 电流 的叠加 ．
５ 谐波 电流值 ｆ 一 ，／ ＝２ 次 ｓ ５＝ ０ ＝
—
； 次谐 波 电流值 一 ／ — １ ７ ７ ４
；１ １ 次谐波 电流值 一 Ｉ／ １ １
９ ９ ．．， － 各次谐 波 电流值是 同时存在 的 ， 以谐 波 电流 的量 是很 大 的． ・ 所 由于变压 器 的阻抗值 与频 率成正 比 ， 电容器 的阻抗 值 与频率 成反 比． 压器 阻抗 Ｘ 变
置 的基 础上 发展起来 的 ， 能做 到适 时补偿 ， 且不 增加 电 网的容性元 件 ， 滤波 效果好 ， 其额 定 的无 功功 率 范 在 围内 ， 波效 果 １ ０ ． 滤 ０ 但有 源滤 波装 置 由于受到 电力 电子元 件耐 压 ， 定 电流 的发 展 限制 ， 本极 高． 于 额 成 对