低压母线无功补偿装置对城市配电网谐波放大的抑制途径

电压畸变严重。 由此可见, 无功补偿并联电容器组投入配电 网后, 使电网谐波放大的现象普遍存在, 若城市配 电网短路容量大 , 则短路阻抗 X L 、 谐波电压也小, 电网电压畸变不严重 ; 反之 , 电网电压可能严重畸 变。若并联电容器组的谐波阻抗 X cn = X c /n 与系 统的谐波阻抗 X L n相等, 则 X c /n = n X L, 就会形成 第 n 次谐波的并联谐振。谐波电流突增, 电网电 压波形严重畸变。 1 . 2! 配电网谐波对无功补偿并联电容器的影响 ! ! 根据甘肃省电网公司对省内城市配电网多年 的运行情况统计表明 , 电容器内部绝缘的损坏主 要是由于其内部局部放电引起的。如果配电网电 压中的谐波分量较大 , 其电压峰值必然较高, 这样 就有可能使工作电压的峰值大于局部放电熄灭电 压 , 因而形成长时期的内部局部放电 , 致使电容器 损坏
( a) 接线原理图
( b) 等值电路
图 2! 电容支路中串入电抗器的电路
! ! 在无功补偿电容器支路中串联电抗器 X L, 这 时电容器支路中第 n 次谐波的容性电抗为 X∀ c n = X cn - X L n = ! ! 母线 n 次谐波电压为 U n = In X ∀ sn = X Bn X ∀ cn X Bn - X ∀ cn In ( 5) Xc - nX L n ( 4)
1 . 9( MV ar) 2 - A = 17 n ! ! 当要求谐波放大倍数 K < 6 时, 则电容器组 投入时应采用的容量范围为 Qc > 1 . 2 Q cx = 1 . 2 ) 17 . 9 = 21 . 5( MV ar) Qc < 0 . 85 Q cx = 0 . 85 ) 17 . 5 = 15 . 2( MV ar ) ! ! 因此, 可分 3 组投切 , 每分组 7 . 5 MVar , 投切 容量组合为 7 . 5 、 15 、 22 . 5 MVar , 可满足要求。 ! ! Q cx = Sk ! ! 同理 , 若安装电抗器感抗值为 2 % , X c 的串 联电抗器限制 3 次谐波, 要求电容器对 5 次谐波 的放大不超过 6 倍, 那么根据式 ( 6)得 : Q cx = Sk 1 2 - A = 7 ( MVa r) n ! ! 当要求谐波放大倍数 K < 6 时, 则电容器组 投入时应采用的容量范围为 Qc > 1 . 2Q cx = 1 . 2 )7= 8 . 4 ( MV ar) Qc < 0 . 85 Q cx = 0 . 85 ) 7 = 5 . 95 (MV ar ) ! ! 因此, 也可分 3组投切, 每分组 2 . 5 MV ar ,投 切容量组合为 2 . 5 、 20 、 22 . 5MV ar , 可满足要求。
4! 结 ! 语
! ! 城市配电网的无功补偿问题是所有业内人士 普遍重视的问题 , 但在解决无功补偿问题时, 由无 功补偿装置所引起的对配电网谐波的放大作用及 由此引发的危害却常常被忽视。本文针对该问题 对城市配电网谐波与无功补偿并联电容器的相互 影响进行了分析 , 提出了抑制无功补偿并联电容 器对电网谐波放大的措施, 对城市电网的进一步 改造及可靠运行具有实际意义。 ∗参 考 文 献 +
电能质量
低压电器 ( 2009 19) 通用低压 电器篇
低压母线无功补偿装置对城市 配电网谐波放大的抑制途径
赵文忠 , ! 周 ! 宣 , ! 赵忠红
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( 1. 河西学院 机电工程系 , 甘肃 张掖 ! 734000; 2 . 甘肃省电网公司 , 甘肃 兰州 ! 730000)
摘 ! 要 : 针对由无功补偿并联电容器所引起的 对配电网谐波的放大作用 问题及危 害 , 分析了城市配电网谐波与无功补偿并 联电容器的相互影响 , 提出了抑制无功补偿并 联电容器对配电网谐波放大的措施。这对城市电网的可靠、 经济运行具有实际意义。 关键词 : 并联电容器 ; 配电网谐波 ; 放大机理 中图分类号 : TM 714 . 3! 文献标识码 : B! 文章编号 : 1001 5531( 2009) 19 0037 03 赵 文 忠 ( 1966 ),
式中, X ∀ sn为系统 n 次谐波综合电抗, 即图 2( b) 电 路 n 次谐波等效电抗。 可见, 由于接入了 X L , 将使 并联电容器支路 的谐波 等值容抗 X ∀ c n变小 , 并且 : ∃ 当 X L n < Xcn
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时, 即 X ∀ cn < Xcn, 母线谐波电压减小 ; % 当 X L n = Xcn时, 即 X ∀ , Un = 0, 此时为滤波器; & 当 X L n cn = 0 > Xcn时 , 即 X c ∀ n电容性电抗变为电感性电抗 , 使系 统综合电抗 X ∀ sn减小, 从而减少母线谐波电压, 抑 制了母线电压的畸变。 由电网公司试验结果证实 , 加装串联电抗器 可以明显抑制流过电容器支路中的谐波电流, 未 加电抗器时 5 次谐波电流达 62 % 左右, 加了电抗 器后 5次谐波下降至 13% 左右。因此, 对谐波较 大处投入的无功补偿并联电容器组加装串联电抗 器是完全必要的。试验证实, 该串联电抗器以 6 % 的电抗器为宜。对于 220 kV 变电站内的大型 电容器组, 一般都是分组进行自动投切的 , 由于在 投切过程中电容器的总容抗是在改变的, 可能在 某种情况下与 系统阻抗构成 3 次谐波的 谐振条 件。因此, 必须采取合理而适当的分组方式, 避免 分组电容器投到谐振点上, 也避免出现过大的谐 波电流放大倍数。发生 n 次谐振的电容器容量为 Q cx = S k 1 - A ( 6) n 式中: Q cx为发生 n 次谐振的电容器容量 ( MVar); S k 为电容器装置安装处的母线短路容量 ( MVA ); n 为谐波次数 ; A 为并联电容器装置每相感抗 X L 与每相容抗 X c 的比值 , 即 A = X L /X c。 通常情况下若要求谐波放大倍数 K ∋ 6 , 则电 容器投入时应采用的容量范围为 Qc ∋ 0 . 85Q cx 或 Q c ( 1 . 2 Q cx ! ! 但若要实现较小的谐波放大倍数 , 则电容器 组投入时被限制的容量范围就要增大 , 这往往给 分组容量的确定带来困难 , 甚至无法满足要求 , 究 竟确定多大的 K 值合适, 尚需进一步研究。
2! 无功补偿并联电容器对配电网谐 波放大的抑制措施
! ! 图 2 为电容支路中串入电抗器的电路。
! ! 当存在无功补偿并联电容器组时 , 其等值电 路如图 1( c) 所示 , 此时系统的等效谐波阻抗上并 联了一 个无功 补偿并 联电 容器组 ( 等 效电 容为 C X ), 因此, 系统总阻抗为 X BnX cn X = ( 2) X Bn - X Cn ! ! 总的谐波阻抗在一定条件下增大了, 而 In 是 一定的 , 此时谐波电压 U ∀ n为 X BnX cn In ( 3) X Bn - X Cn ! ! 显然, Un∀> Un, 可见, 并联电容器组使电网的 U∀ n = 谐波放大了。 也可以这样认为, 谐波电源提供的谐波电流 是一定的, 而 I n = I Ln - ICn ( 见图 1( c) ) , 流过电容 器谐波电流为容性的, 而流经系统的谐波电流为 感性的 , 两者相位差 180# , 即流入系统的 谐波电 流不仅由谐波电源提供, 还由无功补偿装置中的 并联电容器来提供。因此 , 有了并联电容器组后, 流入系统的谐波电流加大 , 谐波压降加大 , 配电网 38
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! ! ( a) 接线原理图
( b ) 无电容器等值电路 !
!
。
( c) 含电容器等值电路 图 1! 配电网谐波等值电路
! ! 如果没有无功补偿并联电容器组 , 其等值电 路如图 1( b)所示。谐波电流流过系统 , 在系统谐 波阻抗 X Bn上产生压降, 其值为 Un = X Bn In ( 1)
ZHAO W enzhong , ! ZHOU Xuan , ! ZHAO Zhonghong (1 . Departm ent of E lectrica l andM echan ica l Eng ineering, H x i University , Zhangye 734000 , Ch in a ;
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2 . Gansu G rid C o . , Lanzhou 730000 , Ch in a)
! ! Abstrac t : Ai m ing at g rid d istr ibution har m on ic m agn ification and da m age by reactive powe r compensation shunt capac itor , the m utua l influence betw een har m onic and shun t capac itor w as ana ly zed. T he m easure to suppress har m onic a m plifica tion w as proposed . It is he lp reliable and econo m ica l runn ing of urban g rid. K ey words : shunt capac itor ; grid d istribution har m on ic ; amp lification m ech an is m
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行有较大影响, 谐波电流叠加在电容器的基波电 流上, 使电容器的运行电流增大, 温升增高 , 引起 过热而降低电容器的使用寿命或使电容器损坏。 叠加在电容器基波电压上的谐波电压 , 不仅使电 容器运行电压的有效值增大, 而且可能使峰值电 压增大很多 , 使电容器在运行中发生局部放电不 能熄灭 , 这是电容器损坏的一个主要原因。另外, 无功补偿并联电容器对 谐波电流还具有 放大作 用 , 电容器对谐波电流放大一般为 2~ 3 倍, 谐振 时可达 20倍以上。因此, 有必要对城市配电网谐 波与无功补偿并联电容器之间的相互影响机理进 行分析 , 正确认识谐波对无功补偿装置的影响和 无功补偿并联电容器对谐波电流的放大作用, 合 理地配置电容器和电抗器, 保证无功补偿装置和 整个城市配电网的安全运行。