无功补偿装置中谐波的影响及其治理方案及有关解读

无功补偿装置中谐波的影响及其治理方案无功功率补偿装置在电力供电系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统电压波动，谐波增大等诸多因素。

一、目前我国电力电网现状：

目前, 随着电力电子技术的发展,具有非线性特性的变流装置和大容量的感性负载的使用, 电网中的谐波污染问题也越来越严重。电网波形畸变, 使电力系统中的电压和电流不再是单一基波频率的正弦波, 此时就出现了谐波及无功问题。下面就谐波的危害做个简单的介绍：

1.谐波污染会使用电设备产生噪音、过热、振动、误动作甚至使其烧毁。

2.谐波是电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的

效率。

3.谐波会使电容器、电缆等设备过热、使绝缘老化、寿命缩短以至损坏。

4.谐波会使局部产生并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，加大危害性。

5.谐波还会导致继电保护和自动装置的误动作，同时对通讯系统产生干扰等

等因素。

二、谐波对电容补偿柜的影响：

我国规定电网中谐波含量在8%-10%范围内为中度污染，此时电网中的设备可以正常工作，但对于特殊设备就会产生重要严重影响。例如对于无功补偿中的电容（一般我公司选择的是德力西BSMJ系列的电容器）来说，一般不具备抗谐波能力，如果电容在此环境下工作，将会在谐波的作用下产生谐振，此时将在电容器内部产生数倍于额定电流的谐振电流，长时间运行将会降低电容的容量、老化电容绝缘性能甚至击穿电容等。下面就部分补偿方案做进一步的分析。

三、无功补偿方案比较：

方案一：无源滤波补偿方案（见图1-1）

此无源滤波补偿方案是我们公司在以前工程设计时所经常采用的补偿方案，此方案由限流电抗器和电容器组成简单的LC滤波器。限流电抗器是根据电抗器对

电流的拒流特性来实现电容器组在投切过程中产生的投切过电流的抑制作用，起到平波功能，同时限流电抗器的电感和串联电容器组成串联谐振电路，在谐振频率下呈现出很低的阻抗。通过既可以消除谐波，又提供无功功率，可以说是一举两得的事情。但是这种系统的补偿效果并不理想，原因如下：

0001())(Z j R j L C ωωω=+-根据公式可知001L C ωω-=0时，LC 电路呈现低阻抗

状态，这样才能达到纯滤波电电路（串联谐振电路或并联谐振电路对谐波的滤除效果取决于系数LC ω的取值范围）。但实际过程中，限流电抗器的感抗并不一定等于电容的容抗。因此在实际的使用过程中在谐波环境下使用对谐波的滤池效果并不理想，滤波效果没有达到设计要求。限流电抗器在实际运行过程中产生大量的热量，造成整个补偿柜柜内温度过高，热继电器经常跳闸，因此在元器件安装时需要有足够的散热空间和加装散热条件来降低自身的温度。本方案采用RT18系列熔断器进行保护，由于RT18系列熔断器自身散热性能较差，在熔断保护时照成三相电流不平衡，也是现场屡次发生熔断器由于温度过高造成起火现象的发生的主要原因。此外此方案采用JKL5C 无功控制器的控制性能方面存在一些问题，也是导致此方案补偿效果较差的一个原因。

图1-1

当下污水处理厂大量采用变频的条件下，变频器成为整个水厂谐波产生的主

要谐波源。由于变频在运行过程中产生的5、7、11、13次等谐波是整个水厂电网危害最大的谐波分量，因此必须降低相关的谐波对设备正常运行的影响。

此方案在实际运行过程中产生诸多问题，无法在有谐波的电网环境中满足功能要求。

方案二：有源滤波补偿方案

有源滤波补偿方案主要应用在谐波含量较少，对谐波滤除要求较高的场合。但其成本过高，不利于广泛的应用。

方案三：最新谐波治理补偿方案（见图1-2）

图1-2

此方案主要由削峰扼流器、消谐阻抗器和电容器工程组成LC滤波电路，来达到抑制、消除谐波并进行无功补偿的方式。其特有的技术原理，不需要调谐振频率，对150—2000Hz范围内的谐波进行抑制、滤除，同时进行无功补偿。其工作原理为：

1.采用削峰技术：

①抑制补偿电容投切时产生的浪涌电流，此功能与限流电抗器的功能相

似；

②抑制谐振电流；

③抑制非正常基波电流放大，及避免谐振。

2.采用感抗滤波及差模法，对谐波周角（三相）进行抵消的滤波原理。

3.滤波回路中电感值范围为0.6-1.2。

4.电器元件的温升较小。

四、无功补偿方案比较：

（1）保护元件的比较：

本套方案在元器件的选型上针对方案一的元器件在运行中所出现的问题给与调整和优化。电容器保护回路中采用微型断路器（分段能力为较高级）进行保护，电流选择范围为电容器额定电流的1.5倍左右。选择断路器保护和熔断器保护的优点为：在电容器三相回路中，若一相电流超出保护范围，则断路器跳闸，实现电容器三相回路全部断电，而不必担心采用熔断器在单相保护熔断之后造成其它两相电流不平衡所引发的其它事故。

（2）抗谐波能力比较：

限流电抗器主要用于限制涌流，其抗谐波能力略逊与消谐阻抗器抗谐波能力，方案三中削峰扼流器主要用于限制涌流，消谐阻抗器主要用于抑制谐波干扰，故方案三在抗谐波方面效果更好。

（3）节能比较：

现在以方案一和方案三来做个节能对比。方案一补偿电路中，以系统电压0.45KV为例，若电容投切容量为30Kvar，以每小时计算，方案一得限流电抗器消耗功率为：

（电抗器使用在0.45KV电路中，一般压降在3V以上，以3V为例）每路每小时的功率为:P=3*3V*30Kvar*1/(*0.45)*1H=350W

方案三削峰扼流器在同等情况下消耗功率为：

（削峰扼流器使用在0.45KV电路中，一般压降在0.02V以下，以0.02V为例）每路每小时的功率为:P=3*0.02V*30Kvar*1/(*0.45)*1H=2.33W。

五、方案确定：

提高无功补偿装置的抗谐波能力及其补偿效果，降低元器件的能耗、提高柜体的散热能力。综上所述，方案三效果更好。