在目前的設(shè)備運(yùn)行中，由于電力電子類(lèi)裝置的大量使用，諧波污染已成為一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。由于低壓無(wú)功補(bǔ)償中電容器本身的阻抗是容性的，隨著諧波頻率的提高，電容器的容抗會(huì)隨著頻率有明顯減小，諧波很容易被電容器放大并迭加在電容的補(bǔ)償電流上，這將使流過(guò)電容器電流的有效值增加，電容器會(huì)由于諧波電流引起附加絕緣介質(zhì)損耗加大、溫度升高，加快電容器絕緣老化，甚至引起過(guò)熱使電容器損壞。同時(shí)，諧波電流被放大引發(fā)的諧波電壓增大一旦迭加在電容器的電壓上，同樣會(huì)使電容器電壓有效值增大，并且電壓峰值也會(huì)大大增加，造成電容器發(fā)生局部放電不能熄滅，這也是電容器損壞的一個(gè)主要原因。

 

    所以，諧波會(huì)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)碾娙莓a(chǎn)生很大的影響，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中比較普遍的現(xiàn)象就是由于諧波存在，無(wú)功補(bǔ)償電容器經(jīng)常出現(xiàn)電容膨脹，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)電容爆炸等情況。

 

    3 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理

 

    可以通過(guò)在低壓電力電容器回路中串聯(lián)合理配置的電抗器進(jìn)行諧波抑制和諧波濾除。

 

    從原理上講，電容器在電路中是呈容性的，但是隨著諧波頻率的變化，電容器的容抗值也是變化的，如果在電路中串入對(duì)應(yīng)的合理配置電抗器，電抗器與電容器會(huì)在某一頻率下具有某一個(gè)確定的阻抗，因此可以實(shí)現(xiàn)在某一頻率下的諧波抑制或者濾除。

 

    LC回路在基波條件下呈現(xiàn)出容性阻抗，從而達(dá)到無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康模虼艘话愣及辞Х?kvar)計(jì);而在某一諧波條件下呈現(xiàn)出對(duì)應(yīng)的較低阻抗，從而達(dá)到LC回路的諧波抑制和消除功能(見(jiàn)圖1)。

 

    3.1 電抗率的選擇

 

    在可抑制諧波的無(wú)功補(bǔ)償中，電抗率是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。電抗率P的定義是：在串聯(lián)LC回路中，在基波頻率下感抗與容抗的比值，即■，一般是用百分?jǐn)?shù)表示。

 

    圖2給出了電抗率分別為12.5%，7%以及5.5%情況下電容器配串聯(lián)電抗器的阻抗曲線圖。從圖中可以看出，當(dāng)電抗率為12.5%時(shí)，串聯(lián)LC回路的零阻抗點(diǎn)出現(xiàn)在頻率141Hz處;當(dāng)頻率為150Hz(即3次諧波頻率)時(shí)，LC串聯(lián)回路是呈感性阻抗?fàn)顟B(tài)，不僅不會(huì)放大諧波，還能抑制和濾除諧波。

 

    當(dāng)電抗率為7%和5.5%時(shí)，串聯(lián)LC回路的零阻抗點(diǎn)分別出現(xiàn)在頻率189Hz和213Hz處，當(dāng)頻率為150Hz(即3次諧波頻率)時(shí)，LC串聯(lián)回路是呈容性較低阻抗，因此會(huì)對(duì)3次諧波有放大作用，但對(duì)于5次(250Hz)及7次(350Hz)等諧波是呈感性阻抗的，會(huì)對(duì)這些諧波有抑制和消除作用。

 

    根據(jù)目前電力諧波的主要來(lái)源情況，針對(duì)性地設(shè)計(jì)合理配置電抗率的無(wú)功補(bǔ)償，基本原則如下：在建筑、醫(yī)院等3次諧波較多場(chǎng)合可以選用P=12.5%的電抗系數(shù);工業(yè)等5次、7次諧波為主的場(chǎng)合可以選用P=5.5%的電抗系數(shù);電抗率為7%的LC回路是適合于非3次諧波場(chǎng)合的安全補(bǔ)償。

 

    3.2 電容器的降容

 

    雖然電容器的容值是用法拉(F)或者微法(μF)表示，但是在應(yīng)用中電容器的容量大多是以無(wú)功容量千乏(kvar)進(jìn)行標(biāo)稱(chēng)。在可抑制諧波的無(wú)功補(bǔ)償中，無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜萘渴且郧Х?shù)進(jìn)行計(jì)算的，但電容器的容量并不能用這個(gè)無(wú)功容量進(jìn)行配置，而且考慮到在工作中電容器的耐壓值，因此可抑制諧波的無(wú)功補(bǔ)償在應(yīng)用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電容器降容的問(wèn)題。

 

    考慮電網(wǎng)電壓本身的波動(dòng)以及由于電抗器和電容器串聯(lián)后的電壓抬高問(wèn)題，電抗率為5.5%和7%的LC無(wú)功補(bǔ)償電容器的耐壓一般為480V，而電抗率為12.5%的補(bǔ)償回路中電容器的耐壓需達(dá)525V。在這樣的情況下，電容器的選擇可以根據(jù)工作點(diǎn)的補(bǔ)償電流進(jìn)行確定。

 

    以額定工作電壓400V，額定補(bǔ)償容量50kvar為例，假設(shè)選擇電抗率為7%的LC無(wú)功補(bǔ)償，則額定補(bǔ)償電流即為■=72.2A;而在額定補(bǔ)償電流的情況下，電容器的工作點(diǎn)應(yīng)該在430.1V，以此可以設(shè)計(jì)出電容器在耐壓為480V的條件下容量為66.8kvar。因此在選型時(shí)，需補(bǔ)償50kvar無(wú)功容量的電抗率為7%的可抑制諧振的無(wú)功補(bǔ)償中的電容器為66.8kVar/480V。

 

    3.3 動(dòng)態(tài)過(guò)零投切

 

    在很多實(shí)際的無(wú)功補(bǔ)償現(xiàn)場(chǎng)，需要準(zhǔn)確地過(guò)零補(bǔ)償并且具有快速的響應(yīng)能力。目前的動(dòng)態(tài)過(guò)零補(bǔ)償大多是采用兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)方式組成，不過(guò)驅(qū)動(dòng)電路方面則各有不同，目前市場(chǎng)的產(chǎn)品大部分是采用光耦進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，但是光耦的響應(yīng)速度相對(duì)較慢而且驅(qū)動(dòng)電流比較有限，因此可以選擇脈沖變壓器對(duì)可控硅模塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這樣不僅保證了驅(qū)動(dòng)的過(guò)零可靠性，而且可以滿(mǎn)足可控硅的驅(qū)動(dòng)要求，使可控硅模塊實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確可靠的過(guò)零投切，投切響應(yīng)時(shí)間不超過(guò)半個(gè)周期(10ms)。

 

    4 模塊化的無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理

 

    江蘇斯菲爾電氣股份有限公司根據(jù)目前電力應(yīng)用中的典型諧波，充分考慮現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，研制開(kāi)發(fā)了動(dòng)態(tài)的無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理模塊化產(chǎn)品。

 

    通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和專(zhuān)業(yè)的散熱設(shè)計(jì)將濾波電抗器和電容器組合成模塊形式(如圖3所示)。模塊主要由濾波電抗器、濾波補(bǔ)償電容器、可控硅投切單元、刀熔開(kāi)關(guān)及熔芯、連接母排、導(dǎo)線、端子等元器件組成。由于模塊已經(jīng)完成連接與測(cè)試，只需放入柜體安裝即可。

 

    模塊采用標(biāo)準(zhǔn)化模塊，可自由按需拼裝，并根據(jù)容量具有單路模塊與雙路模塊，適用于多種型式的柜體;采用主母排結(jié)構(gòu)，安全可靠，連接方便;可根據(jù)需要進(jìn)行電抗系數(shù)的選擇，選型也非常方便，對(duì)內(nèi)部所有部件已經(jīng)進(jìn)行了降容等參數(shù)設(shè)計(jì)，只需選擇額定補(bǔ)償容量即可。

 

    在中國(guó)石化西北石油局S9氣站項(xiàng)目中，某一變壓器容量為800kVA的采油機(jī)場(chǎng)合，有比較豐富的5次7次諧波(基本不含3次諧波)，同時(shí)采油機(jī)在運(yùn)行中功率因數(shù)變化是非常大的，因此需要采用動(dòng)態(tài)可控硅投切以實(shí)現(xiàn)快速的無(wú)功補(bǔ)償，該工程選用了江蘇斯菲爾電氣股份有限公司的LBKT50×2-P5.5/400可控硅動(dòng)態(tài)投切模塊3套，實(shí)現(xiàn)了300kvar的動(dòng)態(tài)過(guò)零無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理功能。

 

    5 結(jié)束語(yǔ)

 

    本文介紹了低壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理的原理及對(duì)應(yīng)的電抗率的選取、電容器的降容問(wèn)題以及動(dòng)態(tài)過(guò)零投切問(wèn)題，并針對(duì)性地給出了應(yīng)用實(shí)例。

 

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