电网谐波对并联电容器组的危害及抑制措施

来源:谷子防爆 发布时间:2020-10-17
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工业、企业用电设备中,由于存在大量的非线性负荷,导致电网电压电流都含有程度不等的谐波分量。并联电容器组在电力系统无功补偿环节起着保证电压质量的重要作用。但实际运行中,电容器经常会出现熔断器发热、绝缘下降、电容值变化等故障。分析其原因,谐波危害占很大的比例。本文通过分析谐波对电容器组的危害原因,提出了采用有源串联滤波器限制谐波的方法。此装置滤波电感小、尺寸小、重量轻、良好的滤波特性和电磁干扰小等优点,未来发展具有广阔前景。

工业、企业用电设备中,由于存在大量的非线性负荷,导致电网中电压电流都含有程度不等的谐波分量。实际运行中,电容器经常会出现熔断器发热、绝缘下降、电容值变化等故障。分析其原因,谐波危害占很大的比例。

1. 谐波对电容器组的危害

A.谐波电流导致电容器发热

当电容器组投入运行时,其端电压主要存在3、5、7次谐波,其有效值如下:


其中 从(1)~(3)公式可以看出,当电网存在谐波时,电流的有效值比电压的有效值增长要快,高次谐波更明显。谐波电流的增长使电容器组的损耗功率增加,而框架式电容器组的介质聚丙烯,其电阻具有负的温度系数,即温度的上升电阻将变小,这又会使电流进一步增大,损耗亦增大,最终导致电容器组异常发热、介质材料老化、电容值变化,甚至发生事故。

B.谐波电压导致介质局放

由于3次、5次、7次谐波的叠加,电网中的电压波形呈尖顶状。在尖顶状电压波的作用下,每个周波的局部放电能量显著增加。而固体介质中的树枝长度,即细沟状的放电通路与每周波***放电电荷量密切相关。每周波放电电荷量越大,树枝长度越长,越易诱发局部放电。这样,使介质的绝缘下降,缩短了并联电容器组的寿命。

2. 限制电网谐波的方法

A.有源串联滤波器结构及原理

目前电网主要采用并联电容器组串联一定电抗率及容量的电抗器组成串联谐振回路来抑制谐波。串联电抗器不仅可以抑制电网谐波,还可以限制一定程度的合闸涌流。但其也有不足之处:

可能发生串、并联谐振,导致过电压、过电流

损坏电容器和电抗器;由于负荷的可变性,不易实时监控电网谐波,及时抑制;串联电抗器抬高了电容器端电压,而电容器组能承受1.1倍的长期工频过电压;串联电抗器抵消了一部分电容器无功补偿的能力,对提高功率因数是不利的。

上面所述发生串、并联谐振对电网的运行***,也最严重。针对串联电抗器的不足,文献[4]提出了有源串联电力滤波器在电网中的应用,此装置包括电力变换器、串联的电感和电容、高频纹波过滤器。如图1所示,当电网中含有谐波分量时,电力变换器将补偿电压转换成补偿电流,补偿电流通过串联的电感和电容流入电网以抵消谐波电流成分。电感的作用是过滤电力变换器的开关纹波,电容则是提供稳定的无功功率。高频纹波过滤器由一系列电容和电抗组成,用来进一步过滤电力变换器的开关纹波。

文章来源:https://www.goodfb.cn/news/zhishi/13680.html