電網(wǎng)諧波對(duì)電容器的影響

王銘君

摘要：當(dāng)前，隨著我國(guó)電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用和不斷發(fā)展，其中的用電負(fù)荷結(jié)構(gòu)在一定程度上也發(fā)生了相應(yīng)的改變，大量的非線性負(fù)荷同時(shí)也成為了電網(wǎng)中的主要諧波源。為保障電容器的正常運(yùn)行、提高系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，人們需加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)諧波的研究，以在處理好諧波與電容器關(guān)系的前提下促進(jìn)的進(jìn)一步生產(chǎn)。本文主要對(duì)電網(wǎng)諧波對(duì)電容器的影響進(jìn)行了一定的分析與探討。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)諧波；電容器；影響

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和人民生活水平的提高，全社會(huì)的用電量急劇增長(zhǎng)，受電端對(duì)電能質(zhì)量的要求也是越來(lái)越高。配電網(wǎng)由于直接向用戶供電，因此降損以及運(yùn)行十分重要。目前，大功率變流裝置、晶閘管控制裝置、各種大功率非線性負(fù)荷廣泛應(yīng)用，注入電網(wǎng)的諧波分量也日益增多。這些諧波在配電網(wǎng)中傳播，可以引起系統(tǒng)中電壓電流的畸變，增加網(wǎng)絡(luò)損耗，影響設(shè)備的正常運(yùn)行等一系列問(wèn)題。

一、電網(wǎng)諧波的影響

（一）對(duì)設(shè)備的危害

（1）增加輸電線路、變壓器和電容器的損耗，使設(shè)備的溫度過(guò)熱，降低設(shè)備的利用率和經(jīng)濟(jì)效益。（2）影響繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的工作可靠性：特別對(duì)于電磁式繼電器來(lái)說(shuō)，諧波常會(huì)引起繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)，使其動(dòng)作失去選擇性，可靠性降低，容易造成系統(tǒng)事故，嚴(yán)重威脅系統(tǒng)的安全運(yùn)行。（3）對(duì)通訊系統(tǒng)工作產(chǎn)生干擾：線路上流過(guò)的幅值較大的奇次低頻諧波電流通過(guò)磁場(chǎng)耦合時(shí)，會(huì)在鄰近線的通信線路中產(chǎn)生干擾電壓，干擾通信系統(tǒng)的工作，影響通信線路通話的清晰度，甚至在極端的情況下，還會(huì)威脅著通信設(shè)備和人員的安全。（4）對(duì)用電設(shè)備的影響：諧波會(huì)使電視機(jī)、計(jì)算機(jī)的圖形畸變，畫(huà)面亮度發(fā)生波動(dòng)變化，并使機(jī)內(nèi)的元件溫度出現(xiàn)過(guò)熱，使計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤，嚴(yán)重甚至損害機(jī)器。

（二）對(duì)電容器的影響

1.減少電容器的使用壽命

通常情況下，電容器的局部放電性能是由起始放電場(chǎng)強(qiáng)和局部放電熄滅場(chǎng)強(qiáng)兩個(gè)不同的參數(shù)來(lái)表示的，當(dāng)該系統(tǒng)中存在諧波時(shí)，其便會(huì)使電壓波形發(fā)生畸變現(xiàn)象，該波形也會(huì)呈現(xiàn)出不同程度的尖頂波，此時(shí)電壓的峰值便會(huì)增大，而局部的放電時(shí)間也會(huì)增長(zhǎng)，如此便會(huì)在一定程度上加速變?nèi)萜鹘橘|(zhì)的老化，從而影響到變?nèi)萜鞯氖褂脡勖?/p>

2.導(dǎo)致電容器及整個(gè)系統(tǒng)故障

電容器投入運(yùn)行時(shí)諧波電流和電壓畸形更為嚴(yán)重，且高于電容器切除運(yùn)行時(shí)的情況，以此充分說(shuō)明了單純的電容器補(bǔ)償裝置對(duì)諧波有放大效果，若發(fā)生諧振則等會(huì)有嚴(yán)重災(zāi)害發(fā)生。電容補(bǔ)償裝置的揉入會(huì)使電流畸形惡化，且大量諧波電流流入電容器使以因非線形負(fù)荷在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生諧波電流，并經(jīng)電容器和系統(tǒng)電抗阻成的類(lèi)似LC的抗震電路，將諧波電流放大流入電容器中，極易造成電容器過(guò)電流故障，且有諧波存在的系統(tǒng)中，當(dāng)容性和感性共同存在，則極易使容性電容器和感性系統(tǒng)在諧波頻率下發(fā)生串聯(lián)和并聯(lián)的諧振，方法諧波，增強(qiáng)諧波對(duì)補(bǔ)償裝置的影響，嚴(yán)重時(shí)影響整個(gè)系統(tǒng)。

二、治理對(duì)策

（一）濾波補(bǔ)償方法

（1）補(bǔ)償系統(tǒng)接入整流變壓器的低壓二次繞組側(cè)；（2）補(bǔ)償系統(tǒng)能動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償負(fù)載無(wú)功功率的變化；（3）諧波電流平均吸收率達(dá)到70%以上，相應(yīng)次的諧波電壓均滿足國(guó)標(biāo)GB/T14549 - 93要求；（4）補(bǔ)償?shù)钠骄β室驍?shù)≥0.95；（5）補(bǔ)償過(guò)程中電網(wǎng)電壓波動(dòng)滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；（6）補(bǔ)償系統(tǒng)具有以下安全運(yùn)行措施：系統(tǒng)：過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、低電壓保護(hù)、接地保護(hù)；電容器：過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)及缺相保護(hù)；電感（電抗）：過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)；（7）補(bǔ)償裝置系統(tǒng)總功率損耗：P損小于2%Q總（Q總為補(bǔ)償總量）；（8）系統(tǒng)不產(chǎn)生無(wú)線電（射頻）電磁干擾。

（二）電容器補(bǔ)償位置和容量范圍的確定

電容器作為配電網(wǎng)調(diào)節(jié)電壓水平的重要元件，電容器補(bǔ)償位置和容量范圍確定具有重要意義。本文采用有功網(wǎng)損對(duì)無(wú)功的靈敏度，選擇靈敏度較大的幾個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償，從而減小搜索空間。對(duì)容量的確定，過(guò)去一般是按照輕負(fù)荷和重負(fù)荷時(shí)補(bǔ)償容量來(lái)確定，這種方法較粗略，容易出現(xiàn)無(wú)功過(guò)剩的情況，造成資源的浪費(fèi)，甚至造成電壓不合格。本文從無(wú)功就地平衡和抑制諧波兩方面來(lái)確定電容器的補(bǔ)償容量范圍以及分組。

1.無(wú)功功率就地平衡

為了使系統(tǒng)有穩(wěn)定和滿意的電壓水平，系統(tǒng)要有必要的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。無(wú)功功率不宜長(zhǎng)距離傳送，負(fù)荷所需的無(wú)功功率應(yīng)該盡力就地供應(yīng)，力求實(shí)現(xiàn)在額定電壓下的系統(tǒng)無(wú)功功率平衡，并根據(jù)這個(gè)要求裝設(shè)必要的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)較多，不可能在每個(gè)節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行補(bǔ)償，在適當(dāng)?shù)奈恢门渲靡欢康碾娙萜?，目的在于使其滿足附近的無(wú)功需求，一般認(rèn)為，電容投放點(diǎn)的容量要滿足本節(jié)點(diǎn)以及下游節(jié)點(diǎn)的無(wú)功需求，由此思想可以確定電容器的最小補(bǔ)償容量。

2.電容器補(bǔ)償容量范圍的確定

由無(wú)功就地平衡、電容器臨界補(bǔ)償容量和輕負(fù)荷時(shí)的補(bǔ)償容量三個(gè)原則計(jì)算出的三個(gè)最小值Q1，Q2和Q3，取三者的最大值作為最小補(bǔ)償容量。最大補(bǔ)償容量取系統(tǒng)重負(fù)荷時(shí)的補(bǔ)償容量。輕負(fù)荷是標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷的0.8倍，重負(fù)荷取標(biāo)準(zhǔn)容量的1.2倍。 綜上所述，在系統(tǒng)的運(yùn)行中，電網(wǎng)諧波對(duì)電容器的運(yùn)行具有非常重要的影響。因此，在實(shí)際的作業(yè)過(guò)程中，人們應(yīng)加強(qiáng)對(duì)諧波與電容器之間影響問(wèn)題的研究。對(duì)于電容器來(lái)說(shuō)，其主要是無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹匾?，而諧波在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代下已逐漸成為一大污染源，因此為了有效地保障電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，人們需加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)諧波的重視與研究，以在了解電網(wǎng)諧波產(chǎn)生背景的前提下采取有效地解決措施，以處理好諧波與電容器之間的矛盾關(guān)系，從而為行業(yè)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭航，張輝，肖曦，支娜，李寧.微電網(wǎng)中并聯(lián)逆變器與電網(wǎng)的諧波交互分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2016，40（08）：2518-2524.

[2]何正友.分布式新能源接入電網(wǎng)的諧波熱點(diǎn)問(wèn)題探討[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2016，10（03）：47-52+5.

[3]沈永波，年珩.不平衡及諧波電網(wǎng)下基于靜止坐標(biāo)系的并網(wǎng)逆變器直接功率控制[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2016，31（04）：114-122+146.