关于电容器与电网谐波的相互影响.docVIP

论述电容器与电网谐波的相互影响 水利水电学院 1043010984 姚舒 在工业企业配电系统中, 广泛装有用于无功补偿的并联电力电容器, 以期提高用户的功率因数, 减少电网电能损耗和提高配电变压器的利用率。然而, 理论分析表明, 当电网因接有谐波源设备而存在高次谐波时, 并联电容器与电网谐波间将相互影响, 给电网和用户造成严重危害。 电容器与电网谐波的相互影响包括: (1) 电网谐波危及电容器的安全运行, 如谐波电压引起电容器谐波过流等;(2) 电容器对电网谐波有一定放大作用, 使电压质量进一步下降, 危害电网其他电力用户的用电质量。对于低压用户而言, 谐波的影响表面上主要表现为配电变压器啸叫、电容器支路电器(如交流接触器、防冲击电抗器、电容器) 损坏, 由电网供电的无线电设备噪音增大等。 1.谐波对电容的影响 1.1并联电容器回路电能损耗加大 在变电站低压母线并联补偿电容器回路中，通常串联了电抗器。电容器的模型是电阻和电容的串联，电抗器是电阻和电感的串联。根据电容电路的有功损耗功率为： （1） （1）式中的I为电容器回路中总电流的有效值，包括回路中的各次谐波电流，其值为： （2） 式中为各次谐波电流。 从（1）（2）式中，可以看出，电容器回路中电流波形畸变越大，各次谐波电流含量越高，电能损耗就越大。 1.2 电容器组的谐波谐振 在并联补偿电容器回路中，对于基波电流，由于系统的感抗正常时远远小于容抗，因而不会发生谐振，但当含有谐波分量时，系统阻抗发生变化，在一定参数下就有可能发生谐振。当变电所靠近大的谐波源，并且电路中串联了电抗器时，可能发生串联谐振；当没有串联电抗器时，只可能发生并联谐振。 1.2.1 并联谐振 并联谐振是谐波电压谐振，并联谐振引起的过电压和过电流引起过负荷，将增大损耗，损坏设备，它的危害是很大的。谐振时，等效阻抗对谐波呈现极大的阻抗，公共连接点的谐波电压大幅度增大，电容器组支路的谐波电流大幅度增加。 1.2.2 串联谐振 串联谐振是串联电抗器与并联电容器组产生的谐振。其谐振频率为时发生串联谐振，此时电容器支路的阻抗很小，而电容器两端的电压可能很高，并流过全部谐波电流，因此串联系谐振是电流谐振。 1.3 缩短电容器的使用寿命 谐波对电容器使用寿命的影响，主要表现在三个方面：电容器局部放电性能的劣变，工作电压升高和电能损耗的加大。 1.3.1 电容器局部放电性能的劣变并联电容器的局部放电性能，通常用起始放电场强和局部放电熄灭场强两个参数来表征。当电容器的局部放电熄灭场强低于工作场强时，在操作过电压下发生的局部放电就可能在工作场强下不熄灭，而形成长时间的局部放电，最终使电容器损坏。当系统中存在谐波时，使电压波形发生畸变，电压波形呈现出不同程度的尖顶波，电压峰值增大，局部放电时间增长，加速电容器介质老化，从而缩短电容器的使用寿命。 1.3.2 电容器工作电压升高的影响研究表明，电容器的绝缘介质工作寿命与有机绝缘材料电老化的一般规律相符，即： (3) 式中：Z为绝缘介质的工作寿命；U为电容器的工作电压；为取决于介质材料与结构的指数，一般取7~9。 由（3)可知，当电压升高10%，电容器的寿命就要缩短1/2。当电网中有谐波存在时，工作电压的有效值U是各次谐波电压有效值的平方和根，如式（4）: (4) 谐波升高了电容器的工作电压，从而缩短了其使用寿命。 1.3.3 电能损耗的加大对电容器寿命的影响电能损耗的加大，导致电容器异常发热，升高了电容器的工作温度。由于电容器介质材料是高分子有机物，在电场和温度作用下，发生一系列的物理、化学变化，使材料逐步老化，直到完全失去介电能力。根据热老化理论，电容器的介质工作温度越高，其老化速度越快，使用寿命就越短。 2.电容器对电网谐波的影响 有串联电抗器的并联电容补偿装置在同一母线上，接具有非线性负荷形成的谐波电流源，是注入系统的n次谐波电流，是流过电容器的n次谐波电流。此时，谐波源的外阻抗为电力系统的感性阻抗与电容器容抗相并联的阻抗。 由于电容器组和系统参数共同作用，可能出现以下几种放大现象： （1）,即/1,电容器回路n次谐波电流放大； （2）,即/1,系统对n次谐波电流放大； （3）,,n次谐波电流既对电容器回路放大，又对系统放大，称为n次谐波电流的严重放大。 若接入系统的电力电容器为纯电容元件，即，则可得出谐波电流的分流算式为： （7） （8） 从式( 7) 和式( 8) 可以看出, 进入电容器回路的谐波电流和流入系统的谐波电流均大于谐波电流，这就是电容器对谐波电流的放大现象，较大的使电容器过载。最为严重的情况是当时，系统等值阻抗n和电容器组回路容抗构成谐振条件, 电路即发生了电流谐振，