采用電抗器治理諧波的效果分析

      摘 要：隨著電力電子裝置的廣泛應用，諧波問題已成為當今電網污染的首要因素。文章對變頻器產生的諧波影響及對電抗器的濾波效果進行計算分析。防止選用不當影響生產。

      關鍵詞：諧波治理；電抗器

      1、引言
      2005年5月，某變電所電氣設備的調試階段，發現變頻器驅動的電機在開機時即跳閘或運行幾分鐘就跳閘的釹障現象，電機不能正常帶負荷運行，經過現場的取樣分析，發現是變頻器產生的諧波引起的。

       2、諧波數據測試
       為了對變頻器產生的諧波進行充分分析，用FLUKE一41諧波測量儀(電壓精確度：0．5％+2；電流精確度：0．5％+3頻率精確度：士0．3Hz)對變頻器輸入側的電源波形進行測試。(測試電機容量220kW，運行頻率21.3Hz)。

       從表1中可以看出，3次、4次、5次、7次諧波均超過了GB／T14549—93標準范圍。

      3、諧波的抑制措施及效果分析為了抑制諧波，在變電所0．4kV母線上各安裝了一組容量為200kvar的電容器，由生產廠家提供成套無功補償裝置，其中配置了電抗率為5．5％的串聯電抗器，隨電容分六步投入，單步容量為50kvar，電容器組投入運行后，經過實測發現，母線電流總諧波畸變率最高達到24．1％，其中5次諧波的畸變率最高達到19．1％。為了檢驗串聯電抗器抑制諧波的效果，對現場采集的數據進行了分析，發現不投電容器時，變頻器運行臺數減少，母線總諧波電流畸變率降低，各次諧波電流畸變率也降低。電抗器運行臺數不變，投入電容后，功率因數提高了，各相電流有效值降低，各相電流諧波畸變率降低，母線電壓基本保持不變，但各次諧波的電流畸變率并沒有發生明顯變化。諧波電流仍然高于國標規定值。抑制諧波的效果不是很明顯。

      我國國家標準GB50227—95《并聯電容器裝置設計規范》規定：用于抑制諧波，當并聯電容器裝置接入電網處的背景諧波為5次及以上時，串聯電抗器宜取4．4％一6％，當并聯電容器裝置接人電網處的背景諧波為3次及以上時，串聯電抗器宜取12％，亦可采用4．4％一6％和12％兩種電抗器。根據設計規范，現選用的電抗器為5．5％，似乎也在選用范圍內，但抑制諧波效果不明顯。

      4、對電抗率的選擇分析
      4．1該變電所內系統及元件的參數

      由計算知，200kvar的電容器組配置電抗率為5．5％的串聯電抗器不會發生發生3次、5次、7次諧波并聯諧振或接近于諧振。

      4．3限制涌流計算分析
      電抗率選擇5．5％時，按照現場實際coscp從0．87調整到0．97，電容器投入3步(50+S0+25)kvar，即125kvar計算：

       式中：Q一電容器組的總容量；Qo一正在投入的電容器組的總容量；根據GB50227—95(5．5．3條)：并聯電容器裝置的合閘涌流限值宜取電容器組額定電流的20倍。由計算可知，200kvar的電容器配置電抗率為5．5％的串聯電抗器，在任意一步電容器投入時，涌流都能得到有效限制。

      4．4運行電壓升分析

      式中：Uc一電容器端子運行電壓(kV)；Us一并聯電容器裝置的母線電壓；s_電容器組每相的串聯段數。投入電容后，電容器端子運行電壓小于電容器接人處的母線電壓，所以電容器投入運行后，不會引起母線電壓升高。

     4．5諧波電壓放大率分析

     sd為電容器裝置接入處母線的短路容量；QcN為電容器裝置容量，計算數據見表3：

      5、結 論
      (1)從計算結果可以看出，選擇5．5％的串聯電抗器對3次諧波電壓的放大率FvN為1．19；對4次諧波電壓放大率FvN為4．66．200kvar的電容器配置電抗率為5．5％的串聯電抗器，產生了3次、4次諧波的放大。因此可以判斷在如此諧波背景下，200kvar的電容器配置電抗率為5．5％的串聯電抗器是不恰當的．

      (2)現用電抗器是隨電容的投入而投入，在該變電所，電容投入三步后功率因數就迭到了0．97，相應的電抗器也只投入了三組，另外三組并沒有投入運行。為了解決以上問題，應在電源與變頻器輸入側之間增加一組12％的交流電抗器，可使整流阻抗增大來有效抑制高次諧波電流，減少電源浪涌對變頻器的沖擊，改善三相電源的不平衡性，提高輸入電源的功率因數，這樣母線電流的波形畸變可降低30％--50％．