3次諧波放大對(duì)電容器組不平衡保護(hù)影響的初探

前言：

由于我局下屬直供用戶的不斷增多，其負(fù)荷主要為鋼廠煉鋼，其整流裝置在燃弧間隔不均勻時(shí)，通常產(chǎn)生3次奇數(shù)倍諧波，加上實(shí)際中各站變壓器也是一個(gè)以3、5次諧波為主的諧波源，故在我局電網(wǎng)中3次諧波普遍存在。

一、測試背景：

某某變電站1、2號(hào)主變、10kV分段開關(guān)運(yùn)行，10kV鋼廠負(fù)荷已遷移，基本為零。10kV系統(tǒng)中存在一定的3次諧波分量①。

二、測試數(shù)據(jù)：

電容器組電流測量結(jié)果（均為單投測量）

（表一）

某某變1、2號(hào)電容器電容器的THDizui大分別為：10。21、5。13，3次諧波電流含有量分別為：20。44A、8。01A。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，串聯(lián)電抗率為6％的電容器組3次諧波電流含量遠(yuǎn)比12％的電容器組要大。

三、數(shù)據(jù)計(jì)算：

以上數(shù)據(jù)可以看出，在相同的測試背景下，3次諧波模值明顯是三相不平衡的，即至少有兩相模值明顯不相等。分別計(jì)算1、2號(hào)電容器在3次諧波電流作用下的零序電壓分量：

1號(hào)電容器組：

1、當(dāng)電容器各相電容量平衡，其每相電容器基波頻率的容抗為：

＝＝17。53Ω

2、3次諧波時(shí)的阻抗

3、當(dāng)流過電容器三相的電流分別為13。78A、20。44A、7。94A時(shí)，其在電容器上產(chǎn)生的相電壓：

假設(shè)A相電壓為參考②：

＝80。47∠0°V

＝119。37∠－120°V

＝46。37∠120°V

其零序分量為：

＝++＝（46。37∠120°+119。39∠－120°+80。47∠0°）

＝63。28∠87。75°V

2號(hào)電容器組：

1、當(dāng)電容器各相電容量平衡，其每相電容器基波頻率的容抗為：

＝＝20。6Ω

2、3次諧波時(shí)的阻抗

3、當(dāng)流過電容器三相的電流分別為8。01A、7。7A、3。42A時(shí)，其在電容器上產(chǎn)生的電壓：

假設(shè)A相電壓為參考：

＝55。03∠0°V

＝52。9∠－120°V

＝23。5∠120°V

其零序分量為：

＝++＝（23。5∠120°+52。9∠－120°+55。03∠0°）

＝30。52∠－56。53°V

在相同的測試背景下，1號(hào)電容器由于電抗率的不同，其在3次諧波電流作用下的零序電壓分量比2號(hào)電容器的要大

四、推論分析

在電容器組實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，電容器組不平衡電壓保護(hù)的開口三角由于零序分量的存在具有一定的電壓值。當(dāng)各諧波源分別注入電容器的諧波電流為一定時(shí)，由于實(shí)際上諧波分量相位、幅值的不確定性等因素，在3次諧波幅值經(jīng)疊加后差異較大并經(jīng)電抗率為6％的電容器放大后，從開口三角反映出的零序電壓（3U0）幅值也隨著變大，超過門坎值時(shí)，會(huì)造成保護(hù)動(dòng)作。導(dǎo)致電容器組不能正常投入運(yùn)行。

五、結(jié)論

通過上述測量分析，我們應(yīng)當(dāng)重視3次諧波對(duì)電容器的影響，在電容器補(bǔ)償裝置串聯(lián)電抗率的選擇上應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)諧波的實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇，以盡量避免可能發(fā)生的諧波放大問題，確保電容器組的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

1、電能質(zhì)量分析與控制肖湘寧主編中國電力出版社

2、電力系統(tǒng)諧波—基本原理、分析方法和濾波器設(shè)計(jì)（奧地利）GeorgeJ。Wakileh著機(jī)械工業(yè)出版社

3、電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波GB/T14549－93

4、并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范

5、3～110kV電力系統(tǒng)繼電保護(hù)整定規(guī)程

注解：①測試背景：某某變電站10kV鋼廠負(fù)荷已遷移，基本為零。

②低次諧波分量的相位角在實(shí)際當(dāng)中與基波分量的相位角相差不大，故取A相0°