抑制杨柳变电站电容器谐波放大的措施

作者：覃寿顺　黄国屏　来源：不详　时间：2006-9-22

摘要　分析了杨柳变电站电力电容器组产生3次谐波放大的根本原因。用改变电容器串联电抗器参数的方法抑制谐波放大，使该站4组电力电容器恢复了正常运行。结果表明：用改变串联电抗器参数的方法可有效抑制谐波放大。 　　关键词　抑制　电容器　谐波 　　 1　引言 1994年9月2日杨柳变220 kV变电站10 kV C1，C2，C3，C4电容器组投运后，该站10 kV Ⅱ段母线电压发生畸变，致使杨柳变电站1号、2号主变压器经常发出10 kV侧负序闭锁信号，并曾引起4组电容器过流保护同时跳闸(过流定值为1.5倍额定电流)，每组电容器实际运行电流达366 A左右，约比额定电流315 A增大51 A。因此，4组电容器仅能投人2组，即每段母线仅能投运1组电容器。为了查清原因，我们于1994年9月23日对该站10 kV母线进行谐 波测量，测量结果见表1、表2。从表中结果看出，电容器3次谐波电流异常偏大，这就是杨柳变电站10 kV母线电压畸变的主要原因。 表1　杨柳变电站母线电压谐波测量结果 方式 母线 相别 基波电压 /kV 谐波电压含有率 及总畸变率/% 3次 5次 总畸变率 不 投 入 电 容 器 Ⅰ段 A 5.6 0.9 0.8 1.3 　 B 5.8 0.3 0.3 0.7 　 C 5.8 0.3 0.3 0.7 Ⅱ段 A 5.6 1.3 0.9 1.6 　 B 5.8 0.9 0.6 1.2 　 C 5.8 0.5 0.6 0.8 投 入 4 组 电 容 器 Ⅰ段 A 5.9 4.6 0.2 4.6 　 B 6.0 3.6 0.2 3.6 　 C 6.1 2.0 0.1 2.0 Ⅱ段 A 6.0 7.2 0.3 7.2 　 B 6.1 8.5 0.2 8.5 　 C 6.1 1.9 0.2 1.9 表2　杨柳变4组电容器投入后谐波电流测量结果 电容器 相别 基波电流 /A 谐波电流含有率 及总畸变率/% 3次 5次 总畸变率 Ⅰ段 A 341.4 42.5 2.0 43.8 　 B 342.7 22.3 1.3 22.4 　 C 342.2 12.1 1.5 12.3 Ⅱ段 A 348.9 43.9 3.0 44.0 　 B 337.3 53.5 1.3 53.3 　 C 349.0 11.5 2.4 11.8 2　电容器组谐波放大原因分析 　　在电力网内，对于任何一个用电设备而言，可以近似地把电力网看成一个理想电压源，同时可以把用电设备变成等效电路。图1为柳杨变10 kV Ⅰ段母线结线方式简图(Ⅱ段结线方式与Ⅰ段相同)。有关设备参数见下。 图1　杨柳变电站10 kV I段母线结线方式 　　空芯干式限流电抗器：IN=1 000 A；实测电抗X′L=0.367 Ω。 油浸式半串联电抗器：额定电流IN=315 A；额定电抗XL=1.24 Ω。 电力电容器：额定电流IN=315 A；实测容抗Xc=19.8 Ω。 我们把杨柳变电站10 kV Ⅰ段母线电容器和电抗器电路化成等效电路，见图2所示，其中空心限流电抗器可看成是由电阻R′L和电感X′L串联而成；油浸串联电抗器可看成是由电阻RL和电感XL串联组成；“n”表示n次谐波。 图2　电容器和电抗器串联的等效电路 　　根据电路原理，将图2简化成图3，由等值电路得： XLn=nX′L+nXL/2 (1) Xcn=Xc/2n (2) 式中　XLn——回路等效感抗； XcnN——回路等效容抗。 图3　简化的电容器和电抗器串联等效电路 　　将杨柳变电站10 kV母线有关参数代入(1)、(2)式得各次谐波的等效电抗和等效容抗值，见表3。 表3　回路等效容抗、感抗　　　Ω 谐波 次数 回路等 效容抗 回路等 效感抗 1 9.90 0.98 3 3.30 2.96 5 1.98 4.94 7 1.41 6.91 表3的计算结果表明：3次谐波等效容抗值与感抗值接近，基本构成回路串联谐振条件，在一定的外界条件影响下会产生3次谐波串联谐振，使3次谐波电流被放大。放大后的谐波电流在阻抗元件上产生相应的谐波电压放大，引起该站10 kV母线电压畸变率超过国标限值近一倍。 3　抑制3次谐波电流放大的方法 　　该站电容器对3次谐波电流明显放大的原因是：电容器回路3次谐波感抗值与容抗值接近，构成串联谐振，故只要改变回路参数，使谐振点偏移，就能抑制谐波的放大。经过计算、分析、比较，我们决定取消C1或C2(C3或C4)的串联电抗器，以达到抑制该站谐波放大的目的。图4为改变参数后的电路简图，表4为各支路的谐波阻抗值。 图4　改变参数后的电路简图 表4　n次谐波等效阻抗　　Ω 谐波 次数 限流电 抗器 C1 支路 C3 支路 C1与 C3并联 1 0.37 19.80 18.56 9.58 3 1.11 3.60 2.88 2.01 5 1.85 3.90 -2.30 -5.15 注：C1电抗器短接 　　表4计算结果表明：取消C1电抗器后，单投C1或C3，或者C1，C3同时投入，电路参数偏离3次、5次谐波的谐振点，避免了3次、5次谐波的放大。为此我们作了短接该站C1电抗器的现场试验，其试验结果如表5、表6。因其它高次谐波含量比3次谐波小得多，故未列出。 表5　C1电抗器短接前后谐波电压比较 相别 未短接电抗器 短接电抗器 基波电 压/kV 3次谐波所 占比例/% 基波电压 /kV 3次谐波 所占比例/% A 6.3 6.0 6.2 2.0 B 6.3 4.2 6.2 2.1 C 6.3 1.9 6.2 0.9 表6　C1电抗器短接前后谐波电流比较 相别 未短接电抗器 短接电抗器 基波电 流/A 3次谐波所 占比例/% 基波电 流/A 3次谐波 所占比例/% A 343 43.3 312 10.3 C 342 12.7 310 2.5 表中数据证明：高次谐波含量在短接C1电抗器后得到了有效的抑制。4　结　论 　　杨柳变电站10 kV Ⅰ段母线高次谐波含量在短接C1电抗器后得到了有效地抑制。不论单投C1或C3，或者C1、C3同时投入，谐波含量经测试证明未超过国标限值。此运行方式从1995年9月13日开始实施，至今未发生任何异常现象。说明用改变电容器串联电抗器参数的方法，可有效地抑制和改善电容器对高次谐波的放大作用。 作者单位：柳州供电局，广西柳州　545005 参考文献 ［1］　俞大光.电工基础［M］.北京：人民教育出版社，1981. ［2］　卢景文.减少电网谐波污染的研究与实施［J］.广西电力技术，1996(2).