并聯(lián)電容器諧振特性分析

并聯(lián)電容器諧振的基本原理

  并聯(lián)電容器是目前國內(nèi)采用普遍的無功補(bǔ)償設(shè)施,它是為了減少線路上因大量無功傳輸而引起的電能損失,解決地區(qū)無功電源容量不足,提高功率因數(shù),保證電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要措施。但是,隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用,用電負(fù)荷的結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大的變化,大量的非線性負(fù)荷特別是電弧爐、電氣化鐵路、晶閘管調(diào)壓及變頻調(diào)整裝置的運(yùn)行,由于其非線性、沖擊性以及不平衡性的用電特性,向電力系統(tǒng)注入大量諧波電流,電網(wǎng)的電壓波形發(fā)生畸變,嚴(yán)重地影響了電能質(zhì)量。

當(dāng)一個諧波源在諧波頻率下,激勵一個感抗與容抗大小近似相等的電路,則該電路就會發(fā)生諧波諧振。電容器的諧波容抗和系統(tǒng)諧波感抗的配合,將造成注入諧波的并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振及諧波的成倍放大,使并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置中的電容器和串聯(lián)電抗器產(chǎn)生諧波過電流、過電壓和過負(fù)荷,致使電容器異常發(fā)熱,并使電容器的局部放電性能下降,加速絕緣介質(zhì)的老化,經(jīng)過一段時間的積累,促使電容器和串聯(lián)電抗器的損壞。同時使系統(tǒng)諧波水平升高,影響電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。故需要弄清并聯(lián)電容器諧波諧振的原理,找到切實(shí)解決這一問題的方法。

諧波電流產(chǎn)生于可控硅、電弧爐、點(diǎn)焊機(jī)等非線性用電設(shè)備即諧波源并通過供電網(wǎng)絡(luò)流向系統(tǒng)。對配置電容補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng),諧波電流可通過系統(tǒng)及電容支路構(gòu)成回路，如圖所示。

  諧波對電容補(bǔ)償裝置的危害

  并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置連接于系統(tǒng),其基波電流、電壓無功決定系統(tǒng)的電壓基波。當(dāng)系統(tǒng)電壓為額定值時,其基波電流、電壓、無功均為額定值。當(dāng)諧波注入時,便造成電容器的諧波過電流、過電壓和過負(fù)荷,引發(fā)電容器局部放電強(qiáng)度增大,絕緣電老化,溫度升高而過熱,縮短電容器組壽命和引發(fā)電容器極板的機(jī)械諧振等,從而導(dǎo)致電容器組損壞。因此,諧波對電容器的損害主要表現(xiàn)在絕緣效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)個方面。

  機(jī)械振動效應(yīng)

  在安裝架上的電容器,其外殼與接線在交流電壓作用下往往產(chǎn)生共振,有時還發(fā)出響聲。而電容器內(nèi)部的極板在諧振電壓作用下,會引起極板彈性振動,諧波電壓一旦引起電容器極板的機(jī)械諧振,就要影響電容器介質(zhì)的使用壽命。據(jù)某變電所運(yùn)行人員介紹,安裝于該所的電容器組平時聲音很小,但當(dāng)由該所出線的冶煉廠生產(chǎn)時,電容器組聲音就很大,這就是諧波源對電容器組的機(jī)械效應(yīng)引起。所以,電網(wǎng)中的電容器補(bǔ)償裝置受諧波的危害和威脅是十分嚴(yán)重的。由于諧波并聯(lián)電容器諧振特性分析的過電壓影響,使電容器的局部放電性能下降,同時由于諧波過電流和過負(fù)荷,致使電容器異常發(fā)熱,從而加速電容器絕緣介質(zhì)老化,縮短電容器的使用壽命。因此,在實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行過程中,必須嚴(yán)格限制電網(wǎng)諧波的畸變率,以及電容器的過電流和過電壓。