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無(wú)源濾波器與并聯(lián)電容器的應(yīng)用
1諧振
諧波與并聯(lián)電容器在低壓電網(wǎng)中并存時(shí)，怕的就是引發(fā)串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振。
1.1串聯(lián)諧振
若諧波來(lái)自電源系統(tǒng)，則變壓器的電抗和低壓并聯(lián)電容器的電容在一定的參數(shù)下配合，就能引發(fā)串聯(lián)諧振，文獻(xiàn)[1]有數(shù)字實(shí)例，一臺(tái)Uk為6%的1000kVA變壓器，在低壓母線上接有160kVar的并聯(lián)電容器，結(jié)果引發(fā)了11次諧波的諧振，使電容器中的11次諧波電流達(dá)17，電容器中的基波電流只有233A，總有效電流Iceff為313A，過(guò)載1.35倍，已超過(guò)允許值1.30倍。負(fù)載母線上11次諧波電壓畸變系數(shù)達(dá)6.9%，也已超過(guò)允許值，而低壓電源(含變壓器阻抗ZT在內(nèi))母線上的畸變率只有1.5%。
1.2并聯(lián)諧振
若諧波源來(lái)自低壓側(cè)的非線性負(fù)荷，例如變頻器，則變壓器的電抗(加上電源系統(tǒng)的少量電抗)和低壓側(cè)的電容可構(gòu)成并聯(lián)諧振，文獻(xiàn)[1]也有數(shù)字實(shí)例，低壓側(cè)接有300kvA的驅(qū)動(dòng)裝置，其它如變壓器和電容器參數(shù)同，1.1節(jié)串聯(lián)諧振中的實(shí)例，結(jié)果引發(fā)11次諧波的并聯(lián)諧振，使電容器中11次諧波電流達(dá)到212A，已大于電容器中基波的90%，總有效電流達(dá)334A，過(guò)載1.45倍，也超過(guò)允許值1.30倍，其實(shí)負(fù)載的11次諧波電流才39A，又11次諧波電壓的畸變率已達(dá)8.3%，大大超過(guò)允許值。
2避免諧振的措施
措施之一為改變網(wǎng)絡(luò)元件的電抗電容量值，然而，它的可能性不大，特別當(dāng)電容器組是自動(dòng)控制的場(chǎng)合，將有許多諧振條件都要考慮。同時(shí)要注意，即使系統(tǒng)參數(shù)只是接近諧振頻率也能使電容器組過(guò)電流和電壓畸變率超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。
常用的方法是與電容器串聯(lián)一個(gè)電抗器，調(diào)諧的諧振頻率低于網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的低次諧波的頻率，這樣，無(wú)論是串聯(lián)諧振還是并聯(lián)諧振就不會(huì)發(fā)生。
現(xiàn)代的工業(yè)和建筑物電網(wǎng)中*沒(méi)有諧波電壓和電流是不可能的，那么是否凡并聯(lián)電容器都要串電抗器呢？那也不一定，如果需要串，電抗值取多少呢？下面著重討論1000V以下低壓電網(wǎng)情況。
2.1并聯(lián)電容器組(不串電抗器)[1]
當(dāng)不存在諧振條件即電網(wǎng)的電抗值和并聯(lián)電容器的電容值所構(gòu)成的諧振頻率比較高而負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流和母線的諧波電壓又很低時(shí)，此時(shí)，不需要考慮降低諧波值，但是IEC標(biāo)準(zhǔn)[1]并未給出劃分界線的具體數(shù)據(jù)。筆者認(rèn)為，諧波次數(shù)≥17就可以不考慮，即諧振頻率≥17次諧波。15次諧波是3的整數(shù)倍，一般只存在于單相220V的設(shè)備中，這樣只考慮到了13次就可以了。什么場(chǎng)合一定要串聯(lián)電抗，GB[3]對(duì)此問(wèn)題沒(méi)有提及，廠家[4]在樣本中規(guī)定的條件為GN/SN＜15%，GN為產(chǎn)生諧波設(shè)備的現(xiàn)在功率。SN為變壓器視在功率。筆者認(rèn)為產(chǎn)生諧波的設(shè)備類型有幾種，發(fā)射諧波電流的大小也不同，還與一些外部條件的變動(dòng)有關(guān)。因此，規(guī)定GN/SN＜15%似乎并不明確說(shuō)明什么問(wèn)題，還不如IEC標(biāo)準(zhǔn)[1]的條件，至少概念上是明確的。
2.2失諧濾波器(detunedfilter)
按照文獻(xiàn)[1]的定義，失諧濾波器是一種濾波器，它的調(diào)諧頻率比有相當(dāng)大(considerable)，電壓(電流)副值的低次諧波頻率還要小過(guò)10%多。
以5次諧波為例，其頻率為250Hz，小過(guò)10%即為225Hz，因此失諧濾波器中的電抗值與電容量之比應(yīng)大于4%/0.81即＞5%。
樣本[4]的失諧濾波器調(diào)諧在215Hz上，它是250Hz的85%，符合文獻(xiàn)[1]定義的要求，其相對(duì)電抗值為5.5%＞5%。
2.3調(diào)諧濾波器(tunedfilter)
按照文獻(xiàn)[1]的定義調(diào)諧濾波器是一種濾波器，它的調(diào)諧頻率偏離于被過(guò)濾的頻率不得大于10%。因此對(duì)5次諧波而言，它的相對(duì)電抗值(或電抗率)X%應(yīng)為4%＜X%＜5%。
2.4并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定[3]
該規(guī)范中5.5.2.2規(guī)定“用于抑制諧波，當(dāng)并聯(lián)電容器裝置接入電網(wǎng)處的背景諧波為5次及以上時(shí)，電抗率宜取“4.5%~6%”?？梢?jiàn)文獻(xiàn)[3]并沒(méi)有區(qū)分失諧濾波器和調(diào)諧濾波器。其實(shí)，對(duì)補(bǔ)償用并聯(lián)電容器而言，調(diào)諧和失諧濾波器對(duì)基波都是容性電抗，都有無(wú)功補(bǔ)償能力，只是大小程度不一樣，調(diào)諧濾波器的無(wú)功補(bǔ)償能力強(qiáng)。調(diào)諧或失諧的區(qū)分，是對(duì)的諧波次數(shù)進(jìn)行濾波而言的。兩者都有濾波器(抑制諧波)的能力，只是調(diào)諧濾波器的濾波能力更加強(qiáng)。
對(duì)于GB這一條的術(shù)語(yǔ)“抑制諧波”似乎應(yīng)是調(diào)諧濾波器，因而電抗率取4.5%~6%，IEC的要求為4%
3以上3種裝置應(yīng)用中的注意點(diǎn)
并聯(lián)電容器、失諧濾波器、調(diào)諧濾波器這三種裝置在應(yīng)用中的注意點(diǎn)如下。
3.1并聯(lián)電容器
通常對(duì)一臺(tái)配電變壓器而言，并聯(lián)電容器可以分散多級(jí)配置，已經(jīng)安裝好投入運(yùn)行后，如果情況變化再來(lái)考慮避免諧振的問(wèn)題，就會(huì)非常困難，即使只在一處裝有補(bǔ)償并聯(lián)電容器，也不能串聯(lián)電抗器就完事，因這將使電容器過(guò)流和過(guò)電壓。因此在確定選用那種裝置時(shí)，不但要分析網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的諧波情況，還要考慮到將來(lái)情況的變化。