劉佳　田莉莉　董學(xué)芹　國(guó)網(wǎng)山東省電力公司東平縣供電公司　山東泰安　271500

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淺析混合串聯(lián)電抗器在抑制變壓器三角形側(cè)不平衡三次諧波的應(yīng)用

劉佳田莉莉董學(xué)芹國(guó)網(wǎng)山東省電力公司東平縣供電公司山東泰安271500

【文章摘要】

混合串聯(lián)電抗器是組成并聯(lián)電容器的一個(gè)不可或缺的重要裝置，其在抑制諧波電流等方面具有重要作用。三次諧波容易導(dǎo)致設(shè)備的損壞，影響整個(gè)供電系統(tǒng)的運(yùn)行。本文主要分析了當(dāng)前混合串聯(lián)電抗器在抑制變壓器三角形側(cè)不平衡三次諧波中的具體應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】

串聯(lián)電抗器；三次諧波；應(yīng)用

0　前言

近些年來(lái)，電子技術(shù)的發(fā)展及社會(huì)生活對(duì)于電力需求的不斷提高，使得越來(lái)越多的非線性負(fù)載裝置被應(yīng)用于供電系統(tǒng)中，比如常見的有電壓較低容量較小的家用電器、變壓器以及交流電和直流電的變換裝置等。這些非線性負(fù)載裝置雖然為供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)了一些便利，但是在實(shí)際使用過(guò)程中，其裝置的特殊性，很容易使電流或者電壓的波形變得畸形，從而帶來(lái)諧波污染的問(wèn)題?；旌洗?lián)電抗器是并聯(lián)電容器的一個(gè)重要組成部分，在供電系統(tǒng)占據(jù)重要地位，對(duì)有效抑制諧波及涌流問(wèn)題的出現(xiàn)具有重要作用。但是在實(shí)際使用過(guò)程中，要避免它任意與電容器組進(jìn)行組合，而要充分考慮到其所處的諧波背景進(jìn)行選擇。

1　三次諧波放大原理分析

由于和應(yīng)涌流借助變壓器中鐵芯的濃度和飽和度來(lái)起作用的產(chǎn)生機(jī)理，使得在產(chǎn)生的涌流中往往會(huì)包含很多頻次較高的諧波，而三次諧波又是其中較為常見的高頻次諧波。同時(shí)由于鐵芯在變壓器處于高投的狀態(tài)下時(shí)，其飽和度容易出現(xiàn)不穩(wěn)定或不對(duì)稱的情況，再加上其初始剩磁的指標(biāo)也會(huì)發(fā)生變化，從而使得變壓器三角形側(cè)的涌流中包含的三次諧波變得不平衡，從而容易造成三次諧波中的正負(fù)序分量由三角形繞組中流出，轉(zhuǎn)而流入到電容器或者負(fù)荷中。在當(dāng)前供電系統(tǒng)中，很多變電站為了抑制三次或五次諧波，廣泛采用5%到6%的串聯(lián)電抗器，但是隨著用電負(fù)荷的不斷加大，三次諧波源的數(shù)量也在不斷上升，在這一背景下5%到6%的串聯(lián)電抗器將會(huì)在很大程度上放大三次諧波。這些情況下產(chǎn)生的三次諧波在很多時(shí)候都可能是三相完全不對(duì)稱的電流或電壓，從而使得電流或者電壓過(guò)大，產(chǎn)生很強(qiáng)的機(jī)械應(yīng)力。這樣不僅會(huì)容易在接線與電容器的外殼之間產(chǎn)生機(jī)械共振的現(xiàn)象，破壞電容器的裝置和其他連接設(shè)備，而且還將給供電系統(tǒng)造成故障。

2　混合串聯(lián)電抗器在抑制變壓器三角形側(cè)不平衡三次諧波的應(yīng)用

變壓器三角形側(cè)的不平衡三次諧波的產(chǎn)生，對(duì)于電容器設(shè)備和供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行將會(huì)產(chǎn)生重大的消極影響。而通過(guò)實(shí)踐觀察發(fā)現(xiàn)，混合串電抗器在日常使用過(guò)程中，對(duì)于抑制三次諧波的產(chǎn)生具有重要意義。因此，近些年來(lái)，隨著電力行業(yè)的發(fā)展，混合串聯(lián)電抗器越來(lái)越廣泛地運(yùn)用于抑制變壓器三角形側(cè)不平衡三次諧波的過(guò)程中，同時(shí)還收到了非常不錯(cuò)的效果。我們都知道，假設(shè)XLCn/Xfn的值為β，那么當(dāng)β的值為任意正數(shù)的時(shí)候，電容器內(nèi)支路的諧波的阻抗性質(zhì)就會(huì)呈現(xiàn)為感性，這樣電網(wǎng)的諧波的電壓就不會(huì)升高。由此可見，導(dǎo)致變壓器三角形側(cè)不平衡的三次諧波的形成以及放大電流諧波的最根本的因素并不在于感性諧波阻抗，而是在于電容器內(nèi)部支路的諧波的阻抗性質(zhì)為容性。因此，要想抑制變壓器三角形側(cè)的不平衡三次諧波的產(chǎn)生，最重要的就是要將電容器中支路對(duì)三次諧波的阻抗性質(zhì)變?yōu)楦行?，就能夠在很大程度上有效地?shí)現(xiàn)抑制三次諧波的產(chǎn)生。

為了選出對(duì)三次諧波具有最佳抑制作用的混合串聯(lián)抗電器，我們可以做一個(gè)模擬。假設(shè)電容器的基波阻抗為XC，串聯(lián)電抗器的基波阻抗為XL，那么電容器的串抗的百分比指數(shù)為XL/XC= k。電容器支路針對(duì)n次諧波的諧波阻抗Z就應(yīng)該等于：

根據(jù)上述方程式可以推導(dǎo)出，當(dāng)k的取值大于1/n2時(shí)，Z的值將會(huì)為正數(shù)，即電容器支路對(duì)n次諧波的阻抗性質(zhì)將為感性;當(dāng)k的值剛好等于1/n2時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)和諧共振的現(xiàn)象;而當(dāng)k的值小于1/n2時(shí)，電容器的支路對(duì)于諧波的阻抗性質(zhì)就會(huì)演變?yōu)槿菪?。由此可見，?dāng)n=3，將其代入到上述公式中，就不難發(fā)現(xiàn)，要想有效抑制三次諧波的出現(xiàn)，就要選擇k的值大于九分之一，即大于11.1%的混合串聯(lián)電抗器，而市面上常見的5%-6%類型的混合串聯(lián)電抗器則較適合抑制五次諧波，對(duì)于三次諧波的抑制作用并不顯著。比如，110kV變電站，通常情況下，都是用4 個(gè)k=6%的并聯(lián)電容器組來(lái)抑制三次諧波。但是如果將這些裝置改換成12%串抗率的電容器的話，這樣不僅不利于有效抑制五次諧波，而且還會(huì)大大增加成本，得不償失。因此，該變電站可以采用將部分電容器的串抗率調(diào)整為12%，而保留一部分不變，這樣就不僅可以達(dá)到原來(lái)預(yù)期的抑制效果，而且能夠節(jié)約成本。下面就來(lái)詳細(xì)闡釋下如何對(duì)不同串抗率的電容器設(shè)備進(jìn)行組裝，從而達(dá)到抑制諧波的目的。假設(shè)k1的串抗率的電容器的數(shù)量為m1，串抗率值為k2的電容器的額個(gè)數(shù)為m2，其中k1> k2。由于整個(gè)裝置中有2種不同的串抗率，因此，在整個(gè)線路中將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)并聯(lián)諧振點(diǎn)與兩個(gè)串聯(lián)的諧振點(diǎn)，將其分別假設(shè)為N0、N1、N2，那么當(dāng)這三個(gè)諧振點(diǎn)分別滿足以下關(guān)系式時(shí)，整體的電容器組的支路對(duì)諧波的阻抗性質(zhì)就將會(huì)呈現(xiàn)為感性，從而能夠在很大程度上抑制三次或者五次諧波的出現(xiàn)及帶來(lái)的負(fù)面影響。

當(dāng)m1的值取1，k1的值為12%，m2的值為3，k2值為6%，那么根據(jù)上述的三個(gè)公式，就不難得出串聯(lián)諧振點(diǎn)的值分別為4.08 和2.88，而并聯(lián)的諧振點(diǎn)的值就為3.08。由此可見，經(jīng)過(guò)這樣的組裝，該電容器裝置的串聯(lián)諧振點(diǎn)和并聯(lián)諧振點(diǎn)數(shù)值滿足一個(gè)串聯(lián)諧振點(diǎn)小于3，一個(gè)小于5，而并聯(lián)諧振點(diǎn)的數(shù)值則大于3。因此，這樣改裝的裝置對(duì)變壓器三角形側(cè)的不平衡三次諧波的阻抗性就一定呈現(xiàn)為感性，從而可以有效地達(dá)到抑制三次諧波的目的。

3　結(jié)語(yǔ)

變壓器三角形側(cè)的不平衡三次諧波將會(huì)對(duì)電容器的損壞甚至是對(duì)于整個(gè)供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的負(fù)面影響，而混合串聯(lián)電抗器由于其自身的特性，能夠有效地避免該三次諧波造成的故障。因此，在實(shí)際工作過(guò)程中，運(yùn)維檢修人員要結(jié)合變電站的實(shí)際情況，選擇串抗率適當(dāng)?shù)幕旌洗?lián)電抗器，充分發(fā)揮其作用，從而有效抑制三次諧波。

【參考文獻(xiàn)】

王業(yè).涌流引起的變壓器三角形側(cè)不平衡三次諧波影響及抑制方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化.2015，（22）：145.