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如何抑制电力电容器组对谐波的放大 李晓东( 大连理工大学土木建筑设计研 究院有 限公 司，辽 宁省大连市 1 1 6 0 2 3 ) Ho w t o Re s t r a i n Ha r mo n i c Amp l i f i c a t i o n b y Ca p a c i t o r Ba n k Li Xi a o d o n g r T h e De s i g n I n s t i t u t e o f Ci v i l En g i n e e r i n g& Ar c h i t e c t u r e o f Da l i a n Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y C o ，L t d ，D a l i a n 1 1 6 0 2 3 ，L i a o n i n g P r o v i n c e ，C h i n a ) Abs t r a c t Ba s e d o n t h e d e t e c t i o n a n d a n a l y s i s o f h a r mo n i c s o f a c he mi c a l p l a n t i n Da l i a n c i t y， h a rm o n i c a mp l i f i c a t i o n c a u s e d b y c a p a c i t o r b a n k a n d c o r r e s p o n d i n g me a s u r e s a r e d e s c r i b e d Ke y wo r d s P a r a l l e l r e s t r a i n S e r i e s r e a c t o r 摘 要 通 过 对 大连 某 化 工 厂 谐 波 的 检 测 和 分 析 阐述 电力 电容 器组投入 时对谐 波的放 大及 应 对 措 施 。 关键词并联 电容 器组谐 波抑制 串联 电抗器 理想情况 下 ，公用 电网的供电应该是连续的 电 压 和频率总是保持在允许范 围内 且 电压 和电流具有 纯正的正弦波曲线。近三四十年来 ，大量使用的各种非 线性负荷产生的谐波 注入 电网，使公用 电网电压 、电 流波形 畸变 由谐波引发的各种故 障和事故也不断发 生 ，引起人们的高度关 注。本文通过分析实际采集 的 大连某化工厂谐波数据 提 出抑制谐波 的措施 该化工厂存在生产设备不能正常运行 、电容器多 次烧毁 、功 率 因数 不达标 等一 系列 问题 为 了解 该 厂用 电系 统 的 电能 质 量 及 存 在 的安 全 隐患 采 用 F l u k e 4 3 4 ( 一种结合 电能质量分析 万用表和示波器 功能为一体的手持仪器)测试在 电容器投入和切 除状 态下不 同供电点电压 、电流的变化。 供 电系统简图及测量点位置如图 1所示 1 测量记录 1 1 测量点 1(1 变 1 11进线柜 ) 1 1 1 测量点 1的电压 、电流波形 图与柱形图 a 3 组 3 0 0 k v a r 电容器 组投 入与切除状 态下 电 压波形图，见图 2 、图 3 。 非线性负荷 无功补偿装置无功补偿装置 无功补偿装置 3 0 0 k v a r 3 0 0 k v a r 3 0 0 k v a r 图 1 供 电系统 简图及测量点位置 F i g 1 S c h e ma t i c d i a g r a m o f p o w e r s u p p l y s y s t e m a n d me a s u r e me n t p o s i t i o n s b 3组 3 0 0 k v a r 电容器组 投入 与切 除状态下 电 流波形 图，见图 4、图 5 C 3组 3 0 0 k v a r 电容器组投入与切除状态下电压 柱形 图，见图 6 、图 7 。 d 3组 3 0 0 k v a r电容器 组投 入与切 除状态 下 电 流柱形图 ，见 图 8 、图 9 。 1 1 2测量点 1的电压 、电流测量数据 3组 3 0 0 k v a r电容器组投入与 切除状态下 测 量 点 1的 电压 、电流测量数据 记录见表 1 、表 2 ( 由于 数据采集有瞬间时差 ，表和图的数 据有偏差 ，下 同) 通 过对 1 变压器二 次侧 的测 量发现 电容 器组 投 入运 行时各 相 电流 总谐波 畸变率 T H D ， 为 2 4 4 2 5 5，主要为 5次 、7次 、1 1 次 、1 3次 ：各相 电压 总谐 波 畸变率 T H D ， ， 为 5 6 6 2 主要为 5次 、7次 。 电容 器组切 除时各相 电流 总谐波畸变率 ， 为 6 5 6 7 ，主要为 5 次 、7次 、1 1 次 、1 3 次 ：各 相 电压总谐 波畸变率 T HD ， ， 为 2 72 8 主要 如何 抑 制 电 力 电容 器 组 对 谐 波 的放 大( 李 晓 东 1 3 建 虢电乞。 _-_一 2r 3 1 口年第1 1期i 1 4 黪 l LDl G 鬻 i 为 5次 、l 1 次 对上述 测量数 据进行 对 比后 发现 电容器 组投 入运行 时谐 波电流及 谐波 电压畸 变情 况 远严重 于 电 容器组 切除运 行时 的情况 这说 明单纯 的 电容 器补 偿 装置对谐波具有一定 的放大作用 。电流总谐波畸变 率 T HD t 已达到约 4倍 _圈瞳 4 9 9 9 H z 0 0： O 0： O 4 q 一 2 x 3 ， l 艾 、 I i 2 08 020 7 1 0： 48： 2 8 26 OV 5 OHZ 3中 W YE EN5 0I 6 0 图 2 投入 状 态 电压 波形 图 1 2测量点 2 ( 1 变 112电容补偿柜 。电容器 组投入状态 ) 1 2 1 测量点 2的电压 、电流波形 图与柱形图 a电压波形 图，见图 1 0 。 b 电流波形图，见图 1 1 。 c 电压 柱形图 ，见 图 1 2 。 _ 4 9 9 8 Hz 0 0： 0 0： 1 0 q 一 2 x 3 二 l 2 0 8， O 2 07 l O： 38： 42 2 60V 5 0 Hz 3中 WYE E 5 0l 6 0 图 3切除状态 电压 波形图 F i g 2 V o l t a g e o s e i l l o g r a m w h e n c a p a c i t o r b a n k i s u s e d F i g 3 V o l t a g e o s c i l l o g r a m w h e n c a p a c i t o r b a n k i s n o t u s e d _l 4 9 9 7 H 2 0 0： 0 0： l 1 q 一 2 x- 0 3 O 0 k A 、 、 3 ， 八 ， _ 、 、 M 八 、 1 ： ) ( ，、： ， 2 08O 2， 0 7 l 0 4 8： 5 4 2 6 0V 50 Hz 3 W YE EN5 0l 60 图 4投入 状 态 电流 波 形 图 I 一_ 一 4 9 9 9 Hz 0 O： O O： 0 3 q 一 2 x - C | 3 00 k A 3 2 ： i 08 O20 7 1 0： 3 9： 0 4 26 0V 5 0Hz 3中 W YE EN5 01 6( 】 图 5 切除状态电流波形 图 F i g 4 C u r r e n t o s c i l l o g r a m S t a t e wh e n c a p a c i t o r b a n k i s u s e d F i g 5 C u r r e n t o s c i l l o g r a m wh e n c a p a c i t o r b a n k i s n o t u s e d 图 6 投 入 状 态 电压柱 形 图 H m0 h i e s 0 口0： O 0 ： 0 3 9 I lD n C | I _ 1 w 50 ： 1 1 一 3 5 。 。 11“ 1- 13 - - - I - 1 5 一 1 H DD C ( 80 2 O7 l ) ： 3 9： 42 2 60V 5 0 Hz 3 中 W YE E 5O1 6 0 图 7切除状态 电压柱形图 F i g 6 Vo l t a g e b a r d i a g r a m w h e n c a p a c i t o r b a n k i s u s e d F i g 7 Vo l t a g e b a r d i a g r a m w h e n c a p a c i t o r b a n k i s n o t u s e d NO V 20 1 0 V ol 2 9 No 1 1 d 电流柱形 图 见图1 3 1 2 2 测量点 2的电压 、电流测量数据 测量 点 2的 电压 、电流测量 数据记 录 ，见表 3、 表 4 。 通过对测量点 2 ( 1 变 1 1 2补偿柜 )的测量 发现 各相 电流总谐波畸变率为 3 4 5 63 8 0 6， 主要 为 5次 、7 次 、l 1 次 、1 3 次 。各相 电压 总谐波 畸 变率为 5 7 6 4 8。主要 为 5次 、7次 、 l 1 次。 图 8 投入状态 电流柱形 图 F i g 8 C u r r e n t b a r d i a g r a m w h e n c a p a c i t o r b a n k i s u s e d 2解决方案 该化工厂供配 电系统存在 大量 的非线性负荷 ，产 生大量的谐波 而无功补偿装置 多为单纯的电容器补 偿 随着谐波次数的升高 ，电容器的阻抗降低 ，所以 会有大量 的谐波电流流人电容器 。在有谐波存在的环 境下 电容器有可能与系统产生并联或 串联谐振 ，很 容易造成 电容器损坏 并带来 电容器 自身有 功损耗过 H a r m,。 “ i c s-一一 O 0： 0 O 0 6 9圃 - 0 t 5 0 ： I l 一 一 一 一一 + 1 HDDC 3 5 7 9 l 1 1 3 l 5 l 7 ( l 8， O 2 07 1 )： 40： O3 2 60V 5 01 阿 z 3中 W YE EN5 OI 6 O 图 9 切 除状 态 电流柱 形 图 F i g 9 Cu r r e n t b a r d i a g r a m w h e n c a p a c i t o r b a n k i s n o t u s e d 表 1 测量点 1电压测量数据 T a b 1 Vo l t a g e d a t a a t me a s u r e me n t p o i n t 1 电容器组投入 一 电容器组切 除 - - 谐 波 L 2 L - L 2 L 3 次 数 L t L ， 一 UV HRU | 。 V 棚 ， U HR 。 Z V 移 V 露R I U 黜 ， l 2 5 43 2 1 0 0 2 5 3 9 7 l 0 o 2 5 3 5 8 1 0 0 2 4 6 41 1 o o 2 4 5 5 6 l o o 2 4 5 4 3 1 0 O 3 O 21 01 0 47 O 2 0 4 2 0 2 0 2 2 01 O 4 2 0 2 0 3 5 0 1 5 l 2 7 2 5 1 3 3 8 5 3 1 3 9 7 5 5 4 3 8 1 8 4 6 3 1 9 51 9 2 1 7 5 7 4 2 3 7 O 2 2 8 7 07 2 8 1 3 4 O5 1 8 0 O 7 1 4 3 O6 9 O 2 8 0 1 O 3 5 O1 0 5O O 2 0 O 6 O O 2 0 O1 O1 7 01 l 1 2 0 O 0 8 2 3 8 0 9 2 06 0 8 3 3 3 1 4 3 4 0 1 4 3 3 9 1 4 1 3 0 4 9 O 2 0 6 8 O 3 O 7l O 3 O4 2 O 2 O 6 2 O 3 O 6 2 O 3 1 5 O0 5 0 0 0 4 0 0 0 8 O O 0 3 0 O1 6 01 01 7 O1 1 7 O1 1 O O1 7 01 O1 8 01 21 7 0 9 21 6 0 9 22 1 0 6 l 9 O0 9 O 0 1 4 01 n 1 2 O O 8 7 0 4 O 9 3 0 4 08 9 O1 2 1 O0 2 0 0 O1 0 0 O 3 0 0 0 7 0 Oo 9 O 01 0 O 2 3 01 3 01 0O 8 0 01 8 O1 1 8 3 0 7 1 7 8 0 7 1 8 9 O 8 T HD 5 6 61 6 2 2 7 28 28 如何抑制电力电容器组对谐波的放 大 ( 李晓东) 1 5 建 裁电乞 - _ _一_ 黪 j l L Dl G 2口 1口 年 第1 1期f 嚣 t O| 1 6 表 2测量 点 l电流 测 量数 据 Ta b 2 Cu r r e n t da t a a t me a s ur e me n t po i n t 1 谐波 电容器组投A 电容器组切除 次数 1 L2 l _ L 2 。 一 1 ， A H R l l | A 鲤 R ， ， A 日 霞 I ， ， A j l A H R 厶 l l A 琥厶 1 l 4 0 3 6 4 1 o o 】4 6 91 4 1 0 0 1 4 0 6 9 5 1 o 0 】8 9 1 3 6 1 O O 1 9 6 7 75 1 o o l 9 1 4 O 5 1 o o 3 3 5 O O2 1 3 61 0 9 11 1 8 O 8 6 2 9 O 3 l 6 2 l O 8 l 8 2 9 1 5 31 9 8 6 2 2 8 3l 9 0 4 2】 7 3 2 3 3 9 2 3 l 1 1 8 8 5 9 ll 1 8 7 5 7 1 1 0 2 5 5 8 7 l 3 31 4 9 5 l 5 3 O 3 1 O 4 1 45 6 5 1 0 4 3 4 5 4 1 8 3 5 6 5 1 8 3 6 4 5 1 9 9 7 6 8 O 5 8 O1 O 5 l 1 3 O O 8 1 6 9 O1 1 4 7 01 2 5 7 01 I I 4 4 8 6 3 2 5 04 8 3 4 4 42l 31 41 8 7 2 2 4 2 31 2 2 4 2 9 6 2 2 1 3 1 3 8 2 1 1 76 8 1 2 1 9 77 1 4 6 9 6 O 4 61 2 0 3 7 4 6 0 4 1 5 0 6 1 0 1 5 8 O1 1 O3 01 0 6 3 0 0 8 7 O 1 01 01 l 7 2 8 4 O 2 25 O O 2 27 9 O 2 1 8 8 9 l l 91 3 1 1 91 5 1 l 9 O 6 3 O 26 9 0 2 23 5 O 2 7 7 4 0 4 6 8 O O 3 7 6 2 0 4 2l 0 6 9 0 0 4 5 O 0 4 9 0 0 4 8 0 0 5 9 0 0 5 4 O 2 3 1 3 3 01 0 9 9 O1 1 O 2 0 1 l 2 01 O6 1 2 3 4 O 6 1 2 3 8 O 6 T HD， 2 4 9 2 4 4 2 5 5 6 7 65 6 7 P F 0 9 4 06 4 C O S 0 9 7 06 4 注 ： 不 同 于c 0 s 妒。 P F=P S，P为有功 功率 ，S为 视在功 率 ；c o s 妒=Pl 5 。 ，P【 为基 波 的有功 功率 ，5 ， 为基 波的 视在功 率 。 C O S 只 针对基 波频率 ，当电气 系统存在 大量谐 波时 ，测 量到 的功率 因数 小于 c o s 。 _一 4 9 9 7 Hz 0 0： O 0 ： O 2 q 一 2 x 0 3 、 j 2 08， 02， 07 l 6：l 6 5 9 2 6 0、 5 0Hz 3 中 W YE E 5 0l 6 ( ) 图 1 0电压 波形 图 Fi g 1 0 Vo l t a g e o s e i l l o g r a m 图 l 2电压 柱 形 图 F i g 1 2 V o l t a g e b a r d i a g r a m _ _l 5 O 0 2 Hz 0 0 O 0 ： 1 2 q 一 2 x D 3 0 0 kA x ： ： 、 ： ， 。、 一一产 一- 、 J 2 一 、= _ 、 3 08 O2 07 1 6：l 7： 0 9 2 6 0V 5 0Hz 3中 W YE E N5 01 6 0 图 1 1 电流 波形 图 Fi g 1 1 Cu r r e n t o s c i l l o g r a m F i g 1 3 C u r r e n t b a r d i a g r a m 表 3 测量点 2电压测量数据 Ta b 3 Vo l t a g e da t a a t me a s ur e me n t po i nt 2 谐波 Ll 壬 J 2 L 3 次数 U H Rt i n U， HRUn f U HR 1 2 5 6 5 5 1 O 0 2 5 6 0 2 1 0 0 2 5 5 9 2 1 0 O 3 O 2 9 O1 0 6 4 O 2 0 4 7 O 2 5 1 2 6 1 4 9 l 31 7 51 1 3 8 3 5 4 7 7 2 7 2 8 7 7 4 3 8 73 3 4 9 0 O5 0 O 2 9 01 O 2 4 O 1 l 1 2 3 6 O 9 2 8 3 1 1 2 6 2 l l 3 0 83 03 O 9 2 0 4 1 05 0 4 l 5 0 0 4 0 0 0 8 O 0 O 5 0 1 7 O1 3 0 O1 6 O1 O】 8 O1 1 9 01 6 O1 01 8 01 01 8 01 2 l 0 0 3 O 0 O 2 O O 01 O 2 3 O1 3 0 O 0 9 O 0 2 0 01 T HD 5 7 6 0 6 4 8 表 4测 量点 2电流 测 量数 据 Ta b 4 C u r r e n t d a t a a t me a s u r e me n t p o i n t 2 谐波。 Ll L 2 L 3 次数 t A HR t n| l ， HR 1 A HRI n 1 2 8 8 03 1 O 0 3 0 41 2 1 0 O 3 0 5 3 3 1 0 O 3 1 4 4 O 5 2 4 1 O 8 1 8 8 O6 5 7 2 6 8 2 5 2 7 8 3 6 2 5 8 81 8 O 2 6 8 7 5 9 O 8 2 0 5 6 4 8 7 21 3 7 2 6 8 2 3 8 9 O 81 O 3 3 1 6 l 2 7 4 O 9 l 1 3 0 81 1 0 7 3 6 8 9 1 2 1 3 4 5 5 l 1 3 l 3 l 3 0 6 4 5 1 4 3 1 4 7 1 61 2 5 3 l 5 O 6 0 0 2 1 3 6 O 4 l ， 2 3 0 4 l 7 2 5 2 0 9 3 2 2 1 1 3 9 0 1 3 1 9 3 5 0 1 2 4 3 9 】 4 42 5 1 4 2 1 0 3 l O1 01 7 01 04 2 O1 2 3 3 7 8 1 3 2 5 5 O8 56 3 1 8 THD | 3 4 5 6 3 5 9 6 3 8 O 6 表 5 常用的电抗器参数 T a b 5 C o mmo n r e a c t o r p a r a me t e r s 电抗率 R 4 5 5 5 4 5 5 5 6 7 6 l 1 1 8 1 2 5 1 3 7 1 4 谐波次数 4 7 l 4 4 8 4 3 4 2 8 4 2 4 O 8 2 9 9 2 8 2 2 7 2 6 8 谐振频率 H z 2 3 5 7 2 2 4 2 l 5 2 1 4 2 1 O 2 o 4 1 4 9 5 1 4 1 l 3 5 1 3 4 高、三相不平衡等一系列问题。为避 免过多 的谐波 电 流流入电容器 。可串联一定 比率 的电抗器 目前 市场上 常用 的电抗器 参数 见表 5 由于系统 中的谐波主要为 5次及 以上谐波 因此 我们采用串联 电抗率为 5 的电抗器来抑制谐波 保 护 电容器 电容器 串联 电抗 率 为 5 的电抗器 后整 个补偿 装置 的谐振 频率为 2 2 4 H z 这 样在 5次谐波 或者 高 于 5 次谐波的情 况下 ，整个装置呈现感性 可避免 与 系统 产生谐 振 。而在基波情况下 整个装置 呈现容性 为系统提供无功补偿 3总结 在含有谐波源 的供配电系统 中作为无功补偿 的 并联 电容器装置投入运行时 会 引起系统谐波 电流和 电压 的放大 。在新 建工程 电容器装 置中串联 电抗 器 不能任意组合 必须慎重考虑电容器装置接入处 的背 景谐 波 ：改建_ 程 中串联 电抗 器 的选择需 进一 步计 算 ，并现场实测谐波含量 以便合理匹配电抗器 盏 曲 1 G e o r g e J Wa k i l e h ，著 电力系统谐波 基本原 理、分析方法和滤波器设计 北京 ：机械工业出版社，2 0 0 3 ： 4 1 1 3 2 北京华 建标建筑标准技 术开发 中心 D B J T 1 1 6 2 6 2 0 0 7 建筑物供配电系统谐波抑制设计规程 北京 ： 北京市建筑设计标准化办公室 2 0 0 7 3 中国 电力工 程顾 问集 团西 南 电力设 计院 G B 5 0 2 2 7 2 0 0 8并联电容器装置设计规范 北京 ：中国计划 出版 社 2 0 0 9 2 0 1 00 4 2 8来 稿 2 0 1 01 0 2 7修回 1 7 麴 伺塑 曼垄 曼 夸 塑翌 萎 主堕荛 ) lI _ I _ l