采用电抗器治理谐波的效果分析

      摘 要：随着电力电子装置的广泛应用，谐波问题已成为当今电网污染的首要因素。文章对变频器产生的谐波影响及对电抗器的滤波效果进行计算分析。防止选用不当影响生产。

      关键词：谐波治理；电抗器

      1、引言
      2005年5月，某变电所电气设备的调试阶段，发现变频器驱动的电机在开机时即跳闸或运行几分钟就跳闸的钕障现象，电机不能正常带负荷运行，经过现场的取样分析，发现是变频器产生的谐波引起的。

       2、谐波数据测试
       为了对变频器产生的谐波进行充分分析，用FLUKE一41谐波测量仪(电压精确度：0．5％+2；电流精确度：0．5％+3频率精确度：士0．3Hz)对变频器输入侧的电源波形进行测试。(测试电机容量220kW，运行频率21.3Hz)。

       从表1中可以看出，3次、4次、5次、7次谐波均超过了GB／T14549—93标准范围。

      3、谐波的抑制措施及效果分析为了抑制谐波，在变电所0．4kV母线上各安装了一组容量为200kvar的电容器，由生产厂家提供成套无功补偿装置，其中配置了电抗率为5．5％的串联电抗器，随电容分六步投入，单步容量为50kvar，电容器组投入运行后，经过实测发现，母线电流总谐波畸变率最高达到24．1％，其中5次谐波的畸变率最高达到19．1％。为了检验串联电抗器抑制谐波的效果，对现场采集的数据进行了分析，发现不投电容器时，变频器运行台数减少，母线总谐波电流畸变率降低，各次谐波电流畸变率也降低。电抗器运行台数不变，投入电容后，功率因数提高了，各相电流有效值降低，各相电流谐波畸变率降低，母线电压基本保持不变，但各次谐波的电流畸变率并没有发生明显变化。谐波电流仍然高于国标规定值。抑制谐波的效果不是很明显。

      我国国家标准GB50227—95《并联电容器装置设计规范》规定：用于抑制谐波，当并联电容器装置接入电网处的背景谐波为5次及以上时，串联电抗器宜取4．4％一6％，当并联电容器装置接人电网处的背景谐波为3次及以上时，串联电抗器宜取12％，亦可采用4．4％一6％和12％两种电抗器。根据设计规范，现选用的电抗器为5．5％，似乎也在选用范围内，但抑制谐波效果不明显。

      4、对电抗率的选择分析
      4．1该变电所内系统及元件的参数

      由计算知，200kvar的电容器组配置电抗率为5．5％的串联电抗器不会发生发生3次、5次、7次谐波并联谐振或接近于谐振。

      4．3限制涌流计算分析
      电抗率选择5．5％时，按照现场实际coscp从0．87调整到0．97，电容器投入3步(50+S0+25)kvar，即125kvar计算：

       式中：Q一电容器组的总容量；Qo一正在投入的电容器组的总容量；根据GB50227—95(5．5．3条)：并联电容器装置的合闸涌流限值宜取电容器组额定电流的20倍。由计算可知，200kvar的电容器配置电抗率为5．5％的串联电抗器，在任意一步电容器投入时，涌流都能得到有效限制。

      4．4运行电压升分析

      式中：Uc一电容器端子运行电压(kV)；Us一并联电容器装置的母线电压；s_电容器组每相的串联段数。投入电容后，电容器端子运行电压小于电容器接人处的母线电压，所以电容器投入运行后，不会引起母线电压升高。

     4．5谐波电压放大率分析

     sd为电容器装置接入处母线的短路容量；QcN为电容器装置容量，计算数据见表3：

      5、结 论
      (1)从计算结果可以看出，选择5．5％的串联电抗器对3次谐波电压的放大率FvN为1．19；对4次谐波电压放大率FvN为4．66．200kvar的电容器配置电抗率为5．5％的串联电抗器，产生了3次、4次谐波的放大。因此可以判断在如此谐波背景下，200kvar的电容器配置电抗率为5．5％的串联电抗器是不恰当的．

      (2)现用电抗器是随电容的投入而投入，在该变电所，电容投入三步后功率因数就迭到了0．97，相应的电抗器也只投入了三组，另外三组并没有投入运行。为了解决以上问题，应在电源与变频器输入侧之间增加一组12％的交流电抗器，可使整流阻抗增大来有效抑制高次谐波电流，减少电源浪涌对变频器的冲击，改善三相电源的不平衡性，提高输入电源的功率因数，这样母线电流的波形畸变可降低30％--50％．