低壓電網無功補償裝置的選擇

低壓電網中的諧波汙染問題及有關標準對諧波分量的限值；處理低壓無功補償裝置諧波放大的若乾實例，並提出了對電壓無功補償裝置合理選擇的意見。

1.低壓電網諧波汙染的嚴重性

近三十年來，在被日益廣泛應用的各種電力電子裝置中，整流裝置所占的比例*大，逆變器、直流斬波器等所需的直流電源主要來自整流電路，常用的晶閘管相控整流電路或二極管整流電路都是嚴重的諧波源。計算機、彩色電視、各種辦公設備和其他家用電器的普及也會造成諧波汙染。上述電氣設備的單台容量雖然很小，但數量卻極為龐大，其內部大都含有開關電源，各類開關電源、變頻器的用量越來越多，加上熒光燈產生的諧波，使電源的諧波汙染日益突出，諧波電壓和諧波電流引起電源波形的嚴重畸變，影響到對電力用戶的供電質量。在低壓電容器無功補償裝置上還可能由於諧波的放大，產生並聯電容器的損壞或諧振事故，因此對低壓電網的諧波治理和無功補償裝置的改進是當前電力係統中亟待解決的重要課題。

實際上，不同的理解和采用不同的技術，對狀態檢修的概念敘述是不同的。普遍的設備狀態檢修的定義為：依據設備的實際狀況，通過科學合理地安排檢修工作，以*少的資源消耗保持機組（設備）的**、經濟、可靠的運行能力。由此可見，狀態檢修實際上是電廠實現設備維修管理現代化所追求的一個長遠目標，其實施計劃是一個長期解決方案。

狀態檢修並不是要減少檢修，也不是要取消計劃，其關鍵是如何科學合理地安排檢修工作。國內電廠以往的維修方式主要采取計劃維修的模式，這種模式在相當長一段時間內仍將是我們的主要維修管理模式。狀態檢修與計劃檢修的根本差彆是：維修工作的科學性和合理性，而不是計劃性。傳統的計劃檢修主要是依據規程和以往經驗來安排維修計劃，大多數是日曆式的。而狀態檢修則主要是根據各自真實的設備狀況監測結果和科學的設備評估方法來安排計劃，力圖改變過去依據規程和以往經驗來安排計劃帶來的設備“過修”和設備“欠修”的弊端。因此狀態檢修的準確含義應當是“維修優化”，即使維修活動進一步科學化、合理化。如上所述，國外開展狀態檢修的模式有很多，其中主要有3種方式，即以設備可靠性分析為中心的維修（RCM）、以設備狀態監測為基礎的預知性維修（PDM）、以高溫關鍵設備狀態和壽命評估為基礎的設備壽命管理（LM）等技術。這些模式的理論基礎不同，使用範圍和特點也不同。電廠采用時一般要根據自己的機組特點和設備維修重點，選擇一種模式或將不同模式組合，產生出適合電廠自身的狀態檢修模式。

2.低壓電網中諧波分量的限值

為了限製諧波源注入電網後產生**影響，必須把電壓和電流的諧波分量控製在允許的範圍內，使連接在電網中的電氣設備免受諧波的乾擾。GB／T14549—1993《電能質量公用電網諧波》對注入低壓電網中諧波電流允許值和諧波電壓限值的規定分彆見表1和表2。

表1低壓電網諧波電流允許值（均方根值）

（基準短路容量10MVA）

表2低壓公用電網的諧波電壓（相電壓）限值

對公共連接點處的*小短路容量不同於基準短路容量10MVA時，可按公式（1）修正表1中的數值。

IN＝IKPSK1／SK2（1）

式中，SK1為公共連接點處的*小短路容量，MVA；SK2為基準短路容量，MVA；IKP為表1中第N次諧波電流允許值，A；IN為短路容量為SK1時的第N次諧波允許值，A。

應該指出：對於不同電壓等級電網的電壓總諧波畸變率的限值不同，電壓等級越高，諧波限製越嚴。例如6～10KV、35～66KV及110KV電網，其電壓總諧波畸變率分彆規定為4.0、3.0和2.0；另外對偶次諧波的限製也要嚴於對奇次諧波的限製。

3.電容回路的諧波放大和諧振

無功補償裝置和濾波裝置主要由並聯電容器及電抗器組成。在工頻條件下，電容器的電抗值比係統的電感電抗值要大得多，不會發生諧振。但由於容抗XC＝1／ωC，感抗XL＝ωL，高次諧波條件下由於XL的增加和XC的減小，就可能發生並聯諧振或串聯諧振。這種諧振往往會使諧波電流放大到幾倍甚至數十倍，會對電網及並聯電容器和與之串聯的電抗器產生很大的威脅，並可能使電容器和電抗器燒毀。根據日本及我國的統計，由於諧波而損壞的電氣設備事故中，電容器事故約占40％，電抗器事故約占30％。下麵將介紹由於諧波及諧波放大引起的事故實例，以供參考。

4.由於諧波放大造成電容器損壞

某辦公大樓內部分無功補償的低壓電容器因過熱而損壞，而這些電容器組接於向不間斷電源（UPS）供電的回路上，見圖1。當投入1組或2組50KVAR電容器時，實測得諧波電流值及電壓畸變率的數值見表3。

 圖1某辦公樓低壓電容器組接線圖

表3諧波電流實測值及電壓畸變率

注：供電電流由測量點1處測得，電容器組電流由測量點2處測得。

從表3中可知，當投入100KVAR電容器組時出現嚴重的並聯諧振，將由UPS產生的30A、11次諧波電流放大近10倍達到283A，電壓畸變率達到19.6％；由測量點2處測得：當投入電容器兩組共100KVAR時，電容器組的電流有效值高達364A，相當於100KVAR電容器額定電流值的2.5倍，這足以充分說明引起電容器過熱損壞的原因。

解決的措施：將每組50KVAR電容器串聯7％的電抗器。其加裝7％串聯電抗器後的實測值見表4。從表4中可看出：11次諧波放大和電容器的嚴重過載問題都得到了滿意的解決，表4還給出了在*大非線性負載條件下測得的數據。測量結果表明諧波電流均在允許值之內，無放大現象，無功補償和抑製諧波的效果均滿意。

表4每組電容器加裝7％串聯電抗器後的實測值

5.用低壓濾波器進行無功補償和抑製諧波

圖2為不帶電抗器的補償電容器組接線圖。由於6相交流拖動負載的性質諧波含量大，電壓畸變率UTHD高達12％，顯然不帶電抗器的補償電容器組是不能采用的，采用帶電抗器的5、7、11次濾波電容器組，進行無功補償取得了良好的效果，基波供電電流大約下降了520A，大量諧波電流被有效吸收，供電質量達到規定的諧波限值。投入和不投入濾波器時的饋電電流及電壓畸變率見表5。

圖2不帶電抗器的補償電容器組接線圖

表5投入和不投入濾波器時的饋電電流及電壓畸變率

6.因低壓電容器組引起諧波放大

某工業企業在400V低壓供電母線上安裝了150KVAR用於無功補償的並聯電容器組，其接線圖見圖3。投入、運行後發現並聯電容器經常損壞，為了找出原因，現場進行了諧波測量，實測數據見表6。

測量結果表明：電容器組通過的均方根電流IC值為371A，相當於額定電流的1.71倍，是引起電容器損壞的原岡，切除電容器組的情況下電壓畸變率已達8.1％，投入電容器組後電壓畸變率則高達13.1％，因此根據非線性負載的性質，應選用濾波電容器組進行無功補償。

7.低壓無功補償裝置的合理選擇

7.1先摸清負載的性質和諧波含量

采用普通的低壓電容補償成套裝置，還是選擇具有抑製諧波功能的濾波器成套裝置，關鍵在於負載的性質和所產生的諧波分量的大小。諧波分量的數值可由諧波測試儀測得。對電力負載的性質要特彆注意以下3點：

1)   載變化的幅度和頻繁程度；

2)   負載中是否具有容量較大的諧波源：

3)   三相負載的不平衡程度。要求快速補償和抑製諧波的行業，通常包括具有大量電焊機設備的汽車製造業、冶金行業、造紙行業、電梯及起重設備、大型商住樓，以及其他具有大量變頻器和大容量熒光燈照明的場所。

7.2搜集配電網及負載的技術參數

搜集配電網及負載的有關參數，為設計濾波器的方案提供依據，通常包括：

1)   電網的額定電壓、運行電壓和變化範圍；

2)   基波頻率F的無功負載；

3)   主要負載的性質、諧波次數及其分量值；

4)   實測的電網電壓畸變率；

5)   不同運行方式下配電網的短路容量；

6)   國家標準GB／T14549—1993及IEC標準對諧波電壓和諧波電流的限值等。

7.3進行預測

根據網絡參數，負載性質及初步提出的補償方案，通過仿真模型的計算機計算，對是否可能發生諧波放大或諧波共振進行分析，做到心中有數。

7.4合理選擇補償裝置

近二十餘年來，國內外電工行業中先後開發了多品種的諧波濾波器和具有抑製諧波功能的低壓無功補償裝置，主要包括：

（1）KYLB低壓諧濾波補償裝置，單櫃輸出容量60～300KVAR濾波回路，適用於常見的5、7、11、13次諧波，各次濾波器分彆由電容器及串聯電抗器組成。

（2）低壓3次諧波濾波器，非線性的單相負載如熒光燈、投射燈、計算機、打印機等，接入相與中性線之間，會產生3次諧波電流，並在中性線上進行並聯疊加，造成電流和電壓畸變。3次諧波電流除了會在中性線上引起過載危險外還會形成150HZ的磁場，因此要求從電網上濾除3次諧波電流，單櫃輸出容量一般為15～50KVAR。

（3）固定式帶調諧濾波器組，額定容量7.5～50KVAR，1台固定式帶調諧濾波器，由1台電容器和1台電抗器組成，電容器按需補償的無功容量選擇，電抗器電感值的選擇要使LC回路形成串聯諧振電路的諧振頻率，低於電網相間存在的*低次諧波頻率，通常是5次（250HZ），而調諧頻率則往往按141HZ設計的。當高於調諧頻率時帶調諧濾波器是電感性的，不但不會放大典型的5次、7次和11次諧波，還可以吸收電網中低次諧波的一部分。

（4）自動投切帶調頻濾波電容器組，單櫃額定容量15～75KVAR，與常規的自動投切電容器組相似，由自動功率因數控製器進行控製，在400V，50HZ電網中使用時，其調諧頻率通常為130、141HZ或189HZ，如需要時也可設計為204HZ。

（5）晶閘管投切電容器組（TSC），目前已基本取代用接觸器投切的電容器組。

（6）有源濾波器，從技術上講*先進，但價格貴，其性能特點是：

a)   優良的動態特性，響應時間小於1MS；

b)   三相補償諧波電流、諧波次數可達50次；

c)   可消除中性線電流的3次諧波及其他零序性質的諧波；

d)   功率損耗低；

e)   在既消除諧波又進行無功補償的操作模式下COSφ可補償到1；

f)   電子式的過載保護；

g)   可以與各類濾波器組合使用。