3次諧波放大對電容器組不平衡保護影響的初探

前言：

由于我局下屬直供用戶的不斷增多，其負荷主要為鋼廠煉鋼，其整流裝置在燃弧間隔不均勻時，通常產生3次奇數倍諧波，加上實際中各站變壓器也是一個以3、5次諧波為主的諧波源，故在我局電網中3次諧波普遍存在。

一、測試背景：

某某變電站1、2號主變、10kV分段開關運行，10kV鋼廠負荷已遷移，基本為零。10kV系統中存在一定的3次諧波分量①。

二、測試數據：

電容器組電流測量結果（均為單投測量）

（表一）

某某變1、2號電容器電容器的THDizui大分別為：10。21、5。13，3次諧波電流含有量分別為：20。44A、8。01A。對比發現，串聯電抗率為6％的電容器組3次諧波電流含量遠比12％的電容器組要大。

三、數據計算：

以上數據可以看出，在相同的測試背景下，3次諧波模值明顯是三相不平衡的，即至少有兩相模值明顯不相等。分別計算1、2號電容器在3次諧波電流作用下的零序電壓分量：

1號電容器組：

1、當電容器各相電容量平衡，其每相電容器基波頻率的容抗為：

＝＝17。53Ω

2、3次諧波時的阻抗

3、當流過電容器三相的電流分別為13。78A、20。44A、7。94A時，其在電容器上產生的相電壓：

假設A相電壓為參考②：

＝80。47∠0°V

＝119。37∠－120°V

＝46。37∠120°V

其零序分量為：

＝++＝（46。37∠120°+119。39∠－120°+80。47∠0°）

＝63。28∠87。75°V

2號電容器組：

1、當電容器各相電容量平衡，其每相電容器基波頻率的容抗為：

＝＝20。6Ω

2、3次諧波時的阻抗

3、當流過電容器三相的電流分別為8。01A、7。7A、3。42A時，其在電容器上產生的電壓：

假設A相電壓為參考：

＝55。03∠0°V

＝52。9∠－120°V

＝23。5∠120°V

其零序分量為：

＝++＝（23。5∠120°+52。9∠－120°+55。03∠0°）

＝30。52∠－56。53°V

在相同的測試背景下，1號電容器由于電抗率的不同，其在3次諧波電流作用下的零序電壓分量比2號電容器的要大

四、推論分析

在電容器組實際運行當中，電容器組不平衡電壓保護的開口三角由于零序分量的存在具有一定的電壓值。當各諧波源分別注入電容器的諧波電流為一定時，由于實際上諧波分量相位、幅值的不確定性等因素，在3次諧波幅值經疊加后差異較大并經電抗率為6％的電容器放大后，從開口三角反映出的零序電壓（3U0）幅值也隨著變大，超過門坎值時，會造成保護動作。導致電容器組不能正常投入運行。

五、結論

通過上述測量分析，我們應當重視3次諧波對電容器的影響，在電容器補償裝置串聯電抗率的選擇上應根據電力系統諧波的實際情況進行合理選擇，以盡量避免可能發生的諧波放大問題，確保電容器組的安全運行。

參考文獻：

1、電能質量分析與控制肖湘寧主編中國電力出版社

2、電力系統諧波—基本原理、分析方法和濾波器設計（奧地利）GeorgeJ。Wakileh著機械工業出版社

3、電能質量公用電網諧波GB/T14549－93

4、并聯電容器裝置設計規范

5、3～110kV電力系統繼電保護整定規程

注解：①測試背景：某某變電站10kV鋼廠負荷已遷移，基本為零。

②低次諧波分量的相位角在實際當中與基波分量的相位角相差不大，故取A相0°