（电工理论与新技术专业论文）east补偿与滤波装置故障态分析及控制系统的研制.pdf

t h ef a u l ta n a l y s i so fr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o n & h a r m o n i c s u p p r e s s i o no fe a s t a n dt h ed e v e l o p m e n to f t h ec o n t r o ls y s t e m a b s t r a e t t h ep o w e rs u p p l ys y s t e mo fe a s tc a ng i v er i s et oi m m e n s er e a c t i v ep o w e ra n d h a r m o n i cw h e ni to p e r a t e s ，w h i c hl e a d st ot h ev o l t a g ef l u c t u a t i o na n dw a v e f o r i l ld i s t o r t i o n ， d o e sh a r mt ot h es a f e t yo ft h ep o w e rs y s t e ma n dt h en o r m a lo p e r a t i o no fe a s ta n do t h e r d e v i c e s s oi ti so fg r e a tb e n e f i ta n ds i g n i f i c a n c et os t u d yt h er e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o n a n dh a r m o n i cf i l t e r ( 王t p c i f ) o f e a s t t h es 订a t e g yo ft h er p c h fo fe a s ti si n v e s t i g a t e di nt h i sp a p e r , a sw e l la st h e p a r a m e t e r sd e f i n i t i o n t h ep a r a l l e la n ds e r i a lr e s o n a n c eb e t w e e np a s s i v ef i l t e rd e v i c e sa n d t h ep o w e rs y s t e mi sd e m o n s t r a t e d t h et r a n s i e n ti se m u l a t e dn u m e r i c a l l y t h e r e a s o n a b l e n e s so fp a r a m e t e r s d e s i g ni s v e r i f i e d m a n i f o l dp r o t e c t i v e e q m p m e n t sa r e i n s t a l l e di no r d e rt or e s i s tt h ei n r n s hc u r r e n ta n do v e r - v o l t a g er e s u l t i n gf r o mt h ef r e q u e n t o p e r a t i o no fv a c u u ms w i t c h e si np a s s i v ef i l t e r s t h ep r o t e c t i v ee f f e c t i se m u l a t e d n u m e r i c a l l y , a n dt h ef e a s i b i l i t yi sd e m o n s t r a t e d t h i st h e s i sa l s os t u d i e st h ec o n t r o la n dp r o t e c t i o na r i t h m e t i c ，w h i c hi sr e a l i z e db ym e a n s o ft h ep r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e rf p l c ) b a s e do nt h es o f t w a r eo f s u e db a s i c ，t h e c o m m u n i c a t i o np l a t f o r mi sf o u n d e db e t w e e nt h ep ca n dt h ep l c m i c r o c o m p u t e r p r o t e c t i v ed e v i c e s a sau s e f u lt 0 0 1f o ro p e r a t o r s t h i sr e e d i u mr e a l i z e st h ef u n e t i o no ft h e r e m o t em e a s l l r e m e n t ，i n f o r m a t i o nt r a i l s f e ra n dc o n t r 0 1 t h ep r o p e r t yo fb e i n gs t a b l e ，c r e d i b l ea n dr e a l t i m eo ft h ec o n t r o ls y s t e mh a sb e e n p r o v e db yt h eo p e r a t i o no ft h er p c ，h f i nt h ec a s eo fm o r et h a n1 0 0t i m e so p e r a t i o no f v a c u u ms w i t c h e s ，t h e r ei sn or e c o r do ft h er e s t r i k ea n do v e r v o l t a g ep h e n o m e n aa r i s h a g t h ei m u s hc u r r e n ti sl i m i t e dw i t h i nt w i c eo ft h er a t e dc u r r e n to ft h ec a p a c i t o r w i t ht h e o p e r a t i o no f r p c h f t h et o t a lh a r m o n i cd i s t o r t i o no f t h eg r i dv o l t a g ei n1 0 k vb u sb a rc a n b ed e c r e a s e df r o m1 5p e r c e n tt o4p e r c e n t w h e nt h ee a s tp u l s e dl o a di sa p p l i e d k e yw o r d s ：p l c ；r e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o n ；h a r m o m cs u p p r e s s i o n ；c a p a c i t o r ； f a u l tc a s e 插图清单 圈l 。4 1f i e r - f e a t 电源系缝功率图一5 。 鬣 4 。2i t e r - f e a t 无功季 绦与谐波镩销单线萄，5 图2 1 1e a s t 电源系统示意图7 图2 1 2 e a s t 电源系统的典型负荷曲线一8 强2 。1 3 脊偿滤波设备熬一次疆线圈。l e 图2 2 i 短路容量计算的等效电路1 2 图2 2 2 单调谐滤波器及等效电路1 6 圈2 2 3 投入l 条支路对弱溉弼中谐波魄淡放大绥数1 s 。 阐2 2 - 4 投入2 条支路时的电阚中谐波电流放大倍数1 8 。 图2 2 5 投入3 条支路时的电网中谐波电流放大倍数1 8 。 图2 2 6 投入4 条支路时的电鼹中谐波眩流放大傣数1 8 鬣2 。2 7 投天5 条支路时静魄嚣中谮渡电流放大倍数1 9 图2 2 8 投入6 条支路时的电网中谐波f 电流放大倍数1 9 图2 - 3 1 接触器合闸时电容器三相涌流2 1 瑟2 + 3 2 接皴器会鬻怼整容器援润造毫悉2 1 阉2 3 ，3 单相重燃电容器高聪端对地电压2 2 图2 3 4 单相重燃中性点对地电压一2 3 熙2 。3 ，5 擎鞠重燃瞧容器三攘逛滚，2 3 。 凋2 3 。6 攀褶重燃电容器极间电压2 3 图2 3 7 单相接地黛燃电容器高压端对地电压2 4 。 图2 3 8 单相接地黧燃中性点对地电压2 4 + 图2 3 9 竣糖重熬魄容器极阗邀压2 5 。 图2 3 1 0 双相重燃电容器三棚电流2 5 。 图2 1 3 1 1 双相重燃电抗器两端电压2 6 。 强2 4 。1 支路接皴器接线方式。2 6 ， 图2 4 2 禽闸电阻接入接触器合闸时电容器三相涌流2 8 。 图2 4 3 合闸电阻接入接触嚣合闸时电裙器极间谶电压2 8 熙2 。4 4 避霉器的按线方式一2 9 。 阔2 4 5 遥电压隧嫩装置原理阐3 2 网2 4 6 双路r c 过电压保护器的接线形式一3 2 黼2 4 ，7 接z n o 最雄槿接地鬟燃电容器赢压端对域电压，3 4 。 潮2 。4 。8 援z n o 蓐擎鞠臻楚黧燃孛瞧煮褥遥电嚣及z n 0 放电电流3 4 ， 阉2 4 9 接z n o 后双相重燃电容器极间电压3 5 。 阐2 4 1 0 接z n o 后双相重燃c 相电容器极间电压及z n o 放电电流3 5 。 瓣2 。4 。llj 建压辍是嚣安装嚣双穗重爨鸯容器援阕嘏医3 6 一 图2 4 1 2 过压阻尼器安装后双相重燃时c 相极间电压及阻尼电流，3 6 阁2 4 1 3 过压阻尼器和z n o 配合下双相燕燃时三糨z n 0 电流3 7 - 图2 4 1 4 ；蕊压阻尼器嚣z n o 熬会下双褪霪燃对三耀疆尼露凝。3 7 一 隧3 1 1 掴描工作过程4 3 一 图3 5 1 工作状态下系统周期划分示意圈5 2 - 嬲3 5 。2 ll2 支路投入系统程摩流程5 3 图3 5 3 1 11 支路退嫩系统程序流程5 4 图3 5 4 接触器投切敞障处理流稷5 5 一 图3 5 。5 薮癸器s 。速甄教薄处囊淀疆。籍一 图3 5 6 微机保护动作故障处理流程，5 7 图3 5 7 断路器s 1 s 2 手动切除故障处理流程，5 7 图3 ，5 8 接触器辅助结点冗余输入的接线方式。6 0 圈4 1 。l 避讯系统结构图6 l 一 蘑4 1 2 通讯赛露效纂强6 3 图4 2 1 通讯帧格式6 6 图4 2 2p l c 通讯流程。7 0 图4 2 3 上位枫通讯滚程记一 銎4 。3 1 霾定菝长搂旗式7 3 图4 3 2 可变帧长桢格式7 3 图4 3 f 3 应用服务数据单元的结构7 4 ， 图4 3 4 从站上传报文的控制域7 4 蚕4 3 5 歇站秘始纯邋爨滚程? 5 圈4 3 6 时闻n 步遥僚流程7 5 图4 3 7 总召唤通信流程7 6 图4 3 8 主站通讯流耩示意图7 6 图5 2 1 投入5 次支路的典型波形7 8 爱5 + 2 ，2 分瑟5 次支熬豹冀鳖波影7 8 ， 图5 2 3 投入7 次支潞的典型波形。7 9 图5 2 4 分断7 次支路的典型波形。7 9 图5 2 5 投入11 次支路的典型波形，7 9 一 图5 2 6 分鳜l1 次支黪曲典型波形，7 9 ， 图5 ，2 7 投入时电容器的极闻电盛7 9 图5 2 8 分断时电容器的极间电压7 9 图5 2 9 背靠背投入六支路总进线糨中的电流波形。8 0 图5 2 1 0 翡靠鸳投入l l2 次支路的避流波形+ 8 1 霆5 2 1 l 滤波兹受载魄滚泣穗) 戆焚餮l 渡彭。8 1 图5 2 1 2 滤波前负载电流( a 相) 的频谱分布图8 2 图5 2 1 3 滤波前网侧棚电压( a 相) 的媳型波形8 2 图5 - 2 1 4 滤波后网侧捆电压( a 相) 的热型波形8 2 ， 图5 2 1 5 滤渡露l l2 嶷路毫滚鼓舞鍪波形。9 3 国5 2 1 6 滤波薅1 12 支路电流的频谱分布圈，8 3 图5 2 1 7 e a s t 无功负荷和电网无功变化曲线8 4 图5 2 1 8 断路器分断时的电流波形8 4 表2 1 1 表2 1 2 表2 1 3 表2 2 1 表2 + 2 2 表2 2 1 3 表3 1 1 表3 4 1 表3 4 2 表3 5 表格清单 1 0 k v 系绞主导谐波毫流静簸六谴8 + 双回路单独供电的谐波电压殿综合电压畸变率8 双嗣路并列供嗽斡 鹫渡毫压及综合瞧篷楚变率9 各滤波支路的无功分配情况一1 1 滤波器的参数( 缚据参数) 1 | 一1 5 。 滤波后双回路并列供电的谐波电压及综合电压畸变率1 5 s 7 2 2 x 系列c p u 的基本配爨。4 4 p l c 输入地址分配4 7 p l c 输出地址分配4 7 蠢部标志位遣疆分配4 8 。 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下避行的研究工作殿取得的研究成 果。摧我所知，除了文中特别加以标滢和致谢的地方外，论文中不包含其他人融经发表 或撰写过的研究成果，氇不包岔为获得 叠毯兰塑塞蹩 绒其袍教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贯献均已在论文中作了 明确豁说明并表示瓣意。 数激艏戳髻舻样隰驯“ 学位论文舨权使用授权书 本学位论文作者竞全了解垒蕉兰魏鑫堂裔关傈馨、使孀学位论文的援定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅莘口借阅。本人授 投佥鹈至冀蠢星可敬将学霞论文豹全部或鬈分海枣编入有关数据库避行检索，霹鞋采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ； 密筑学燕论文簌解塞最瀑趣事授投书) 学位论文作者签名 钐；她 0 名：朵蟛 5 瓮 0 5 o 。 - 1 0 0 0 0 0 0 0 1 5 0 0 0 0 0 0 哟0 0 ( 3 0 0 0 1 01 5 t i m e ( s ) 隧2 。1 1e a s t 墩源秉嶷魄典型懿甍监线 电源系统产生的无功及谐波造成了电网的电压跌落及电压、电流波形的 精变，系统遮行洼麓的酶低，绘安全带来了隐患，同时影嫡了电网巾的其他 用户。 在双回路单独供电酌情况- f ，5 0 m v a 变压嚣的1 0 k v 母线电压波动为 1 2 ，1 1 0 k vp c c 电压波动为2 。该释情援下魄谐波暾压嚣数懿袁2 ，1 2 疆 示。 表2 1 2 双豳黯单独供电豹谐波电压及综合电燕畸交率 l 57 1 1 1 31 7 92 32 5 t h d 。 l 1 0 k v ( )6 66 19 71 03 72 11 51 11 7 4 | 1 1 0 k v p c c ( 滗) 1 3 ，2l 。82 90 。78 。40 f 3o 23 ，3 在双西籍并列供电辩，5 0 m v a 蜜压器的1 0 k v 母线电压波动为1 1 ，容 量为3 1 5 m v a 变压器的1 0 k v 母线电压波动为2 ，1 1 0 k vp c c 电压波动为 1 。该种情况下的谐波嘏压因数如表2 1 3 所示。 表2 1 3 双f | 习路并列供电的谐波电压及综合电压畸变率 571 11 31 71 92 32 5 t h d u 1 0 k v ( 5 0 m v a 的母线) 5 。65 28 】8 。7s 。71 8l 。30 。91 4 6 1 0 k v ( 3 1 5 m v a 戆霹线瓤) i 2 1 l 。s 2 o o 7o 毒0 ，3o 。23 。i t t 0 k v p c c ( )0 ，6 0 6 o t 9 0 1 9 0 3 o 2 0 1 0 1 l ，6 根据国家标准电能质量公基电网的谐波的要求，在1 l o k vp c c 处 电闲的潴波因数应控制搬2 o ，其中奇次磁控裁在1 。6 ，| 鑫袭2 1 2 及2 1 3 哥麓在嚣耱筷毫方式- f ，e a s t 懿港波因素褒1 1 0 k v p c c 憝筠怒标，在1 0 k v 处瞧大大超标。根据国容标准电能质璧嘏压允许的波动及闲变的要求， 在l o k v 及1 1 0 k v 的电阏中，电压波动允许分别为2 5 和2 ，在1 1 0 k vp c c 处的电压波动基本满足该指标，1 0 k v 的电臌波动已超过有关标准的限值。 对电源系统本身丽咨，交流器必须与黼雁电网之间达到电磁兼容。供电 母线豹谐波电压过离，搿耱茨交滚装鬟懿躲泞程控系统不黥豢鬻工雅，还霹 麓造成控裁系统的自发焱荡，导致变流器嘏流出现缀大的波麓，被遍敲漳切 除。傲电母线的电压波动，影响变流器的输出及系统的控制精发。交流器在 换相过程中出现了换相缺口会降低变流器的出力，此外，它也加剧了d u d t 值对晶闸管的危害，甚歪影响交流器的同步和以电压过零进行控制的其他装 置的藏露工作。无功与谐波还会增大系统的壤耗，著对整个控联系统、保护 系统、溪量系统、诊凝聚绞豹歪露工俸稳袋减耱。 出上述简要分析可知，e a s t 装置电源系统运行时的间涨褴、波动性的 无功和谐波冲击对电网遣成危害，同时也对电源系统自身的蜜众可靠运行构 成威胁，因此无功补偿与滤波抑制对e a s t 装最正常运行具有黛骚的意义【2 “。 2 1 2 憨髂方寨设诗 根据e a s t 电源系绕的负荷情况，无功补偿与谐波抑制袋鼹采用分两期 投入的方案。本文只讨论一期设计。 e a s t 的一期补偿滤波设备设计为工作在1 0 k v 电压等级下的基于真空 开关频繁操作敢分组投切滤波秘补偿装嚣。滤波於偿装置共分六个滤波通道， 分爨为箴5 ，瑟7 帮双1 1 豹疆趸型革调谐滤波器。滤波蛰接攘鞠系统粳攥电 丽的茏功增加量确定投粥驹支路数，原则怒从低次鲥高次进行投入。切除时 根据电网无功负荷的大小，从高次向低次逐缀切除。所有的滤波支路在e a s t 的一个放电周期中投入一次。为了避免合闸的过大冲击，采用了双断口、带 合闸电阻的投切方式，同时为了抑制可能出现的操作过电压，在每个滤波通 遥中浚置了r c 谦铲蕈嚣，瑟裰式z n o 避雷器( 避雷器与电蒋器组并联连接 加中性点避雷器的接线方式) ，过压阻尼器等装置。 e a s t 电源系统补偿滤波设备的一次按线阔如图2 + 1 3 所示。 71 囊路 1 1 一i 盘路 5 j 支路u 支路1 l j 支髂 图2 1 3 补偿滤波设各的一次接线图 2 , 2 无源滤波支路的参数选取我圭电鼹设诗 无源滤波器蹙悫滤波瞧容器、电撬器秘瞧爨器逶当缀合瑟戏熬滤波装嚣， 与谐波源并联，除超滤波作用外，还兼顾无功补偿的需蹑。光源滤波器分为 攀调谐滤波嚣、裹逶滤波器及双调谐滤渡嚣等见耱。实嚣瘦甏孛常瘸冗缀单 调谐滤波器和一组高通滤波器组成滤波装置l l l l 。 e a s t 窀源系绫谐波深为六稳整流装鲎，谮波次数为6 n 1 次。巍表2 1 ，l 也可看出，e a s t 电源系统的谐波成分主要是5 次、7 次、1 1 次、1 3 次，可 设5 、7 、1 1 次单谲谐滤波器。对于翼高频率的谐波，可设一缀高通滤波器， 滤除1 3 次以上的谐波；也可设13 次荤调谐滤波器。在安装t 1 次单调谐滤波 器之后，经浏算和测量知高次谐波已藜本得到抑制，为此不蒋设高通或1 3 次 滤波器。电网会出现菲特铤的3 次谴波，安装5 次、7 次、1 1 次滤波器爱， 其3 次谐波会有一定的放大。如果放大倍数不大，且3 次背景谐波不大时， 可考虑不安装3 次滤波支貉。 e a s t 电源系统的无源滤波器除完成滤波的功能外，尚需兼顾无功补偿， 敝无潆滤渡嚣游参数选择瘟遵镶鼓下缀羯： 2 _ 蔫足无功补偿容量的要求： 3 於缨电容器滤慰容量平衡、过电流及过魄压能力。 2 2 1 单调谐滤波器简介 单调黪滤波器跫裂蘑事联毛、c 港摄嚣毽褥藏熬，一般癌荤个滤波邀容 器、电抗瓣和电阻器审联而成，对月次谐波( = 月w ，) 的阻抗为： z m 2 r 曲+ ，( ，m ，l 一二一一)( 2 2 1 ) 仃w j c 当& = 弓帚时，鞠在谐振点她，z 新= 冀m 。鑫霞m 缀枣，雄次谐波电漉主 w 吖l 乙 。 。 要由如分流，很少流入电网中。丽对于其他次数的谐波，z m r 。，滤波器 分浚矮少。霾照，在王程应溪孛，灵要穗滤波嚣戆谮菝次数设定为与嚣爱濂 除的谐波次数一样，则该次谐波将大部分流入滤波器，从而起到滤除该次谐 波的作用】。 2 2 。2 蕈调谐滤渡鑫嚣渤补偿容量躺势配 一期工程，系统的谐波抑制按照总的负荷鼷求全部安装到位，基波安装 於偿容量为1 5 。4 m v a r ，分5 、7 、1 1 次珏墼滤波。在实际浚计中，按照5 、7 、 l l 各次谐波电流之比确定无功补偿容量在各滤波支路中的分配，& i 按照式 ( 2 2 2 ) 进行分配。 ， 绞= q x 丢争 ( 2 2 2 ) 厶1 # 其中为咒次滤波支路应提供的无功补偿窬量。对上式的结果进行阐整， 并考虑到滤波支路切容窬量及补偿级差，设置了双5 、双7 、双1 1 支路，各 支路基波补偿骞量分配弼表2 2 ，1 嬲示。 褒2 2 1 各滤波支路的无功分禚己情况 滤波支路51 支踌52 支路71 支路 7 _ 2 支路 i l 一1 支路i1 1 _ 2 支路 j l 龄偿窖蠹k 砸，) 2 7 0 02 7 0 0 2 5 0 02 5 0 02 5 0 02 5 0 01 5 4 0 0 l 22 ，3 单调谐滤波器的炎谐 在荜溪港滤波器豹浚诗中应考惑滤波器豹失谐润题。魄力系统在迳芎亍孵 的频率与其额定值之间总有一定的偏差；电容器和电感线圈的参数存在麓制 造误麓；在邂行过程中这些参数会因周围溢度的变化、自身发热和电容器绝 缘老纯等影确两发生交纯；在安装和调试避程中也会存在误差。这些偏差会 使实际参数和相应的谐振频率偏离，导致滤波器失谐。 荦调谐滤波器失谐情况下的阻抗为 2 3 1 ： 毛2 ( 1 + 2 露g ) ( 2 ，2 + 3 ) 上式中也，为等效频偏，酵为品艨因数。可见，单调谐滤波器失谐时，在 谐振点处的阻抗增加，滤波器的性能不能简单地由谐振频率下的阻抗决定， 还决定于等效频镳及滤波爨的撼质爨数。 滤波器的设计需保证在最大允许频偏范围内的滤波效果，一般电网允许 稳频镳必l ，撩之毫容器及瞧抗嚣靛偏差，最大龛诲靛频镳范围哥鼗2 。 在本文论述的补偿滤波裟置参数计算中，将滤波器的谐振频率左偏2 ，使得 滤渡支路密现弱惑往：帮健参数发生漂移，滤波支路在谐振点氇不至予出现 容性而与电网系统发生谐振。 晶质豳数辞是反映革调谐滤波嚣性能的重要指标。q 越大，谲谐越尖锐， 通频带越窄，抗失谐能力越差；q 减小，邋频带加宽，抗失谐能力加强，但 损耗增大，并且在一定安装容量的前提下，滤渡效果交差。阂此，在滤波器 灼设计中存猩最佳晶质因数的选择，以获褥最优的滤波效果。 一般最俊品质因数谯3 0 6 0 的范围内。综合考虑备方面因素，选定5 、 7 、1 1 次支鼹的晶矮因数隽5 0 。 2 2 ，4 滤波装豢安装处戆短路窑鬃帮矮路毫涟 潮2 ，2 1 短路骞囊谤算静等效瞧鼹 袋用标敷制计算滤波装鼹安装处的短路容爨，进露求裰短路电流。由 图2 1 4 ，可得到计算的等效电路如图2 2 1 所示。 设电网的额定电压鸯u 。，相电艨共u ，则短路容鬃s c 霹表示必： s r = 3 u 。，= 3 u ， ( 2 2 4 ) 其中l 。为短路瞧滚。 由式( 2 2 4 1 ，镣相的短路阻抗可表示为； x ：亟：受 is s f 设阻抗的标幺值为： x2 爵 则由式( 2 + 2 5 ) ，每相的短路阻抗对成的栎幺傻为： 。l s c 由式( 2 2 7 ) ，a 点短跤阻抗对应翳撂幺毽为： x ：土：上：5 。0 5 x 1 0 一。 x t 。石2 丽。t 因a 点裂b 虑菇1 3 。6 3 5 公里熬镪芯锯绞线( l g j - - 2 4 0 ) ， 0 4 f 2 k m ，则； 五2 爵x 2 = 等一枷。4 对于变压器： 即： ( 2 2 5 ) ( 2 2 。6 ) ( 2 2 7 ) ( 2 + 2 8 ) 线路藩抗为 ( 2 ，2 。9 ) x k t = n w l l ，一般r 取1 0 倍以 上的感抗( 谐振频率对应值) 。该电路可以等效成图2 。2 2 ( b ) 所示电路。图中： d 2m 2 2 - i 2 磊j 夏；。；趸f 五 r j = 震，+4一l显(22a9l r 2 + n 2 x ： ) 2 i t i 丽l “f2炎，+一嚣 ) r 匿2 2 。2f 8 ) 单调谐滚渡瓣图2 ：。2 ( b 等效亳雅 式中”为举调谐滤波器的调谐次数，x 。为电感的基波感抗。因r 硝。 上式可篱诧为： 批 尺r = r p + 华( 2 2 2 0 ) 可见，g 入与电感著驳熬电阻，只鬻电阻足够大，对整个支鼹的感挽影 幸 响不大，即电路的调谐特性基本不变。与不并联电阻的电路相比，相当于引 入了一个附加电阻串联在电路中。这样滤波器发生并联谐振时，电流放大倍 数会有所抑制，其品质因素降低，通频带加宽，对滤波效果有一定的影响， 同时损耗增大。 这种方法与第一种方法相比，在获得同样的滤波特性和电流放大倍数条 件下，减小了损耗。这里只考虑基波损耗。为了达到相同的滤波效果及电流 放大倍数，采用第一种方法时，无源滤波器所增加的损耗为消耗在附加电阻 h2 ；月上的能量，采用第二种方法时，增加的损耗为消耗在电阻z ；r 上的 能量。由于滤波器的基波下的阻抗主要决定于l 、c ，这样两种方法中附加电 阻的损耗为： p l ：i 监 月b 吖等( 2 2 2 1 ) 显然只= n 2 只，可见采用第二种方法，滤波器的损耗大大降低。 并联电阻取值越小，抑制谐振效果越明显，滤波效果变差，有功损耗增 加。反之，当其值较大时，对滤波效果及有功损耗影响较小，但抑制谐振效 果不明显。在该电源系统滤波装置主电路设计中，采用后一种方法，抑制串 并联谐振。 在工程中，抑制串、并联谐振还有一种措施是设置谐振次数的滤波器， 以降低相应次数下的电压和电流放大倍数。 2 2 7 4 滤波装置串并联谐振的校核 滤波补偿控制系统根据电网的无功增加量确定投切的支路数，具体投切 顺序为：51 71 1 1 l 一1 12 52 72 ，在退出补偿时按照相反的 顺序进行切除操作，因此串并联谐振的校验应该针对各种滤波器输出组合分 别进行，存在如下6 种情况，即有l 条支路直到6 条支路投入电网进行补偿。 图2 2 3 到图2 2 - 8 为这六种情况下的谐波放大情况，其中纵坐标i k s 。i 为电网 中的谐波电流放大倍数，横坐标h ，为谐波次数。 从图中可知，在某些频率下谐波放大是不可避免的，对其抑制一方面通 过降低放大倍数来实现，在本文的滤波器设计中采用了电抗器两端并联较大 阻值的电阻等方法以减小谐波电流的放大倍数；另一方面通过优化参数，使 得谐振点远离系统的谐波电流或谐波电压次数，因e a s t 电源系统谐波源为 整流装置，特征谐波基本为奇次谐波，如触发脉冲不规则可能会存在一定次 数的偶次谐波，所以在设计时将可能存在的谐振次数远离整数次，避免电网 与滤波器之间的串并联谐振。 陋l ： 0 0 ：，鄹 1 0 吲i 0 o o ； ；l i j i| ，| 1 7 f ； ii 强； 乙爿 | 、，一 图2 2 3 投入1 条支路时的电网中谐波电流放大倍数 鞯 | | | i | | | 丰i 目j jl 旗彦崮崮i 萄2 2 。4 投入2 条支路时的电阏中谐波电流敞丈倍数 | l l | ￥l l 。 卅 、，7 i 【 f 一， 饥l 叫 翅2 。2 。5 投入3 基支路辩艇邀嬲中谴渡瞧淀敖太整鼗 丰# 聋辎二；二毒= 车错：丰蚓= 十骨卜卜 _ n 卜斗卜 卜 。 巴搀+ 。 = ；毒 1 b + 一 u 末。 = 。| = _ 图2 2 6 投入4 条支路时的电剃中谐波电流放大倍数 婚0 e 6 5 i 3 l e 0 l 。 m 一 。 撼垤持8 d j 0 g 型 。 ； u 一斗一* p 1 。一 一 。 一 一斗 一4 1 ； | | ! fj： “r m t r 一r 一。t 一1i _ + r - _ _ 一。_ 一- 卜一f 一一 一j 卜 十卜一呻 r * 。j 一 。 | 。 + 一 一；一，。 川 l 卜 r 旷t - r 寸rf 卜一r 硼卜 一 一r ，旷一 irrr f 一_ rr _ _ 上k 一段二匕岁过二 卜卜卜= 一卜一 图2 2 7 投入5 条支路时的电网中谐波电流放大倍数 1il l11 卜一。卜 lilli l 一- 卜f | 卜一o。_ _ l - “。r 一 卜h l i 一一1 、1 一 一一 一一 一 ii ， l lii ，卜，k r l | l “ lj345689i 口 1 1 l j 1 3 h 1 5 1h 。 l j 图2 2 8 投入6 条支路时的电网中谐波电流放大倍数 2 3 无源滤波支路的操作暂态情况分析 因e a s t 电源系统负荷是变动的，产生的无功也是经常变化的，所以要 保持系统电压稳定，必须髓负荷变化实时改变电容器组的投入量。在e a s t 电源系统正常工作情况下，6 条补偿滤波支路每小时将执行投切操作不小于4 次，投切操作比较频繁。而投切电容器组会出现两个问题：一是投入时有很 大的涌流和过电压；二是切除时因断路器重燃产生过电压p ”。这些操作过电 压会对设各的绝缘造成冲击，其中对电容器极间绝缘影响最大。本节将通过 s i m p l o r e r 仿真计算对合闸涌流及过电压和分闸过电压进行分析。 2 3 1 关合滤波支路时的涌流和过电压 关合滤波器时会出现高频涌流和操作过电压。这种涌流由工频部分和高 频部分组成，如数值太大会对开关、电容器等电器设备造成危害，造成开关 触头熔焊烧损，导致电容器极间绝缘的老化和损坏。实测表明，合闸电容器 的涌流为正常运行电流的5 到2 0 倍，一般为5 到1 0 倍。操作过电压一般不 的涌流为正常运行电流的5 到2 0 倍，一般为5 到1 0 倍。操作过电压一般不 3 3 2 2 2 l l 越过2 倍【2 5 1 。 分析袭鹱关舍电容器对涌流和邋电压与合闸相位角有关，磁电压蜂假处 台闸时涌流与过电压最大。丽对三相而言，无论何时合闸，总有一相对应于 蜂毽黠逐，考虑最繇劣。凑壤，裂溪滚壤夫篷及掇荡频率霹表示势f 2 司： 小“，+ 雁，矗= ，辱 仁，t ， 上式中x 。为电容器组每相的容抗，x ；为电力系统的感抗，i 。为电容器组 正常工作时额定电流的峰值。 翔电容器上静袋篷蔻u o ，接簸器三褡完全两期台阐，赠在电压蜂值鳃台 闸时，电容器上的过电压可袭示为f 2 6 】： 其中u 。为电力系统相电压最大值。由上式可知，糟u o 与u 。极性相同， 则u 。 2 u 。，即过嗽压低于鼹倍；反之若u o 与u 。极性相反，则霹能出璁大 予两待静_ i 菠电压。从安全角度考虑，魄容器组都装有救魄线圈，瀚雨一般w 以认为电容器的残愿约等于0 ，即u 。w0 。由式( 2 3 2 ) ，此时电容器上的最商 过电压为： u v m = 2 玑( 2 3 _ 3 ) 如三桷不同期食阕，先念一相踺魄路不邋，等第二摆会上，穰当予缕魄 篷对两个串联电容嚣舍阐，遗时每楣畿大过电隳为： 一 1 2 4 3 k 奎= 4 3 瓯( 2 。3 4 ) z 到第三相再合时，过电聪大小与第三相合闸瞬时值、相位，以及先台上 两相电容的电压大小和相位有关，最大过电压会出现大予2 倍的情况。 在合麓过程中，若真空援簸器簸头静台阕缓i 串蛀藐不良，窭璇弹魏，在 电气上是接通一断开一接通，相当于电容器有较高残留电压时合闸，最大过 电压可能会大于2 僚，危害电容器的绝缘。 缓设51 支路投入蛰偿辩，e a s t 电源系统麴5 次谐波负蓊激注入电瀚， 且5 次支路按触器( 滗并联接触器) 在电网相电压峰值处合闸，则这时在该滤波 支路产生的涌流和含阕过电滕最大。豳2 。3 。l 、2 。3 。2 为具体的潇瀛秘过电压傍 真结果。从图2 3 1w 以得知，a 相最大涌流峰值约1 2 4 5 a ，为该种工况下正 常运行情况下电容器相电流峰值的2 倍多。图2 3 2 中的合闸过电压峰值约 1 7 。7 8 k v ，必51 支薅奄骞器凝定趣蘧蜂建筑l 。3 莲整，为魄力系绫甥宅嚣蜂 1 鬣的2 1 7 倍。 旧剐 陋“i t i 镰。 刖嘲蒯n h | 。， 蜥 i 鲻嬲骥雅 】 哆 _ 恣 图2 3 1 接触器合闸时电容器三相涌流 b i 搽 州 4 划 1 。 _ q ，3 l 。 涮l t l i f 1 f ， 2 3 2 滤波器的开断 图2 3 2 接触器合闸时电容器极问过电压 滤波器在工频下视为容性负载，容性负载分断时，由于电容器的残压， 导致开关恢复电压高，易引起操作过电压。这些过电压将影响电容器对地绝 缘及电容器的极问绝缘。 开断三相电容器组时，暂态过程与电容器组的联结方式有关，特别是与 电源中性点、电容器组中性点( y 联结) 接地状态有关。典型情况有两种： 1 电源与电容器组均是y 接法，中性点均接地。在这种情况下，每相形 成一个独立回路，暂态过程与单相电路相同。 2 ，电容器组为接法或中性点不接地的y 接法，电源中性点接地或不接 地。这种情况与上种情况有所不同，单相重击穿时会影响到其余两相。此外， 对三相电路还存在两相同时重击穿问题【2 6 。 本文所述补偿滤波系统中的电容器组为中性点不接地的y 接法，如图 2 1 3 所示。滤波器开断时，主要考虑无故障单相重燃、带故障单相重燃、两 相重燃产生的操作过电压。 2 321 无故障单相重燃 系统无故障，在开断电容器组操作时，真空接触器任一相发生重燃。 设a 相为首先断开相，此时a 相电流过零，接触器a 相触头熄弧。a 相 电容开断后，电容上留有直流分量残留电压，电压值等于电网相电压峰值。 经工频1 4 周期，b 、c 相电流为零，b 、c 相间线电压瞬时值为最大，b 、c 相回路电流过零，b 、c