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串联谐振在电力工程中的应用
2021-07-11


1 谐振造成的弊端

  谐振主要是由称为谐波源的大功率换流设备(包括化工电解整流设备)及其它非线性负荷产生,谐波源产生的谐振不但危及电网及其它电力用户而且也会危及自身,因此谐波的治理是十分必要而且有实际经济效益的。例:某化工厂由郝村站供电,站内装设三组共10.8Mvar 并联电容器,分别串联有 4.5%,7%和 12%电抗率的电抗器,分别用于限制五次及以上、四次及以上、三次及以上高次谐波放大并分别对五次谐波、四次谐波、三次谐波形成不完全滤振。投运后电容器出现严重超负荷,噪音异常,个别电容器投运不久就发生鼓包现象,而后测试发现母线谐波电压和电容器回路谐波电流严重超标,为防止设备进一步损坏,将 10.8Mvar 电容器全部退出运行。通过对赫村站进一步测试结果表明,谐波主要是来自某化工厂,不仅谐波含量高而且谐波频谱范围大(最低为二次)。经过专业人员对化工厂配电系统的接线,设备配置,运行情况进行多次调查和测试,基本掌握了情况,并对产生 2 次及以上高次谐波的原因进行了分析,制订了有效的治理方案。

串联谐振

2 如何应用串联谐振


2.1 选频

  串联谐振电路选频特性在无线电接收机的调谐电路中用来选择信号。接收机天线接收到各种频率的信号,它们在串联谐振电路中感应出相应的电动势。此时改变“可变电容”的值,对所需信号频率调整到串联谐振状态,此时回路的阻抗最小,该频率的电流最大,在可变电容器的两端的此种频率的电压也最高,而其他频率的信号由于没有发生谐振而被衰减,所以在回路中的电流很小,因此起到了选择信号和抑制干扰的作用。

2.2 滤波

  如果将梯形波或矩形波变为正弦信号,就必须滤除高次谐波,一种简便的方法就是采用:由梯形波或矩形波利用傅里叶级数展开后得到无穷多的奇次谐波交流分量,且各次谐波的最大值随谐波次数的增加而减小很快,可知,只要把梯形波或矩形波中含最大的三次、五次等谐波滤掉,就可以得到比较标准的正弦波。均对矩形波中的基次谐波发生谐振,是说滤波电路从谐振的特性可知,在对某频率的交流电发生串联谐振时,对该频率的交流电阻抗最小,而在发生并联谐振时,对该频率的交流电动机阻抗最大。

2.3 特点

  电压波形好。串联谐振是在接近全谐振状态下耐压的,当被试品中绝缘弱点被击穿时,电路失去了谐振条件,因此短路电流立即下降为试验电流的数十分之一,高电压也立即消失,电弧即刻熄灭。而采用传统的试验方法,短路电流将非常大,且试品可能会与试验变压器形成串联谐振产生相当高的过电压,这两样对试品和试验设备非常不利。体积小、重量轻,适合于现场使用。由于试验电源的容量大大降低,重量也相应减轻,且省去笨重的调压器,这样便于运输,现场试验电源也便于解决。接线方便、操作简单,电压和频率调节既连续可调,又能粗调和细调,分辨率高且稳定性好。

3 10kV 试验方法及原理

  随着电力系统的不断发展,系统容量和电压等级的不断增加,对电气设备的试验方法更待改进。因为,按照试验规程,电力设备预防性试验规程要求,必须对电气设备进行交流耐压试验,就需要一个高电压源。以往得到高电压的方法是用一个大变比电压互感器 进行工频升压。用这种升压方式,由于所用设备体积大而笨重,必须使用吊车进行移动和安装,所以,现场试验极不方便。而基于串联谐振原理设计的一种新的升压装置,不仅很好地解决了试验设备笨拙的问题,且较好地完成了电气设备中的耐压试验。用串联谐振升压装置对同样设备进行试验,只需用节电感、节电容及一些小的辅助设备。试验时将每组电容并联得到,再与电感串联,通过积木式相互搭接方法组装,便可完成试验项目。该套试验装置与大变比电压互感器的成本非常相近,不到十万元,然而应用串联谐振升压装置可省去每次试验中的过多开销并避免试验中的困难。所以串联谐振升压装置具有较好的经济性和实用价值,已经开始在工程试验中推广。由于,被试品的参数会影响原串联电路的特性,应该分析和考虑Cx 与 C、Co 及 L 的关系,以使电路发生谐振,L、C 的调节可使电路达到谐振点。可以看出,串联谐振式试验系统虽然解决了装置笨拙的缺点,但在测试不同的器件时,需要事先根据谐振原理计算出 L和 C 的取值。利用串联谐振装置,可方便地进行变压器交流耐压试验,但不同的是,变压器对地电容较大调谐时其电容值要计入其中,而对地电容很小,调谐时只需考虑仪器本身谐振条件。并且变压器一次侧和二次侧的参数特性也有较大区别,为此,需要准确地计算和设计测试系统中所取的 L 和 C 值。

4 总结

  本文就串联谐振在 10kV 电力工程中技术管理应用进行了简略分析,配电站需要在滤除谐振的同时提出了一种串联谐振注入式。本文提出的串联谐振注入式能有效地补偿无功功率和抑制谐波电流,可靠性较高、抗干扰能力强,而且具有良好的经济和社会效益,是一种具有很大应用前景的电力系统综合补偿装置。

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