变压器直流偏磁对无功补偿电容器的影响

2016-06-02鲁菲菲赵明中电投河南电力有限公司技术信息中心河南郑州450000

中国科技纵横 2016年1期

鲁菲菲赵明(中电投河南电力有限公司技术信息中心,河南郑州 450000)

变压器直流偏磁对无功补偿电容器的影响

鲁菲菲赵明
(中电投河南电力有限公司技术信息中心,河南郑州 450000)

【摘要】变压器在运行过程中经常会出现直流偏磁情况,这就会造成无功补偿电容器运行异常,其中最为常见的就是电流谐波异常。电流谐波异常更会造成无功补偿电容器运行故障,严重影响着电力系统的稳定运行。我国直流变电技术的发展,对变压器直流偏磁特性的探讨就显得尤为重要。此次研究主要探讨直流偏磁对无功补偿电容器的影响因素及其补偿办法。

【关键词】直流偏磁无功补偿电容器

随着我国电力行业的发展,直流变电技术的应用范围开始不断扩展,当高压直流电以单极大地做回路时则容易造成直流偏磁。直流偏磁一方面造成变压器损耗过大,另一方面又会造成无功补偿电容器运行负荷过大[1]。直流偏磁会加剧无功补偿电容器的负荷量,影响电网系统的安全,因此为保证整个电网系统的平稳运行,必须充分了解直流偏磁的特性,采取相关的补偿措施。

1 并联无功补偿电容器电流谐波放大研究

1.1 并联无功补偿电容器电流谐波等值电路的分析

电力系统的电流谐波源来源为电流谐波电源流,即为电流谐波电流源和并联无功补偿电容器的等值电路系统图。随后对并联无功补偿电容器的电流基波放大程度进行分析,设定无功补偿电容器未联合串联电抗器,排除电阻的影响,设定无功补偿电容器支路与电力系统的电流谐波电抗比值为α,则:

当α=-4时,电力系统的谐波电流放大倍数为2倍,当α=-1时,无功补偿电容器支路的电流被放大2倍,当α=-1时,电流谐波负荷达到最大值。显然,当电流谐波次数位于-4～-1时,电流谐波被放大到最大值,这一区域即被称为电流谐波最大放大区域。

1.2 串联电抗器的研究

图1 电流励磁支路仿真计算模型

图2 自耦变仿真设计模型

表1 不同无功补偿电容器投入与谐波电流变化情况(A)

串联电抗器是电力系统无功补偿电容器的重要组成部分,其根本作用是对电流谐波起到抑制作用,假设电力系统的无功补偿电容器有串联抗电器,排除电阻的影响,则电抗比α为:

由此可知,在无功补偿电容器中加入串联电抗器后,电流谐波次数明显降低,电流谐波的宽度开始缩小,其缩小范围可达严重放大区的宽度。

1.3 不同抗阻条件下电流谐波特性分析

一般而言,电力系统的无功补偿电源都会安装在电力系统的各级变电所中,其安装比例约占50%[2]。在电力系统与无功补偿电容器相互连接后,就会形成具有固定频率的电流谐波谐振回路。当电力系统的运行方式或者电力系统的结构发生变化时,无功补偿电容器的容抗也会发生一定的变化,在这种情况下电流谐波谐振回路的频率也会发生变化。

2 无功补偿电容器电流谐波影响因素研究

在此次研究中,为有效探讨无功补偿电容器电流谐波影响因素,设定两个仿真计算模型,即电流励磁支路仿真计算模型,自耦变仿真设计模型,详见图1,图2。

2.1 直流电流的影响

随着无功补偿电容器的应用,两种仿真计算模型中的直流电流开始发生变化,无功补偿电容器的电流基波和三次电流谐波的分量没有发生变化,其根本原因是励磁电流的变化不会带动电流基波和电流谐波的变化。第二次、四次和五次的电流谐波则随着直流电流的增加呈近似直线的方式增加,其中第二种仿真设计模型的第四次电流谐波增加最快,其原因是第二种仿真设计模型的第四次电流谐波的阻抗值最小。随着电流谐波的增加,无功补偿电容器上电流有效值也随之变化。由于第一种仿真设计模型的电流谐波含量不大,所以无功补偿电容器的电流有效值也就相对较小。第二种仿真设计模型的电流谐波含量变动幅度较大,所以无功补偿电容器的电流有效值的变动幅度也就相对较大。

2.2 并联无功补偿电容器组合的影响

对于三组并联的无功补偿电容器,其投入顺序一般为当无功补偿不足时投入第一组,第一组无功补偿不足时投入第二组。当第二组无功补偿不足时投入第三组。设定中性点的电流为27.5A,对无功补偿电容器的投入组合进行仿真模型计算,详细数据见表1。