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        電動(dòng)機進(jìn)行無(wú)功補償時(shí)諧波危害

        電動(dòng)機進(jìn)行無(wú)功補償時(shí)諧波危害

        電動(dòng)機進(jìn)行無(wú)功補償時(shí)諧波危害

        相交流異步電動(dòng)機具有一系列優(yōu)點(diǎn),作為動(dòng)力設備在各行業(yè)中獲得極廣泛的應用,它在運行中依靠磁場(chǎng)傳遞進(jìn)行能量轉換來(lái)工作,不僅消耗有功功率,也需要無(wú)功工率。屬感性負荷,因此功率因數較低,約為0.760.89,一般需要并聯(lián)電容器進(jìn)行補償,以提高功率因數,同時(shí)也提高了端電壓,有利于電動(dòng)機的起動(dòng)。

        電動(dòng)機進(jìn)行無(wú)功補償具有增容、節能、提高出力等優(yōu)點(diǎn),經(jīng)濟效益顯著(zhù),目前已得到推廣應用,但在推廣中,對某些可能存在的問(wèn)題(例如諧波的危害等)并沒(méi)給予足夠的重視與研究,上海坤友電氣有限公司通過(guò)下面實(shí)例說(shuō)明,電動(dòng)機進(jìn)行無(wú)功補償時(shí),若條件合適,同樣存在因諧波放大而造成的危害,應引起我們的注意。

        1.概況

        某抽水站,安裝運行3180KW電動(dòng)機,由于該站地處電網(wǎng)末端,電壓較低,電機經(jīng)常起動(dòng)困難,為了提高功率因數和電壓,用KYLBC自愈式并聯(lián)電容器(電容器回路中未串聯(lián)電抗器)進(jìn)行無(wú)功補償,但是當電容器接入電網(wǎng)運行后,時(shí)間不長(cháng),就出現電容器損壞現象,隨著(zhù)運行時(shí)間增加,損壞的電容器越來(lái)越多,當時(shí),懷疑電容器質(zhì)量不佳,就更換了電容器,但更后,仍出現同樣問(wèn)題,有關(guān)方面才懷疑是否存在其他原因,向我們提出咨詢(xún)。

        上海坤友電氣有限公司根據情況進(jìn)行分析后認為,雖然該站地處農村,附近沒(méi)有任何諧波源存在,電動(dòng)機本身一般不作為諧波負荷處理,也沒(méi)有見(jiàn)到過(guò)電動(dòng)機進(jìn)行無(wú)功補償后發(fā)生諧波危害的報導,但還是不應排除存在諧波危害的可能,應先進(jìn)行諧波測試與分析。

        2.電動(dòng)機是產(chǎn)生高次諧波電流的諧波源

        為了了解系統諧波情況,在低壓母線(xiàn)上僅有3臺電動(dòng)機的運行工況時(shí),進(jìn)行了諧波測試與分析。

        從數據可以看到,諧波電流以3次及17次為主,根據測試數據,進(jìn)行諧波功率計算后可知,3次諧波功率與基波功率方向相反,而17次諧波功率與基波功率方向相反,由此可判斷3次諧波電流系由電源的3次諧波電壓所產(chǎn)生,而17次諧波電流則由電動(dòng)機所產(chǎn)生。對其他各次諧波進(jìn)行計算,即可知16次等部分諧波電流亦由電動(dòng)機所產(chǎn)生,因此電動(dòng)機是產(chǎn)生高次諧波電流的諧波源,17次及其他各次諧波注入電網(wǎng),使電網(wǎng)電壓波形畸變,其中17次諧波電壓高達4.727%,超過(guò)了GBT145491993電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》中不大于4%的限值,同時(shí)也導致電壓總諧波率達到5.563%,也超過(guò)了不大于5%的規定。

        3.無(wú)功補償裝置投入后產(chǎn)生了諧波放大現象

        在低壓母線(xiàn)運行著(zhù)3臺電動(dòng)機的工況下投入無(wú)功補償裝置,對電容器回路進(jìn)行諧波測試,發(fā)現由于諧波放大,通過(guò)電容器的高次諧波電流很大。

        所列數據不難看出,無(wú)功補償裝置投運后,發(fā)生了嚴重的諧波放大現象,其中16次與17次諧波電流已分別達到基波電流的129.2%與237.1%,而自愈式并聯(lián)電容器國標中規定,包括諧波電流在內的允許過(guò)電流為1.3倍額定電流,因此,這時(shí)的諧波電流值是相當大的。

        同時(shí),電網(wǎng)的電壓波形畸變加劇,低壓母線(xiàn)電壓的1617次諧波電壓含有率,分別由電容器投入前的1.886%與4.727%,增大到6.998%與11.34%,母線(xiàn)電壓總畸變率亦由5.563%增大到14.71%,大大超過(guò)諧波國標的有關(guān)限制值,諧波電壓的增大,說(shuō)明注入電網(wǎng)的諧波電流也相應增大。

        諧波電壓的增大,將直接影響連接于該母線(xiàn)的各種電氣設備的安全運行,資料表明,電動(dòng)機在較高的諧波電壓作用下,將發(fā)熱燒壞,壽命縮短。

        4.電容器早期損壞的原因

        4.1畸變的電壓波形使電容器局部放電性能下降

        由于諧波的存在,電壓波形發(fā)生畸變,使電壓峰值增高,呈鋸齒狀尖頂波。圖1所示為實(shí)側的電壓波形。

        一些試驗表明,尖頂波電壓易在介質(zhì)中誘發(fā)局部放電,而且因電壓變化速率快,引起的局部放電強度也較大,這將對電容器絕緣介質(zhì)的老化起加速作用。

        電容器的局部放電性能一般可用起始放電場(chǎng)強與局放熄滅場(chǎng)強兩個(gè)參數來(lái)表征,若局放熄滅場(chǎng)強低于工作場(chǎng)強那么由于操作過(guò)電壓所誘發(fā)的局部放電就可能在工作場(chǎng)強下不能熄滅,而形成長(cháng)時(shí)間的局部放電。

        試驗表明,當電源電壓含有諧波時(shí),電容器的局部放電起始電壓和熄滅電壓均相應下降,而且當諧波含量較大,諧波次數越高,下降幅值越大。

        雖然自愈式并聯(lián)電容器國標中對局部放電性能未作明確要求,但是局部放電對絕緣介質(zhì)的影響是客觀(guān)存在的,長(cháng)時(shí)間的局部放電,必然加速絕緣介質(zhì)的老化,使其自愈性能惡化,*終導致電容器損壞。

        4.2嚴重的諧波過(guò)電流使電容器損耗功率增加,導致電容器異常發(fā)熱

        電容器的標準中,允許通過(guò)電容器的穩態(tài)過(guò)電流,應不超過(guò)電容器在額定頻率,額定正弦電壓下產(chǎn)生的電流的1.3倍,這個(gè)穩態(tài)過(guò)電流是由諧波和過(guò)電壓共同作用的結果。

        電壓沒(méi)有超過(guò)額定電壓,故過(guò)電流僅是諧波作用下的結果,現根據實(shí)際參數計算其過(guò)流情況,根據測試時(shí)基波電壓為181.5V(相電壓)諧波電流為基波電流的304.6%,電容器額定電壓400V,三相三角接法,由此可計算得其穩態(tài)過(guò)電流對額定電流過(guò)電流對電容器的影響主要是熱效應,而熱效應決定于損耗功率的大小,損耗功率與通過(guò)的電流平方成正比。

        根據電容器允許過(guò)電流條件,可計算得實(shí)際損耗增加倍率S:即電容器的實(shí)際損耗功率為允許值的3.76倍,因此,在如此大的損耗功率下,電容器將異常發(fā)熱,必然使其絕緣迅速老化而早期損壞。

        5.小結

        5.1電動(dòng)機會(huì )產(chǎn)生高次諧波,用電容器進(jìn)行無(wú)功補償時(shí),有可能會(huì )產(chǎn)生諧波放大現象,對此應引起我們的注意;

        5.2電動(dòng)機進(jìn)行無(wú)功補償時(shí),應進(jìn)行諧波測試與分析,以便采取相應的技術(shù)指施,防止諧波危害的發(fā)生。

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