摘要：根据电能质量谐波测量数据，分析3次谐波放大后对电容器组不平衡保护造成的影响。
关键词：3次谐波 零序分量 电抗率 谐波的放大
前言：
由于我局下属直供用户的不断增多，其负荷主要为钢厂炼钢，其整流装置在燃弧间隔不均匀时，通常产生3次奇数倍谐波，加上实际中各站变压器也是一个以3、5次谐波为主的谐波源，故在我局电网中3次谐波普遍存在。
一、测试背景：
某某变电站1、2号主变、10kV分段开关运行，10kV钢厂负荷已迁移，基本为零。10kV系统中存在一定的3次谐波分量①。
二、测试数据：
电容器组电流测量结果（均为单投测量）
站名 |
电容器组编号 |
电抗率（％） |
相别 |
基波电流（A） |
各次谐波电流含有量（A）及电流总畸变率(%) |
2 |
3 |
5 |
7 |
9 |
THDi |
某某 |
1 |
6 |
A |
378.7 |
0.79 |
13.78 |
15.12 |
1.83 |
0.73 |
7.97 |
B |
382.9 |
0.76 |
20.44 |
12.15 |
1.55 |
0.76 |
10.21 |
C |
376.9 |
0.69 |
7.94 |
12.33 |
1.59 |
0.66 |
5.87 |
2 |
12 |
A |
346.0 |
2.18 |
8.01 |
3.69 |
1.04 |
0.31 |
5.13 |
B |
354.2 |
2.62 |
7.7 |
3.21 |
0.9 |
0.31 |
4.22 |
C |
346.9 |
2.28 |
3.42 |
2.66 |
0.97 |
0.24 |
3.77 |
（表一）
某某变1、2号电容器电容器的THDi最大分别为：10.21、5.13，3次谐波电流含有量分别为：20.44A、8.01A。对比发现，串联电抗率为6％的电容器组3次谐波电流含量远比12％的电容器组要大。
三、数据计算：
以上数据可以看出，在相同的测试背景下，3次谐波模值明显是三相不平衡的，即至少有两相模值明显不相等。分别计算1、2号电容器在3次谐波电流作用下的零序电压分量：
1号电容器组：
1、当电容器各相电容量平衡，其每相电容器基波频率的容抗为：
＝
＝17.53Ω
2、3次谐波时的阻抗
3、当流过电容器三相的电流
分别为13.78A、20.44A、7.94A时，其在电容器上产生的相电压：
假设A相电压为参考②：
=80.47∠0°V
=119.37∠-120°V
=46.37∠120°V
其零序分量为：
=
++=（46.37∠120°+119.39∠-120°+80.47∠0°）
=63.28∠87.75°V
2号电容器组：
1、当电容器各相电容量平衡，其每相电容器基波频率的容抗为：
＝＝20.6Ω
2、3次谐波时的阻抗
3、当流过电容器三相的电流分别为8.01A、7.7A、3.42A时，其在电容器上产生的电压：
假设A相电压为参考：
=55.03∠0°V
=52.9∠-120°V
=23.5∠120°V
其零序分量为：
=++=（23.5∠120°+52.9∠-120°+55.03∠0°）
=30.52∠-56.53°V
在相同的测试背景下，1号电容器由于电抗率的不同，其在3次谐波电流作用下的零序电压分量比2号电容器的要大
四、推论分析
在电容器组实际运行当中，电容器组不平衡电压保护的开口三角由于零序分量的存在具有一定的电压值。当各谐波源分别注入电容器的谐波电流为一定时，由于实际上谐波分量相位、幅值的不确定性等因素，在3次谐波幅值经叠加后差异较大并经电抗率为6％的电容器放大后，从开口三角反映出的零序电压（3U0）幅值也随着变大，超过门坎值时，会造成保护动作。导致电容器组不能正常投入运行。
五、结论
通过上述测量分析，我们应当重视3次谐波对电容器的影响，在电容器补偿装置串联电抗率的选择上应根据电力系统谐波的实际情况进行合理选择，以尽量避免可能发生的谐波放大问题，确保电容器组的安全运行。
参考文献：
1、电能质量分析与控制 肖湘宁主编 中国电力出版社
2、电力系统谐波—基本原理、分析方法和滤波器设计 （奥地利）George J. Wakileh著 机械工业出版社
3、电能质量 公用电网谐波 GB/T 14549-93
4、并联电容器装置设计规范
5、3～110kV电力系统继电保护整定规程
注解：①测试背景：某某变电站10kV钢厂负荷已迁移，基本为零。
②低次谐波分量的相位角在实际当中与基波分量的相位角相差不大，故取A相0°
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