作为无功补偿装置,电力电容器是解决系统无功储备不足、提高功率因数、提高电压质量、确保电网安全经济运行的重要措施之一。随着电力系统中广泛应用的可控流量设备、变流装置、电弧炉等非线性负荷,不仅消耗了大量的无功功率,而且产生了大量的高谐波,导致电力系统电压和电流的严重畸变,从影响系统的运行效率到损坏电气设备,甚至危及电力系统的安全运行。据统计,电容器约占谐波损坏的40%。因此,研究和分析波对电容器的危害和保护指标具有重要的现实意义,谐波的危害主要有以下两个方面。
1.谐波过载
由于电容器的容抗与频率成反比,在高谐波作用下的容抗远小于在基波作用下的容抗,即使谐波在电压中所占的比例不大,也会产生明显的谐波电流。特别是当电容器电容和电网的谐振频率等于或接近谐波重量时,会产生谐波电流放大,谐波电流可放大10-20倍,使电容器过载两倍,导致电容器鼓损坏,甚至设备不能正常运行。
谐波电流叠加在电容器的基波电流上,增加电容器的运行电流的有效值,增加温升,甚至导致过热,降低电容器的使用寿命或损坏。
2.谐波过电压
谐波电压叠加在电容器基波电压上,不仅增加了电容器运行电压的有效值,而且可能增加了峰值电压,使电容器在运行过程中的局部放电无法熄灭,这往往是电容器损坏的主要原因。
随着谐波电压的增加,会加速电容器的老化,增加电容器的损耗系数。附加损耗增加,容易发生故障,缩短电容器的使用寿命。另一方面,当电压波形变形时,尖顶电压波容易诱发介质局部放电,由于电压变化率大,局部放电强度大,可以加剧绝缘介质的老化,缩短电容器的使用寿命。一般来说,每升10%的电压缩短电容器的使用寿命约为1/2。
为了消除谐波的影响,库克库伯使用的有效措施是将一定值的电抗器串联在电容器电路中,即对n次谐波产生滤波电路。在实际操作中,三次.5次.7次谐波的重量往往较高,这是电容器波电路的主要目标。12%电抗器串联形成三次谐波滤波器,6%电抗器串联形成五次谐波滤波器。11%和4%的目的是使电容器电路阻抗感性,避免电容器在完全谐振时过电流。