由于愈来愈多的采用大容量晶闸管整流器作为拖动和直流电源,其高次谐波对于系统的影响日益增加,尤其对并接于系统的电力电容器,高次谐波可能使电容器过负荷,有时可达几倍以上。
一般采用的消除措施有下述几种:
(1) 增加整流相数,消除低高次谐波分量。晶闸管整流装置交流电源侧含有的高次谐波电流可用下式表示:
(3-8)
式中 In——高次谐波电流 (A);I1——基波电流 (A);
n——谐波次数;
Kn——由控制角a和重叠角r确定的常数,当重叠角r为零时,Kn＝1;
q ——整流相数,即整流电压脉动次数;
K ——任意整数。
由上式可知高次谐波电流与整流相数有关,相数增多,高次谐波的最低次数变高,而谐波电流的幅值却变小。一般使用的可控硅整流装置,大部分是6相,为了降低高次谐波电流,可以改用12相或36相。当采用12相整流时,高次谐波电流只占有全电流的1%,采用36相时则更小。
(2) 当两台以上整流变压器由同一段母线供电时,可将整流变压器的一次绕组分别交替接成星形和三角形,这样5次、7次谐波可互相抵消,而只需考虑11次、13次谐波的影响。
(3) 装设由电容电感串接组成的高次谐波滤波器,分别对各次谐波串联谐振,从而去掉电源上高次谐波电压分量。滤波器都并接在整流变压器一次侧电网上。
(4) 在电力电容器回路中串联一组电抗器,其感抗值的选择,应满足在可能产生的任何谐波下,均使电容器回路的总电抗为感抗而不是容抗,从而根本上消除了产生谐振的可能。电抗器感抗值按下式计算:
(3-9)
式中 Xc——电力电容器的基波容抗(Ω);n——可能产生的最低谐波次数;
K——可靠系数,一般取1.2～1.5。
对6相整流线路,n=5,则
(3-10)
为了防止可能出现的铁磁谐振,一般宜采用无铁芯的电抗器。电抗器的额定电流应稍大于电容器的实际电流。但应注意,由于串联电抗器的结果,加于电容器上的端电压升高,其值为:
(3-11)
式中 Ue——系统额定电压 (V)。对于5次谐波,端电压升高可达107%。所以电容器的额定电压应稍高于系统电压。对于6.3kV系统应采用6.6kV的电容器; 对10.5kV系统应采用11kV的电容器。
(5) 为了防止并联谐振的危害,采用高于系统电压10%的电容器直接与整流器并联,这样谐振频率的谐振电流虽然可能达到电容器基波电流的1.45倍(也就是均方根电流之和可达到基波电流的1.45倍),但由于系统电压低于电容器的额定电压,因而基波电流为额定电流的90%,均方根电流之和为额定电流的1.3倍左右,也就是没有超过电容器的允许电流值。但应校验是否会产生串联谐振而造成严重过负荷的可能。此外,这样做的结果,较多地损失掉电容器的容量 (实际系统补偿的无功负荷为电容器额定容量的81%),因此,必须经过技术经济比较再确定。
(6) 根据既定条件适当的选择电容器安装地点和容量,使之避开谐振条件,在可能条件下这样做是最经济的。不过,在运行中由于系统阻抗变更,仍然可能出现谐振。