叢潔 劉鵬 張大偉

【摘要】本文通過查找攜帶型發(fā)電機(jī)輸出電壓質(zhì)量為測試并聯(lián)電容器所帶來的一系列問題，闡述了高次諧波產(chǎn)生的原因、數(shù)學(xué)分解法、計(jì)算及對電容器測量的影響，通過制作可分級調(diào)電感線圈和電容器的濾波裝置，提出了改善發(fā)電機(jī)電源輸出質(zhì)量的有效方法，為電力系統(tǒng)今后在使用攜帶型發(fā)電機(jī)進(jìn)行測試方面提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電機(jī)；諧波；濾波裝置；電容器；測試精度

由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地理環(huán)境的不同，有些變電站分布比較分散。當(dāng)變電站內(nèi)全部停電時(shí)，在對該變電站電氣設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)，所需試驗(yàn)電源僅由攜帶型汽油發(fā)電機(jī)提供。這些攜帶型發(fā)電機(jī)電源質(zhì)量往往無法滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》GB/T14549-93對并聯(lián)電容器測試的諧波的要求，在進(jìn)行66kV變電所并聯(lián)電容器測試中就暴露出一系列問題。為了解決類似問題，我們通過實(shí)踐制作了可分級調(diào)電感線圈和電容器的濾波裝置，提出了改善發(fā)電機(jī)電源輸出質(zhì)量的有效方法，為電力系統(tǒng)今后在使用攜帶型發(fā)電進(jìn)行測試方面提供參考依據(jù)。

1.存在問題分析

在某66kV變電站全部設(shè)備試驗(yàn)中，供電電源由攜帶型發(fā)電機(jī)提供，全部的試驗(yàn)項(xiàng)目包括絕緣電阻、工頻耐壓、直流泄漏、介質(zhì)損失角電容量、直流電阻試驗(yàn)等。在對58臺并聯(lián)電容器做電容量試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)并聯(lián)電容器的電容量全部超標(biāo)，其誤差范圍均在+18.09%～+27.56%之間，超過標(biāo)準(zhǔn)（-5%～+10%）要求。通過查找原因，先后排除了人為因素、表計(jì)誤差、被試設(shè)備損壞因素。最后通過分析認(rèn)為攜帶型發(fā)電機(jī)的電源輸出存在很嚴(yán)重的非正弦波含量。

2.高次諧波產(chǎn)生的原因及對電容器測量的影響

2.1攜帶型發(fā)電機(jī)電源輸出非正弦量的來源

在制造發(fā)電機(jī)時(shí)，總是盡量使它產(chǎn)生的電動勢是正弦量。但電機(jī)的電樞表面有槽、有齒，以致沿電樞表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小做不到按真正的正弦函數(shù)規(guī)律分布，所以感應(yīng)電動勢不是理想的正弦量。在非正弦電勢的作用下，電路中就產(chǎn)生非正弦電流和非正弦電壓。

2.2電路中諧波分量對測量電容器的影響

在進(jìn)行電容器測試中，影響電容器測試精度的因數(shù)有電源頻率f、電壓U和電流I等。在實(shí)際測量中，通過頻率表和電壓表所測量的發(fā)電機(jī)輸出頻率和電壓對并聯(lián)電容器測試誤差的影響在±5%左右，而由于發(fā)電機(jī)電源輸出高次諧波的干擾，造成對并聯(lián)電容器測試誤差達(dá)到+18.09%～+27.56%，其中三次諧波的影響最嚴(yán)重。

3.并聯(lián)電感、電容對抑制電源非正弦量的作用

3.1電感、電容對發(fā)電機(jī)輸出電源非正弦量的抑制作用

與負(fù)載串聯(lián)的電感元件對直流和低頻交流起導(dǎo)通作用，對較高頻率的交流起抑制作用。電子電路中常用串聯(lián)電感的辦法改善電流和電壓的波形。并把所用電感元件叫做濾波電感。如果負(fù)載本身具有電感，即使不另外串聯(lián)電感，它本身也起改善波形的作用。而當(dāng)阻性負(fù)載并聯(lián)電容后，電容元件對直流起隔斷作用，對低頻電流起抑制作用，對高頻電流起導(dǎo)通作用。電容支路中的電流比電壓含有更大的高頻分量，總電流就比端電壓含有更大的高頻分量。

3.2抑制攜帶型發(fā)電機(jī)高頻諧波電源輸出的思路

提高便攜式發(fā)電機(jī)輸出電源質(zhì)量主要從穩(wěn)定輸出電壓和頻率、消除或降低高次諧波等方面來入手。第一采用“π”型濾波裝置，把電感線圈制作成可調(diào)整電感的多抽頭穩(wěn)壓裝置，降低攜帶式發(fā)電機(jī)電壓的三次諧波。第二固定發(fā)電機(jī)調(diào)速機(jī)構(gòu)，避免運(yùn)輸中發(fā)生震動，每次使用前要測量電壓和頻率，從而解決發(fā)電機(jī)電壓和頻率不穩(wěn)定問題。第三采用“帶阻”和“帶通”濾波電路，制作可調(diào)節(jié)電容的帶通濾波裝置，進(jìn)一步降低發(fā)電機(jī)的五次、七次諧波。第四根據(jù)系統(tǒng)并聯(lián)電容器電容量大小事先通過系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)兩種電源進(jìn)行測試，根據(jù)測試誤差計(jì)算比較，計(jì)算出現(xiàn)場采用發(fā)電機(jī)實(shí)際測量電容器的誤差。

3.3濾波裝置的基本原理

濾波裝置基本原理主要是基于帶阻或帶通濾波電路原理研制而成的，其屬于無源單調(diào)諧波，諧波濾波器由電容、電感、電阻（內(nèi)阻）組成，特點(diǎn)是諧帶窄，主要功能是對發(fā)電機(jī)電源產(chǎn)生的高次諧波有良好的抑制作用。

4. 對策實(shí)施及效果檢查

4.1采用“π”型多抽頭電感線圈有效地降低三次諧波

使用多抽頭電感線圈根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整濾波電容器后，有效地降低了三次諧波的影響，其中，一號發(fā)電機(jī)經(jīng)過測試其電壓由原來的29.34%下降到6.73%；電流由原來的3.36%下降到1.42%；二號發(fā)電機(jī)其電壓有原來的電壓有原來的19.60%下降到3.05%；電流有原來的3.36%下降到1.42%；其技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了現(xiàn)場測試并聯(lián)電容器所需要的電源標(biāo)準(zhǔn)。采用攜帶型發(fā)電機(jī)采用該濾波裝置對并聯(lián)電容器進(jìn)行現(xiàn)場測試后，其誤差由原來的+47.32%～+22.64%，下降到±6.10%以內(nèi)。該濾波裝置對攜帶型發(fā)電機(jī)電源輸出的三次諧波降低非常明顯，與采用系統(tǒng)電源測試誤差比較其測試精度滿足生產(chǎn)要求。

4.2帶通濾波裝置對五次、七次諧波的降低

制作可分級調(diào)節(jié)電容量和電感線圈的“帶通”濾波裝置，可有效地減少五次、七次諧波的影響。如表一所示，其中一號發(fā)電機(jī)輸出五次電壓諧波有原來的12.63%下降到現(xiàn)在的7.97%；七次電壓諧波有原來的4.88%下降到現(xiàn)在的2.07%。

從表一可以看出，采用帶通濾波裝置后，又能有效地降低其他高次諧波的含量，這對進(jìn)一步提高并聯(lián)電容器測試精度起到了關(guān)鍵性的作用。

5.結(jié)論與建議

非正弦電壓、電流對測量并聯(lián)電容器的影響很大，對經(jīng)常使用攜帶型發(fā)電機(jī)的用戶，要對發(fā)電機(jī)輸出電源質(zhì)量進(jìn)行諧波測量，以便在應(yīng)用到其他精密電子儀器中做到心中有數(shù)。針對電力系統(tǒng)中不同容量的電容器采取可分級調(diào)節(jié)的電感濾波裝置對抑制三次諧波非常有效，但在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)被檢測電容量進(jìn)行調(diào)節(jié)電感量，以達(dá)到降低三次諧波和改善發(fā)電機(jī)輸出電源質(zhì)量的目的。建議在購置攜帶型發(fā)電機(jī)時(shí)，對攜帶型發(fā)電機(jī)電源質(zhì)量的諧波分析，通過對發(fā)電機(jī)電源輸出的諧波分析，來確定發(fā)電機(jī)制造質(zhì)量好壞。

通過上述的數(shù)據(jù)分析得知，影響攜帶型發(fā)電機(jī)輸出電源質(zhì)量的主要因素是高次諧波的影響，通過制作濾波裝置和采取其他措施來達(dá)到改善發(fā)電機(jī)電源質(zhì)量的目的，在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中也充分得到驗(yàn)證。該項(xiàng)成果改善了發(fā)電機(jī)的電源質(zhì)量問題，提高了并聯(lián)電容器測試精度，為改進(jìn)攜帶型發(fā)電機(jī)制造和應(yīng)用提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]國家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》，GB/T14549-93.

[2]林海雪，孫樹勤.電力網(wǎng)中的諧波[M].中國電力出版社，1998.4.