摘要：随着电力系统负荷的不断增长以及电力电子技术的广泛应用，大量非线性负荷的投运导致谐波大量流入电力系统，使得电网电压发生畸变。供电网络中存在非线性用电设备产生的稳态性高次谐波源，还存在变压器、电容器投切过程产生的暂态性高次谐波源。即使生产负荷较平稳，多种谐波的存在，加之网络中的变压器、电抗器及高压电容器、电缆线路等，又为这些参数的耦合提供了机会。鉴于此，文章结合笔者多年工作经验，对基于谐波分析的高压并联电容器组保护研究提出了一些建议，仅供参考。
关键词：基于谐波分析；高压并联；电容器组；保护研究；
引言
谐振在电网中时有发生，其中影响最大、发生几率最多的是电容器支路的容抗和感抗以及与系统感抗耦合发生的谐振、谐波放大，从而产生过压或过流，引起熔断器熔断、继电保护动作、开关跳闸等。
1、谐波采样
电容器谐波保护装置需提供单次谐波电流、单次谐波电压、全电流、全电压等谐波保护功能，因此测量值除计算基波外，还需计算2～13次谐波。由于常规保护一般只要测量基波值，而谐波保护需采集高次谐波，因此需要对采样回路的滤波器进行重新设计。根据采样定理，采样频率必须大于被采样信号带宽的两倍，为了能正确测量至13次谐波，要求微机保护每周谐波采样点数不能少于32点，在进行谐波电流、电压计算时，需修改保护的采样速率。电容器谐波保护装置AD转换电路采用二阶巴特沃斯滤波器，并配置有16位、16路的高速同步采样AD芯片，构成模拟数字量转换采集系统。该装置共提供有14路的交流采集通道。为了提升该装置采样的可靠性，第13～14路用作重复采样的通道，并在电路上使用了AD芯片到CPU之间的串联数据通道的校验机制，进一步提升采集系统的可靠性。该装置每周谐波采样48点，可快速准确计算出2～13次谐波分量。
2、谐波的产生和危害
发电:向供电网注入谐波电流的非线性电气设备称为谐波源。电网中使用的传感器电流供给是多个谐波源的集合。机柜中感应电机的三相全波跳线适配器。发射机侧的电压波是正弦波，电流是傅里叶多项式展开的矩形、正、负波。单元吸收网络中的谐波电流。电源电压中的脉冲频率增加，机柜电压也必须包括在机柜电压的接地中，从而导致电网电压波形失真。2)晶体管更换时，发射机的开机电流不能立即提高到稳定值，关闭的晶体管电流不能立即降低到零，因为相位间存在短路时间，导致电压波“峰值”，导致电压畸变和谐波。3)平板波阻抗与逆变的影响:平板波阻抗装置不能完全保持电流平坦，逆变对电流的影响不容忽视，可能导致谐波。4)三相交流电源不完全对称，使得电压畸变和流量分量更加复杂。驱动线路供电脉冲频率的结果是主谐波源。作为低功耗电压峰值，避免电压峰值所产生的谐波电流必须首先通过避免谐波电流来启动。危害:1)对电气设备的影响。电机产生反向转矩，从而导致电机酸痛、额外损耗和转子温度升高。这尤其影响发电机输出，从而产生电机功率因数和最大转矩。2)谐波导致功率因数恶化。谐波电流的平均值为零，即谐波电流为电流，谐波的存在导致电网功率因素恶化。
3、基于谐波分析的高压并联电容器组保护研究
3.1电容器组谐波保护测控装置
（1）组态软件：对保护测控装置软硬件资源进行配置，通过可视化组态软件对定制的功能模块进行组态，实现整个保护测控装置的逻辑控制；（2）采样模块：对电容器组的模拟量输入以固定采样频率进行电流、电压采样；（3）开入量输入模块：用于检测断路器、隔离刀闸等位置状态信息；（4）主控模块：通过外部采集的交流量和开关量，执行组态软件生成保护、测控功能逻辑；（5）开出模块：通过继电器操作断路器及隔离刀闸，发送动作、告警信号。
3.2串联电抗器的选择
电容器在谐振频率上产生一个阻抗值稍低(理论上为0)的串联谐振回路，当组合谐振频率与电网特性频率相匹配时，该回路成为滤波回路。如果只吸收少量共振波，则称为失效冲击阻尼回路。非谐波滤波器旅行的主要目的是避免几乎没有效果的增强谐波频率，组合谐振频率通常低于网络的最低特征共振频率，即基准频率的3.8~4.2倍。该值以xcc电容电阻的百分比(x%)或QC电容输出端的百分比(x%)表示，通常为电容电阻或电容容量的6-7%。级联频率的计算方法如下:vr=wr/w1=10/Ix，如果选择x=6%，则共振频率vr=4.08。脉冲频率仅适用于必须输入线路供电的较低频率，容器容量基于预防功率因数。比如说五个和声。电阻抗5冲击电压(感应电动性电活动XL=6%xc)XL5=5(6%xc)=30%xc电容器抗5冲击电压(XC5=xc/5=20%XC)意味着开关柜在5冲击波下的电阻大于电阻(尤其是在5个或更多周期内)。根据阻抗调节原理，谐波电流不流入主干道，实际上排除了系统中谐波共振的风险。
3.3加强其他管理措施
（1）加强电容器工艺管控。应将电容器在设计制造阶段和生产管控环节已经存在的问题，列为重点监督、检查以及抽检对象，增加质检环节有针对性的试验和抽检力度；针对以往未出现问题部位也应加大抽检力度，提高警惕；针对出现的2种不同的组装工艺，建议相关厂家统一套管引出线的焊接及组装工艺，提高产品质量；同时生产建设单位应做好调试验收工作，严把设备入网质量关。（2）加强在役设备的巡检。一方面运维人员应做好日常巡视工作，重点关注电容器套管及外壳有无渗漏油，壳体是否变形等，及时更换缺陷电容器；另一方面应按照规程要求，定期开展并联电容器组的红外测温，对长期不投运的滤波器组/并联电容器组带电前应进行常规例行试验及外观检查，及早排除隐患、缺陷，避免故障发生。（3）开展电容器状态监测技术研究及装备的研制。电容器组的结构复杂，常规巡检方式存在巡视死角，无法全面评估设备状态；此外，电容器心子与外壳之间隔有油纸绝缘介质，电容器内部轻微放电引起的温差不明显，通常当电容器出现局部过热表象时，内部放电缺陷已经比较严重，因此，红外测温对检测电容器内部发热缺陷的作用有限。针对上述问题，应开展电容器局部放电在线监测技术的研究及应用，丰富电容器设备检测手段，利用在线监测和现场运检相结合的方式，以达到实时掌握电容器运行状态的目的。（4）抑制电容器回路谐波的措施。串联电抗器可以有效降低谐振谐波电容器和串联电抗器与系统发生并联谐振，谐波电流放大达到最大次数且缩小了谐波电流严重放大区，通过测量系统的谐波次数，进而选择不同电抗率的串联电抗器，可有效抑制电容器回路的谐波。
结束语
综上所述，基于谐波分析的高压并联电容器组保护研究，分析谐波采样、阐述谐波的产生和危害，提出电容器组谐波保护测控装置，加强串联电抗器的选择，提出其他管理措施等等。
参考文献
[1]贺雷.电容器组初期故障检测与分析[D].山东大学,2019.
[2]陈晓宇,蔡重凯,耿介雯,张帆,王昕,俞永军,王新华.并联电容器组谐波微机保护装置的研究与设计[J].电力系统保护与控制,2019,47(04):160-166.
[3]李威,符劲松,张欢,邓维,文习山,陈小月.特高压直流滤波器电容器组不平衡电流保护整定计算分析[J].电力电容器与无功补偿,2018,39(06):1-6.
[4]魏珂.基于吸收并联电容换相的换流变压器降噪机理研究[D].湖南大学,2018.
[5]赵小娟.特高压并联电容器组监测系统研究[D].华中科技大学,2018.