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GBT 26870-2011 滤波器和并联电容器在受谐波影响的工业交流电网中的应用PDF文本

1CS31.060.70K42gB中华人民共和国国家标准GB/T26870一2011滤波器和并联电容器在受谐波影响的工业交流电网中的应用industrial a.c.networks affected by harmonicsApplication of filters and shunt capacitors(IEC61642:1997,MOD)2011-07-29发布2011-12-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布中国国家标准化管理委员会蜀Z.ZS心
GB/T26870-2011目次前言……Ⅲ1范围和目的…12规范性引用文件3术语和定义……14概述…4,1交流谐波…4.2无功功率……35谐振问题及其解决办法……5.1简介……35.2从电源侧看的等效阻抗图及从负荷母线看的等效阻抗图5.3串联谐振示例…5.4并联谐振示例…………………75.5防止谐振的方法…861000V及以下电力系统用并联电容器和滤波器……126.1简介只四黑.…索不心心……126,2并联电容器……126.3失谐滤波器……………………………………126,4调谐滤波器…136,5组成设备的选择…………………………………………………………136.6并联电容器和滤波器对音频控制装置的干扰…1471000V以上电力系统用并联电容器和滤波器167.1简介………167.2特定要求………167.3无功补偿装置的选择………177.4滤波器的类型…………………………177.5滤波器组成设备的选择…………………187.6并联电容器和滤波器对音频控制装置的干扰……19参考文献………………………………………………………………………20I筑Z.Z0
GB/T26870-2011前言本标准按照GB/T1.1一2009和GB/T20000.2一2009给出的规则起草。本标准使用重新起草法修改采用IEC61642:1997《滤波器和并联电容器在受谐波影响的工业交流电网中的应用》（英文版）。本标准与IEC61642的主要技术性差异如下：一-在“1.2规范性引用文件”中增加GB/T14549一1993《电能质量公用电网谐波》：副除“1.1范围和目的”中“本标准不适用于下列电容器”中的“电弧炉用电容器”；在“4.4“滤波器类型”中，根据中国的习惯称呼，将“二阶滤波器一带通滤波器”改称“单调谐滤波器”，“二阶滤波器—一有电阻元件的阻尼滤波器”改称“二阶高通滤波器”。本标准相对于IEC61642主要做了下列编缉性修改：一一原EC标准中的示例计算部分数值有误，已修改，并在编制说明中列出了详细的示例计算过程及数值更改说明。本标准由中国电器工业协会提出。本标准由全国电力电容器标准化技术委员会(SAC/TC45)归.本标准起草单位：山东泰开电力电子有限公司、西安森宝电气工程有限公司、西安高压电器研究院有限责任公司、青岛市恒顺电气股份有限公司、鞍山市恒力电气设备制造有限公司、桂林电力电容器有限责任公司、合肥华威自动化有限公司深圳市三和电力科技有限公司可、安羲省电力科学研究院、深圳市环华电气技术有限公司、广东电网公司电力科学研究院、上海库柏电力电容器有限公司、安徽马鞍山市金巨滤波成套设备有限公司、北京赤那思电气技术有限公司、四川波宏电力滤波设计研究有限公司、江苏省江阴市长仪集团有限责任公司。本标准主要起草人：张宗有、王恒、刘菁、梁晨、江钧祥、张健夫、付大志、徐柏榆、于洋、吕韬、陶梅、王玲海、丁传发、陈思成、平孝香。筑Z.ZS0
GB/T26870--2011滤波器和并联电容器在受谐波影响的工业交流电网中的应用1范围和目的本标准就工业上用于抑制谐波和无功补偿的无源交流滤波器和并联电容器的使用给出了指导意见，包括低压和高压。本标准中提出的议措施适用于1次以上至25次（含25次）的谐波。本标准不适用于下列电容器：感应加热装置用电容器[见GB/T3984(所有部分)]；电力系统用串联电容器[见GB/T6115(所有部分)门]；耦合电容器及电容分压器（见GB/T19749):电力电子电容器[见GB/T17702(所有部分)]；交流电动机用电容器[见GB/T3667(所有部分)]；管形荧光灯和其他放电灯线路用电容器（见GB18489和GB/T18504);抑制无线电干扰用电容器；用于各种电气设备中并作为其部件的电容器；在叠加有直流电压的交流电下使用的电容器习JZJ?SC本标准的目的是分析并联电容器和滤波器在受谐波电压和谐波电流影响的工业交流电网中的常规应用中出现的问题，并给出议。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T14549一1993电能质量公用电网谐波3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1谐波harmonic对周期性交流量进行付立叶级数分解，得到频率为基波频率大于1的整数倍分量。[GB/T14549-1993,定义3.4]3.2谐波次数harmonic orderh谐波频率f。与基波频率f的整数比。[GB/T14549-1993,定义3.5]1筑Z.Z0
GB/T26870-20113.3特征谐波characteristic harmonics由静态换流器等在理想工作条件下所产生的谐波。静态AC/DC换流器的特征谐波次数h=mp士1，p是换流器的脉波数，m是任意正整数。例如，6脉波换流电路的特征谐波次数h=5,7,11,13,17,19***。3.4非特征谐波non-characteristic harmonics由于交流电力系统不平衡或者由于换流器延时触发角的不对称所产生的谐波。其他一些非线性或时变设备，如变频器、荧光灯、电弧炉、电焊机等也会产生非特征谐波。3.5功率因数power factor基波有功功率与基波视在功率的比值。3.6总谐波畸变率total harmonic distortion;THD周期性交流量中的谐波含量的方均根值与其基波分量的方均根值之比（用百分数表示）。电压总谐波畸变率以THD。表示，电流总谐波畸变率以THD表示。[GB/T14549-1993,定义3.8]3.7滤波器filter在给定的频率范围内调谐到要求阻抗的装置，一般由电抗器、电容器和电阻器（如果需要的话）构成。典可巩系财网Z.∠S0.N上3.8调谐频率tuning frequency使滤波器阻抗计算值为最小值或最大值所对应的频率。3.9调谐滤波器tuned filter调谐频率与滤波频率相差不大于10%的滤波器。3.10失谐滤波器detuned filter调谐频率低于电压或电流幅值不应忽略的最低次谐波频率10%以下的滤波器。3.11阻尼滤波器damped filter在宽的频带内呈低阻抗（主要为电阻）的滤波器。3.12音频控制装置ripple control installation一种在高压电网注人音频信号控制低压电网接收设备的装置。3.13参考电压reference voltage计算阻抗所依据的电压。3.14谐波放大harmonic amplification接人并联电容器和滤波器后，在特定的频率范围内，注入系统中的谐波电流比接入前大或引起母线谐波电压比接入前高。2霸Z.ZC.ET
GB/T26870-20114概述4.1交流谐波通常，当负荷为非线性负荷或时变负荷时就会向电网中注入谐波电流。工业电网中主要的谐波源为静态换流器及电弧加工设备。换流器交流侧的谐波电流分为两种：特征谐波和非特征谐波。特征谐波与换流电路密切相关，其频谱是固定的。特征谐波的幅值大小大致与其谐波次数成反比。产生非特征谐波的主要谐波源是变频器及电弧加工设备，但也有一小部分非特征谐波是由于系统不平衡（电压和阻抗）和换流器触发角不对称引起的。直流传动装置中的整流器产生的主要是特征谐波。在供电系统的特定状态下，非线性和时变负荷的影响会被放大，例如谐振。由于系统的特定状态和谐振的放大效应，即使电气装置中没有非线性和时变负荷，或这样的负荷仅占整个电网负荷的一小部分，供电电压波形也会畸变。谐波会增加电网损耗，可能会影响各种装置的正常运行，特别是电子电路。为了使谐波干扰限制在可接受的范围内，各地方的规定、国家标准和国际标准都对谐波畸变提出了明确限值。可使用滤波器降低谐波畸变率。4.2无功功率筑专材风风SC.N正T通常，电网中的无功负荷功率是由感性负荷和静态换流器产生的。在一个电网中，功率因数指标是按配电系统最经济的运行方式来确定的，或者由供电方强制执行的，功率因数过低，供电方可能会根据费率调整细则增收电费。因此较合理的方案是通过安装匹配的补偿装置来补偿感性无功功率。通常使用并联电容器来改善功率因数，如果电网中含有谐波，就可能产生有害的过电压或过电流，或者两者同时产生。此外，谐波也可能会干扰音频控制装置。这时，可使用滤波器来取代单独使用的并联电容器。5谐振问题及其解决办法5.1简介电网中，各种不同的组成设备连接在一起，例如发电机、输电线、电缆、变压器、电容器和负荷。电网中任何一点的阻抗取决于频率、组成设备和网络拓扑结构。串联起来的电感和电容，在接近谐振频率的特定频率范围内，其阻抗值非常低，称为串联谐振。并联起来的电感和电容，在接近谐振频率的特定频率范围内，其阻抗值非常高，称为并联谐振。在较宽的频率范围内，串联谐振和并联谐振在同一个电网中都可能会出现。如果有谐波电压源或谐波电流源激励这些谐振电路，就可能会引起电压和电流的放大，干扰系统的组成设备，使其过负荷，甚至导致损坏。图1所示的是一个单线电路图及其电网简化图。霸Z.ZC.ET
GB/T26870-2011网供电网供电母线变压器XT负荷母线Va图1单线电路图及其电网简化图该示例系统由供电网络、供电母线（高压侧）、变压器、负荷母线（低压侧）和电容器组成。谐波电流源是由6脉波整流器控制的驱动装置。电网自身呈现的谐波电压可能是其他谐波电流源所引起的。5,2从电源侧看的等效阻抗圈及从负荷母线看的等效阻抗丽.J.NE分析含有谐波的电网特性，有效的方法是至少看以下两种阻抗：a)从电源侧看的等效阻抗图[见图2a)]该阻抗图有助于供电母线上存在谐波电压或谐波电流时容性负荷和感性负荷的分析，也有助于计算在音频控制频率下的支路阻抗及评估负荷母线谐波电压（电压质量）。b)从负荷母线看的等效阻抗[见图2b)]该阻抗图有助于负荷母线上存在谐波电流源时的容性负荷和感性负荷的分析，也有助于评估负荷母线的谐波电压（电压质量）。从电源侧看的等效阻抗从电源侧看的等效阻抗宁图2a)从电源侧看的单线电路图及其等效阻抗图4興Z.ZC.ET
GB/T26870-2011从负荷母线看的从负荷母线看的等效阻抗等效阻抗图2b)从负荷母线看的单线电路图及其等效阻抗图5.3串联谐振示例在下面这个计算示例中，分析了串联起来的变压器（感抗Xr,电阻R,)和电容器。图3）给出了等效阻抗图，图3b)给出了阻抗与谐波次数关系，图中显示了发生在11次谐波频率附近的串联谐振。表1所列为图1所示的供电系统中，使用畸变电源电压供电时，其阻抗、电压和电流对应于各特征谐波频率的数值。U统图3a)串联谐振等效阻抗图1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10.0谐波次数图3b)图3a)所示电路的阻抗-谐波次数曲线图5筑Z.ZC.ET
GB/T26870-2011表1由畸变电源电压供电的串联谐振电路对应于各特征谐波下阻抗、电压和电流计算值XTXeZUXU(%)IeUsU(%)nnQV%Av%10.010-1.0000.990400.0100.0233404101.050.048-0.2000.15212.03.046163.970.067-0.1430.0769.62.473184.5110.106-0.0910.0206.01.5175动6.9130.125-0.0770.0504.81.255P1.8170.163-0.0590.1062.40.6130.3190.182-0.0530.1321.90.5810.2THD(A)%=4.4THD(B)%=9.3Rr=Xr/Q=Xx/8(简化计算)Ic 4L.=309 AIc/1cy=1.34图3a)、图3b)和表1中各符号和数值说明：UN参考电压（例如：3相400V)；h=f/f一谐波次数，f1基波频率，。谐波频率；XT=hXn阻抗电压为6%的1000kV·A变压器的短路电抗，X1为基波短路电抗；Qr=8变压器品质因数；Xc=X:/h典容量为60kya的电容器电抗，X。为基波电容器电抗，.NEZ图3a)的等效阻抗；0供电母线电压。谐波电压值取自国际大电网会议谐波报告中的数据乘以60%；UA(%)=(UA/UN)X100;Ic电容器电流；IcN电容器额定电流；U8负荷母线的电压；UB(%)=(UB/UN)X100。从表1中可总结出以下几点：a)当频率接近串联谐振频率时，供电母线上一个相对较低的谐波电压将会引起很大的谐波电流。示例中，当h=11时，在电容器中产生了175A电流，相当于基波电容电流的75%。b)较大的谐波电流将会使负荷母线上出现较高的谐波压降，使正弦电压发生畸变。示例中，当h=11时，虽然供电母线上谐波电压含有率仅为1.5%，但负荷母线上的谐波电压含有率却达到了6.9%。c)流过电容器的方均根电流是电容器额定电流的1,34倍。由于流过电容器的电流通常被限制为其额定电流的1.3倍，所以这种情况属于过负荷状态。虽然可以设计出能承受如此过电流的电容器，但是这并不能解决问题，因为仅在一个谐波频率(h=11)下负荷母线上的谐波电压含有率就达到了7%，这已经大大超过了正常兼容水平。另外，我们可以看到，并不是只有当频率等于谐振频率时才产生谐波放大，而是只要频率接近谐振频率时就会产生谐波放大。在谐振频率点，阻抗最小，该谐振频率近似为：6霸Z.ZC.ET
GB/T26870-20115.4并联谐振示例在下面这个计算示例中，分析了相互并联的变压器（感抗Xr,电阻R)和电容器，图4）给出了等效阻抗图，图4b)给出阻抗与谐波次数关系。表2为对应于各特征谐波频率的阻抗、电压和电流的数值。图4a)并联谐振等效阻抗图1.00.90.80.790.60.50.40.30.210.10.013谐波次数图4b)图4a)所示电路的阻抗-谐波次数曲线图表2含谐波电流源的并联谐振电路中对应于各次特征谐波的阻抗、电压和电流计算值XtXeZI(%)UsUm(%)Ieh00n%%A10.010-1.0000.010433100.023150.048-0.2000.0648720.0102.4西70.067-0.1430.1276214.3143.455110.106-0.0910.490399.1338.3212130.125-0.0770.192337.7W2.883170.163-0.0590.091255.941.039190.182-0.0530.073235.330.732THD(B)%=9.8Rr=Xr/Qr=Xr/8(简化计算)Ic=334 A1e/Icw=1.45霸Z.ZC.ET
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