中压柜抑制消谐风险的研究

引言

中压柜作为电力系统中的重要设备，广泛应用于配电、输电等环节。然而，在运行过程中，中压柜容易受到谐波的影响，产生消谐风险。谐波不仅会导致设备过热、绝缘老化加速，还可能引发保护误动、系统振荡等严重问题，对电力系统的安全稳定运行构成威胁。因此，研究中压柜抑制消谐风险的方法具有重要的现实意义。

一、消谐风险产生的原因分析

（一）系统参数因素

电力系统中存在大量的非线性负载，如整流器、变频器等，这些设备在工作过程中会产生大量的谐波电流。当谐波电流流入中压柜时，会在柜内设备中产生谐波电压，导致设备承受过高的电压应力，从而增加消谐风险。此外，系统的阻抗特性也会影响谐波的传播和放大，当系统阻抗与谐波频率发生谐振时，谐波电压会急剧升高，进一步加剧消谐风险。

（二）设备特性因素

中压柜内的设备，如变压器、电容器等，本身具有一定的谐波特性。变压器的铁芯饱和会导致谐波电流的增大，而电容器的容抗会随着谐波频率的变化而变化，在特定频率下可能与系统阻抗形成谐振回路，引发谐波放大。此外，设备的老化、绝缘损坏等也会降低其对谐波的耐受能力，增加消谐风险。

（三）运行环境因素

运行环境中的温度、湿度、电磁干扰等因素也会对中压柜的消谐性能产生影响。高温环境会加速设备绝缘材料的老化，降低其绝缘性能；湿度过大可能导致设备内部受潮，引发绝缘故障；而电磁干扰则会干扰设备的正常运行，使其对谐波的抑制能力下降[1]。

二、常用消谐措施及其局限性

（一）无源滤波器

无源滤波器作为常见消谐设备，凭借电感、电容等元件构建并联谐振回路，能精准滤除特定频率谐波。其工作原理基于谐振特性，使特定频率电流在回路中形成低阻抗通道，从而将谐波分流滤除。不过，无源滤波器存在明显缺陷，滤波效果极易受系统参数左右。一旦系统运行方式或负载情况改变，系统阻抗发生变化，原本的谐振频率就会偏移，导致滤波效果大打折扣，甚至可能因与系统阻抗不匹配而引发新的谐振问题，影响电力系统的稳定运行。

（二）有源滤波器

有源滤波器以电力电子开关和可变电抗器为核心元件，展现出强大的自适应性和灵活性。它能够实时监测谐波电流的大小与频率，并据此自动调整滤波参数，实现对谐波的动态跟踪与滤除。但有源滤波器也有自身短板，其成本居高不下，主要源于复杂的电力电子电路和控制算法。而且，在处理高频谐波时，受限于电力电子器件的开关频率和响应速度，滤波效果不尽如人意，难以完全满足高频谐波的治理需求 [2]。

（三）其他措施

除常见的滤波器外，还可通过调整中性点接地方式、增加系统阻尼等措施抑制消谐风险。调整中性点接地方式能改变系统的零序阻抗，影响谐波的流通路径；增加系统阻尼则可抑制谐振的发生。然而，这些措施实施起来难度较大，往往需要对电力系统进行大规模改造，不仅工程量大、成本高，还可能因改造不当对系统的其他性能指标，如电压稳定性、功率因数等产生不利影响，因此在实际应用中需谨慎权衡。

三、综合抑制消谐风险的方法

针对上述消谐风险产生的原因及现有消谐措施的局限性，本文提出一种综合抑制消谐风险的方法，该方法结合了无源滤波器和有源滤波器的优点，同时考虑了系统参数、设备特性和运行环境等因素。

（一）优化系统参数

在电力系统的规划与设计阶段，优化系统参数是抑制中压柜消谐风险的关键举措。系统阻抗特性直接影响谐波的传播与放大，合理规划可有效避免与谐波频率产生谐振。

变压器的接线方式与容量选择至关重要。不同接线方式对谐波的抑制效果不同，例如采用 Dyn11 接线方式的变压器，能有效抑制 3 次谐波。同时，根据负荷情况合理确定变压器容量，避免过载运行导致谐波问题加剧。

系统运行方式的调整也不容忽视。通过合理切换线路、调整电源点等手段，改变系统的阻抗分布，使其与滤波器形成良好的匹配关系。例如，在系统负荷较轻时，适当投入电容器组，调整系统无功功率分布，优化系统阻抗特性。此外，还可利用仿真软件对不同系统参数下的谐波情况进行模拟分析，为系统参数优化提供科学依据。

（二）采用混合滤波器

混合滤波器结合了无源滤波器和有源滤波器的优势，为中压柜消谐提供了高效解决方案。无源滤波器成本低、结构简单，能够针对特定频率的谐波进行有效滤除。在实际应用中，可根据系统中主要谐波成分，设计相应的无源滤波器支路，如针对5 次、7 次谐波设置单调谐滤波器。

有源滤波器则具有良好的自适应性和灵活性，可实时跟踪谐波电流的变化，动态调整滤波参数，滤除剩余的谐波，并有效应对系统参数变化带来的影响。

将两者结合使用，无源滤波器承担大部分的固定频率谐波滤波任务，有源滤波器作为补充，提高滤波效果。同时，通过合理的控制策略，实现两者的协同工作，充分发挥各自优势，有效降低中压柜的消谐风险，保障电力系统的稳定运行 [3]。

（三）加强设备维护和管理

加强中压柜内设备的维护和管理是预防消谐风险的重要环节。定期对设备进行检测和维护，能够及时发现设备老化、绝缘损坏等潜在问题，避免因设备故障引发谐波问题。

在检测方面，可运用红外热成像技术、局部放电检测技术等先进手段，对设备的运行状态进行全面评估。对于发现的问题，及时采取相应的处理措施，如更换老化的零部件、修复绝缘损坏部位等。

同时，运行环境的监测和控制也不可或缺。保持设备运行环境的温度、湿度在适宜范围内，避免因环境因素导致设备性能下降。

（四）建立消谐风险评估和预警机制

建立消谐风险评估和预警机制，能够实现对中压柜消谐风险的实时监测和有效控制。通过对中压柜的运行数据进行实时采集和分析，如电压、电流、谐波含量等参数，利用数据分析算法和模型，建立消谐风险评估模型。

该模型可根据实时数据评估当前消谐风险等级，并设定相应的预警阈值。当消谐风险超过阈值时，系统及时发出预警信号，通知运维人员采取相应的处理措施。

预警措施可包括调整滤波器参数、改变系统运行方式等。同时，对预警信息进行记录和分析，总结经验教训，不断完善消谐风险评估和预警机制。通过建立科学有效的消谐风险评估和预警机制，能够提前发现和处理消谐风险，避免风险进一步扩大，保障电力系统的安全稳定运行。

结束语

综上所述，中压柜抑制消谐风险的研究对于保障电力系统的安全稳定运行具有重要意义。通过安装一次消谐器、采用自动调谐接地补偿装置和优化系统参数等措施，可以有效降低消谐风险，提高电力系统的可靠性。未来，随着电力电子技术和智能控制技术的不断发展，中压柜抑制消谐风险的技术将更加成熟和完善，为电力系统的安全稳定运行提供更加有力的保障。

参考文献

[1] 刘诗扬 . 海上石油平台组网中压柜涌流抑制器的应用 [J]. 科技创新导报 .2018(10):87-89

[2] 邱成姣. 乌东德电站GIS 电压互感器铁磁谐振风险分析及对策研究[J].电力设备管理 .2022(S01):123-125

[3] 苗静 , 赵文彬 , 鲍伟 . 基于风险策略的配电网铁磁谐振故障分析与抑制措施研究 [J]. 电瓷避雷器 .2024(02):72-80