携带型发电机输出电压质量对并联电容器测试精度影响

丛洁 刘鹏 张大伟

【摘要】本文通过查找携带型发电机输出电压质量为测试并联电容器所带来的一系列问题，阐述了高次谐波产生的原因、数学分解法、计算及对电容器测量的影响，通过制作可分级调电感线圈和电容器的滤波装置，提出了改善发电机电源输出质量的有效方法，为电力系统今后在使用携带型发电机进行测试方面提供参考依据。

【关键词】发电机；谐波；滤波装置；电容器；测试精度

由于电网结构和地理环境的不同，有些变电站分布比较分散。当变电站内全部停电时，在对该变电站电气设备进行预防性试验时，所需试验电源仅由携带型汽油发电机提供。这些携带型发电机电源质量往往无法满足国家标准《电能质量公用电网谐波》GB/T14549-93对并联电容器测试的谐波的要求，在进行66kV变电所并联电容器测试中就暴露出一系列问题。为了解决类似问题，我们通过实践制作了可分级调电感线圈和电容器的滤波装置，提出了改善发电机电源输出质量的有效方法，为电力系统今后在使用携带型发电进行测试方面提供参考依据。

1.存在问题分析

在某66kV变电站全部设备试验中，供电电源由携带型发电机提供，全部的试验项目包括绝缘电阻、工频耐压、直流泄漏、介质损失角电容量、直流电阻试验等。在对58台并联电容器做电容量试验时，发现并联电容器的电容量全部超标，其误差范围均在+18.09%～+27.56%之间，超过标准（-5%～+10%）要求。通过查找原因，先后排除了人为因素、表计误差、被试设备损坏因素。最后通过分析认为携带型发电机的电源输出存在很严重的非正弦波含量。

2.高次谐波产生的原因及对电容器测量的影响

2.1携带型发电机电源输出非正弦量的来源

在制造发电机时，总是尽量使它产生的电动势是正弦量。但电机的电枢表面有槽、有齿，以致沿电枢表面的磁感应强度大小做不到按真正的正弦函数规律分布，所以感应电动势不是理想的正弦量。在非正弦电势的作用下，电路中就产生非正弦电流和非正弦电压。

2.2电路中谐波分量对测量电容器的影响

在进行电容器测试中，影响电容器测试精度的因数有电源频率f、电压U和电流I等。在实际测量中，通过频率表和电压表所测量的发电机输出频率和电压对并联电容器测试误差的影响在±5%左右，而由于发电机电源输出高次谐波的干扰，造成对并联电容器测试误差达到+18.09%～+27.56%，其中三次谐波的影响最严重。

3.并联电感、电容对抑制电源非正弦量的作用

3.1电感、电容对发电机输出电源非正弦量的抑制作用

与负载串联的电感元件对直流和低频交流起导通作用，对较高频率的交流起抑制作用。电子电路中常用串联电感的办法改善电流和电压的波形。并把所用电感元件叫做滤波电感。如果负载本身具有电感，即使不另外串联电感，它本身也起改善波形的作用。而当阻性负载并联电容后，电容元件对直流起隔断作用，对低频电流起抑制作用，对高频电流起导通作用。电容支路中的电流比电压含有更大的高频分量，总电流就比端电压含有更大的高频分量。

3.2抑制携带型发电机高频谐波电源输出的思路

提高便携式发电机输出电源质量主要从稳定输出电压和频率、消除或降低高次谐波等方面来入手。第一采用“π”型滤波装置，把电感线圈制作成可调整电感的多抽头稳压装置，降低携带式发电机电压的三次谐波。第二固定发电机调速机构，避免运输中发生震动，每次使用前要测量电压和频率，从而解决发电机电压和频率不稳定问题。第三采用“带阻”和“带通”滤波电路，制作可调节电容的带通滤波装置，进一步降低发电机的五次、七次谐波。第四根据系统并联电容器电容量大小事先通过系统和发电机两种电源进行测试，根据测试误差计算比较，计算出现场采用发电机实际测量电容器的误差。

3.3滤波装置的基本原理

滤波装置基本原理主要是基于带阻或带通滤波电路原理研制而成的，其属于无源单调谐波，谐波滤波器由电容、电感、电阻（内阻）组成，特点是谐带窄，主要功能是对发电机电源产生的高次谐波有良好的抑制作用。

4. 对策实施及效果检查

4.1采用“π”型多抽头电感线圈有效地降低三次谐波

使用多抽头电感线圈根据需要进行调整滤波电容器后，有效地降低了三次諧波的影响，其中，一号发电机经过测试其电压由原来的29.34%下降到6.73%；电流由原来的3.36%下降到1.42%；二号发电机其电压有原来的电压有原来的19.60%下降到3.05%；电流有原来的3.36%下降到1.42%；其技术指标达到了现场测试并联电容器所需要的电源标准。采用携带型发电机采用该滤波装置对并联电容器进行现场测试后，其误差由原来的+47.32%～+22.64%，下降到±6.10%以内。该滤波装置对携带型发电机电源输出的三次谐波降低非常明显，与采用系统电源测试误差比较其测试精度满足生产要求。

4.2带通滤波装置对五次、七次谐波的降低

制作可分级调节电容量和电感线圈的“带通”滤波装置，可有效地减少五次、七次谐波的影响。如表一所示，其中一号发电机输出五次电压谐波有原来的12.63%下降到现在的7.97%；七次电压谐波有原来的4.88%下降到现在的2.07%。

从表一可以看出，采用带通滤波装置后，又能有效地降低其他高次谐波的含量，这对进一步提高并联电容器测试精度起到了关键性的作用。

5.结论与建议

非正弦电压、电流对测量并联电容器的影响很大，对经常使用携带型发电机的用户，要对发电机输出电源质量进行谐波测量，以便在应用到其他精密电子仪器中做到心中有数。针对电力系统中不同容量的电容器采取可分级调节的电感滤波装置对抑制三次谐波非常有效，但在实际应用中，要根据被检测电容量进行调节电感量，以达到降低三次谐波和改善发电机输出电源质量的目的。建议在购置携带型发电机时，对携带型发电机电源质量的谐波分析，通过对发电机电源输出的谐波分析，来确定发电机制造质量好坏。

通过上述的数据分析得知，影响携带型发电机输出电源质量的主要因素是高次谐波的影响，通过制作滤波装置和采取其他措施来达到改善发电机电源质量的目的，在现场实际应用中也充分得到验证。该项成果改善了发电机的电源质量问题，提高了并联电容器测试精度，为改进携带型发电机制造和应用提供依据。

参考文献

[1]国家标准《电能质量公用电网谐波》，GB/T14549-93.

[2]林海雪，孙树勤.电力网中的谐波[M].中国电力出版社，1998.4.