谐波电流对电容器无功补偿影响研究和防范对策

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1、谐波电流对电容器无功补偿影响研究和防范对策　　【摘要】谐波电流给电力系统带来诸多危害。本文结合谐波电流的产生和危害，分析了谐波电流与无功补偿电容器的相互影响，就电容器无功补偿对谐波电流放大问题进行探讨，在此基础上提出了相应的对策建议，这对电网的可靠、经济运行具有实际意义。【关键词】谐波电流；危害；电容器；放大；对策生产和生活中为提高电气设备的效率和可靠性，大量使用变频器等非线性设备，导致电网电压电流都含有程度不等的谐波分量。并联电容器组在电力系统无功补偿环节起着保证电压质量的重要作用。但实际运行中，电容器经常会出现熔断器发热、绝缘下降、电容值变化等故障。分析其原因，谐

2、波电流危害占很大的比例。另外，无功补偿并联电容器对谐波电流还具有放大作用，电容器对谐波电流放大一般为2到3倍，谐振时可达20倍以上。因此，须对谐波电流与电容器无功补偿之间的影响进行分析，进而采取必要的防范对策。1.电网谐波的产生及其影响7在工业和民用建筑电气设备中，有许多非线性负载，这些非线性负载能产生各次的高次谐波，被称为谐波电流源。公用电网中的谐波源主要是各种电力电子装置、变压器、发电机、电弧炉和荧光灯等。工业用电系统中，大多数为三相负载，其三相整流装置所产生的特征谐波主要是5次及5次以上的高次谐波，而在民用建筑电气设备中，多数为单相负载。这些单相整流装置产生的特

3、征谐波主要是3次及3次以上的特征谐波。另外由于变压器磁化曲线的非线性，其励磁电流也含有高次谐波分量，其主要是3次谐波和5次谐波。谐波电流和谐波电压的出现对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，也对周围的通讯系统和公用电网以外的设备带来危害。谐波的危害有很多方面，如谐波电流会使输电损耗变大，使电动机过热和运行不稳定，造成继电保护装置误动作等。这里我们主要讨论非线性负载所产生的高次谐波电流对无功补偿电容器的影响。2.谐波的放大现象在配电系统中常常会出现这种情况，当并联电容器投入运行时，会使并联电容器回路中流入的谐波电流大于非线性负载所产生的谐波电流，这就是所谓的

4、谐波放大现象。7现在我们用供电系统与并联电容器的简化电路来进行分析，见图1。（简化电路的前提是：线性负载的阻抗比系统阻抗大很多，因此线性负载支路的分流很少，为了简化起见在简化电路中忽略了线性负载支路）图中，In为谐波源的n次谐波电流；Isn为进入电网的谐波电流；Icn为进入电容器的谐波电流。如图所示，忽略系统的n次谐波电阻Rsn，则：（1）（2）图1a系统图图1bn次谐波电流等效电路式中：Xsn—n次谐波电抗（Ω），Xsn=nXs；Xs—工频短路电抗（Ω）；Xcn—并联电容器n次谐波电抗（Ω），Xcn=（n/1）Xc；Xc—并联电容器基波电抗（Ω）。由式（1）、（2）

5、可见，Isn和Icn方向相反，且

6、In

7、=

8、Ins+Inc

9、。可见，由于并联了电容器，使得流过系统的电流和流过电容器的电流可能大于谐波电流，这种现象称为谐波电流放大。仅当Isn>In时，称系统谐波电流放大；当Icn>In时，称电容谐波电流放大；当Isn、Icn同时大于In时，称谐波电流严重放大。最为严重的是，当Xsn=Xcn时，并联电容器与系统对次谐波产生并联谐振，此时，Isn、Icn均远大于In。谐振点谐波次数为n0=（Xc/Xs）0.5，若谐波源中含有次数接近n0的谐波，虽不谐振，但也会导致该次谐波被放大。7上述分析表明，当为提高系统功率因数而进行电容无功补偿时，

10、如果电容补偿装置参数选择不当，就可能产生电容器谐波电流放大或谐振现象，致使电容器因长时间处于过负荷工作情况下而烧毁，或者工作在过电压的情况下而击穿。3.防范对策3.1抑制并联电容器谐波电流的方法由前述分析可知，在有谐波源的系统中，单独使用电容器进行无功补偿，会造成谐波电流通过并联电容器使其过载。为防止这种情况发生，一般采取以下三种方式抑制并联电容器谐波电流：减少使用或不使用产生谐波的电气设备；（2）改变电网的参数；（3）在并联电容器支路中串联一个电抗器。上述三种方法中只有第三种是切实可行的，也就是在并联电容器支路中串联电抗器，用来抑制流向并联电容器中的谐波电流。现在我

11、们用图2来分析串联电抗器之后的情况。如图2所示，串接电抗器之后，Isn和Icn变为：（3）（4）图2a串联电抗器后的系统图图2b串联电抗器的次谐波电流等效电路式中：XL—串联电抗器的基波电抗（Ω）。7当nXL-（Xc/n）>0时，此时支路成感性，In电流是在两个感性支路间分配，所以Isn和Icn均小于In，这就有效防止了n次谐波被放大。3.2串联电抗器的参数选择3.2.1串联电抗器的电抗率计算电抗率就是串联电抗器的感抗与并联电容器的容抗之比，用百分数表示。在无功补偿并联电容器回路中串联一组电抗器，其感抗值的选择应使在可能产生的各次谐波下均使电容器回路