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        摘要 简述谐波对低压并联电容器装置的危害。从理论上分析采用串联电抗器抑制谐波的作用，并提出串联电抗器的选用方法以及设计中应注意的一些问题

         关键词           谐波         并联谐振          并联电容器装置           串联电抗器           电抗率

         1 引言

         供电系统中的大量非线性负荷在运行中会引起电网电流、电压波形发生畸变，产生大量的谐波，导致电网的谐波“污染”。

         并联电容器装置如果没有采取措施。将会在接人母线处产生一定的谐波放大。串联电抗器的主要作用是抑制谐波和限制合闸涌流， 因此在并联电容器回路中串联电抗器可以防止谐波对电容器造成危害，避免电容器装置的接入对电网谐波的过度放大和发生谐振。下面分析低压并联电容器回路中串联电抗器抑制谐波的作用，并提出串联电抗器选用的一些建议。

        2 谐波的定义及谐波的危害

        供电系统谐波是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量， 这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值(n=／ )称为谐波次数。谐波分为零序谐波、正序谐波及负序谐波。零序谐波是基波频率的3N (N为自然数)倍，即：3、6、9、12、15次谐波等；正序谐波是基波频率的3Ⅳ+l倍，即：4、7、10、l3、16次谐波等；负序谐波是基波频率的3N一1倍，即：2、5、8、11、14次谐波等。

        谐波的危害主要有以下几个方面：① 使发电机的输出功率降低；② 使变压器产生附加损耗，引起过热，加速绝缘介质老化，导致绝缘损坏，谐波电流还会使变压器铁芯产生噪声；③ 使接入交流系统的电容器过载：④ 引起电器的附加发热；⑤ 使感应电动机转速发生周期性变动，并引起附加损耗，产生附加的谐波转矩，产生机械振动和噪声；⑥ 加速电缆老化，缩短电缆寿命；⑦ 对弱电系统产生干扰，影响计算机、通信设备等的正常运行，造成继电保护误动作等等。

         谐波治理工作早已受到重视，我国先后颁布了《电力系统谐波管理暂行规定》(SD 126—84)和《电能质量公用电网谐波》(GB／T 14549—1993)，明确规定了谐波源用户注入公用电网的谐波电流允许值，和不同电压等级下谐波电压限制值。

        3 谐波对电容器的影响以及电抗率的选择分析

        3．1 电容器在谐波环境下的过电流

        在同一条母线上有非线性负荷形成的谐波电流源时(略去电阻)，并联电容器装置的简化线路及其等效电路见图1

         根据图1来分析非线性负荷所产生的谐波电流的流向。由于电容器的阻抗和频率成反比．频率升高阻抗变小，使得大部分的谐波流向电容器。因此，对于电容器而言，它的工作电流就是基波电流加上谐波电流，当此电流超过电容器额定电流的1．3倍时．电容器就会迅速发生故障。特别是回路发生并联谐振时，这个很大的谐振电流加在电容器回路中，会造成电容器回路的过电流，烧毁回路中的电容器、接触器等，甚至还会损坏其它设备。

         3．2 电抗率的选择分析

        串联电抗器的主要作用是抑制谐波和限制合闸涌流，因此在并联电容器回路中串联电抗器可以防止谐波对电容器造成危害。图2为同一条母线上有非线性负荷形成的谐波电流时(略去电阻)，并联电容器回路中串联电抗器的简化线路及其等效电路图。

        要合理选择电抗率，应查明电容器接入母线处的背景谐波含量或根据实测结果来正确选择。电网中通常存在一个或两个主谐波，且多为低次谐波。为了达到抑制谐波的目的，电抗率的配置，应使电容器接人处对于有威胁性的各次谐波中的{zd1}次谐波阻抗呈感性．即：

         4 工程实例

         4．1 选择无功补偿型式的一般原则

        无功补偿型式主要有纯电容的标准型、带串联电抗器的去谐型，以及主要为滤波设计的滤波型等几种型式。在工程设计中，首先要了解系统的非线性设备总容量Q与系统设备总容量P的大致比值关系，来决定无功补偿采用哪种型式。当Q<20％P 时，无功补偿可采用纯电容的标准型； 当20％P<Q<50％P时， 无功补偿应采用带串联电抗器的去谐型；当Q>50％P时，无功补偿可采用滤波型。当采用去谐型的无功补偿装置时，应查明系统的非线性设备主要是什么设备， 产生的背景谐波含量主要有哪些，或者根据实测结果来正确选择电抗器。如计算

机、荧光灯、电视机等设备主要产生3次、5次、7次等谐波电流，其中3次谐波含量{zd0}；变频器、空调、电梯、中频炉、开关电源(如三相6脉波整流器)等设备主要产生5次、7次、11次等谐波电流，其中5次谐波含量{zd0}；电弧炉设备主要产生2～7次谐波电流；可控硅整流器、开关电源(如三相12脉波整流器)设备主要产生11次、l3次等谐波电流。

         4．2 某软件学院变电所低压母线处的无功补偿

        笔者于2006年完成了某软件学院电气设计工作，现就其中的变电所低压母线处的无功补偿作一简单介绍。该软件学院在教学区、图书馆及宿舍区设了三个变电所，共设8 X 1 000 kV·A干式变压器。该工程主要用电设备为计算机、空调、荧光灯、实验仪器以及电热水器等。经过分析计算，该工程非线性设备(如计算机、荧光灯、空调等)的总容量已经占到工程总设备容量的40％ 以上。而计算机、荧光灯等设备主要产生3次谐波电流，即在变电所低压母线处的背景谐波含量主要为3次谐波，采用串联电抗率为14％ 的电抗器来抑制3次及以上谐波电流，通过计算每台变压器需补偿300 kvar的电容器．采用如图6所示的方案(以GMKP产品为例)。

        在设计中应注意以下两个问题：① 电抗器的耐受电流需考虑基波电流以及各次谐波电流；② 串联电抗器后，使电容器的电压 升高，可以采用下式来估算：

         5 几点建议

         a． 目前在有些含有大量非线性负荷工程的电气设计中，大家在进行电容器补偿装置设计时，往往只注重无功补偿，没有考虑采取谐波抑制措施，如串联电抗器。随着电力电子技术的广泛应用．供电系统中存在大量的谐波，建议广大电气设计同行采用串联电抗器等措施，来减小谐波对电容器装置的影响。

         b． 当Q<20％P时，无功补偿可以采用纯电容的标准型； 当20％P<p<50％P时，无功补偿应采用带串联电抗器的去谐型；当Q>50％P时，无功补偿一般采用滤波型。

         c． 低压并联电容器回路巾，采用串联电抗器抑制谐波，在进行电抗器选择时，应先查明电容器接人母线处的背景谐波含量或根据实测结果来正确选择。建议：① 当电网3次谐波含量较大，其余谐波含量较小时，采用电抗率为14％的电抗器；② 当电网4次谐波含量较大，其余谐波含量较小时，采用电抗率为7％ 的电抗器；③ 当电网5次谐波含量较大时，采用电抗率为6％ 的电抗器。