並聯電容器回路中串聯鐵芯濾波電抗器選用

1引言

供電係統中的大量非線性負荷在運行中會引起電網電流、電壓波形發生畸變，產生大量的諧波，導致電網的諧波“汙染”。

並聯電容器裝置如果冇有采取措施。將會在接人母線處產生一定的諧波放大。串聯電抗器的主要作用是抑製諧波和限製合閘湧流，因此在並聯電容器回路中串聯電抗器可以防止諧波對電容器造成危害，避免電容器裝置的接入對電網諧波的過度放大和發生諧振。下麵分析低壓並聯電容器回路中串聯電抗器抑製諧波的作用，並提出串聯電抗器選用的一些建議。

2諧波的定義及諧波的危害

供電係統諧波是指對周期性的非正弦電量進行傅裡葉級數分解，除了得到與電網基波頻率相同的分量，還得到一係列大於電網基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值（N＝／）稱為諧波次數。諧波分為零序諧波、正序諧波及負序諧波。零序諧波是基波頻率的3N（N為自然數）倍，即：3、6、9、12、15次諧波等；正序諧波是基波頻率的3Ⅳ＋L倍，即：4、7、10、L3、16次諧波等；負序諧波是基波頻率的3N一1倍，即：2、5、8、11、14次諧波等。

諧波的危害主要有以下幾個方麵：①使發電機的輸出功率降低；②使變壓器產生附加損耗，引起過熱，加速絕緣介質老化，導致絕緣損壞，諧波電流還會使變壓器鐵芯產生噪聲；③使接入交流係統的電容器過載：④引起電器的附加發熱；⑤使感應電動機轉速發生周期性變動，並引起附加損耗，產生附加的諧波轉矩，產生機械振動和噪聲；⑥加速電纜老化，縮短電纜壽命；⑦對弱電係統產生乾擾，影響計算機、通信設備等的正常運行，造成繼電保護誤動作等等。

諧波治理工作早已受到重視，我國先後頒布了《電力係統諧波管理暫行規定》（SD126—84）和《電能質量公用電網諧波》（GB／T14549—1993），明確規定了諧波源用戶注入公用電網的諧波電流允許值，和不同電壓等級下諧波電壓限製值。

3諧波對電容器的影響以及電抗率的選擇分析

3.1電容器在諧波環境下的過電流

在同一條母線上有非線性負荷形成的諧波電流源時（略去電阻），並聯電容器裝置的簡化線路及其等效電路見圖1

根據圖1來分析非線性負荷所產生的諧波電流的流向。由於電容器的阻抗和頻率成反比。頻率升高阻抗變小，使得大部分的諧波流向電容器。因此，對於電容器而言，它的工作電流就是基波電流加上諧波電流，當此電流超過電容器額定電流的1.3倍時。電容器就會迅速發生故障。特彆是回路發生並聯諧振時，這個很大的諧振電流加在電容器回路中，會造成電容器回路的過電流，燒毀回路中的電容器、接觸器等，甚至還會損壞其它設備。

3.2電抗率的選擇分析

串聯電抗器的主要作用是抑製諧波和限製合閘湧流，因此在並聯電容器回路中串聯電抗器可以防止諧波對電容器造成危害。圖2為同一條母線上有非線性負荷形成的諧波電流時（略去電阻），並聯電容器回路中串聯電抗器的簡化線路及其等效電路圖。

要合理選擇電抗率，應查明電容器接入母線處的背景諧波含量或根據實測結果來正確選擇。電網中通常存在一個或兩個主諧波，且多為低次諧波。為了達到抑製諧波的目的，電抗率的配置，應使電容器接人處對於有威脅性的各次諧波中的*低次諧波阻抗呈感性。即：

4工程實例

4.1選擇無功補償型式的一般原則

無功補償型式主要有純電容的標準型、帶串聯電抗器的去諧型，以及主要為濾波設計的濾波型等幾種型式。在工程設計中，先要了解係統的非線性設備總容量Q與係統設備總容量P的大致比值關係，來決定無功補償采用哪種型式。當Q《20％P時，無功補償可采用純電容的標準型；當20％P50％P時，無功補償可采用濾波型。當采用去諧型的無功補償裝置時，應查明係統的非線性設備主要是什麼設備，產生的背景諧波含量主要有哪些，或者根據實測結果來正確選擇電抗器。如計算機、熒光燈、電視機等設備主要產生3次、5次、7次等諧波電流，其中3次諧波含量*大；變頻器、空調、電梯、中頻爐、開關電源（如三相6脈波整流器）等設備主要產生5次、7次、11次等諧波電流，其中5次諧波含量*大；電弧爐設備主要產生2～7次諧波電流；可控矽整流器、開關電源（如三相12脈波整流器）設備主要產生11次、L3次等諧波電流。

4.2某軟件學院變電所低壓母線處的無功補償

筆者於2006年完成了某軟件學院電氣設計工作，現就其中的變電所低壓母線處的無功補償作一簡單介紹。該軟件學院在教學區、圖書館及宿舍區設了三個變電所，共設8X1000KV·A乾式變壓器。該工程主要用電設備為計算機、空調、熒光燈、實驗儀器以及電熱水器等。經過分析計算，該工程非線性設備（如計算機、熒光燈、空調等）的總容量已經占到工程總設備容量的40％以上。而計算機、熒光燈等設備主要產生3次諧波電流，即在變電所低壓母線處的背景諧波含量主要為3次諧波，采用串聯電抗率為14％的電抗器來抑製3次及以上諧波電流，通過計算每台變壓器需補償300KVAR的電容器。采用如圖6所示的方案（以GMKP產品為例）。

在設計中應注意以下兩個問題：①電抗器的耐受電流需考慮基波電流以及各次諧波電流；②串聯電抗器後，使電容器的電壓升高，可以采用下式來估算：

5幾點建議

A。目前在有些含有大量非線性負荷工程的電氣設計中，大家在進行電容器補償裝置設計時，往往隻注重無功補償，冇有考慮采取諧波抑製措施，如串聯電抗器。隨著電力電子技術的廣泛應用。供電係統中存在大量的諧波，建議廣大電氣設計同行采用串聯電抗器等措施，來減小諧波對電容器裝置的影響。

B。當Q《20％P時，無功補償可以采用純電容的標準型；當20％P50％P時，無功補償一般采用濾波型。

C。低壓並聯電容器回路巾，采用串聯電抗器抑製諧波，在進行電抗器選擇時，應先查明電容器接人母線處的背景諧波含量或根據實測結果來正確選擇。建議：①當電網3次諧波含量較大，其餘諧波含量較小時，采用電抗率為14％的電抗器；②當電網4次諧波含量較大，其餘諧波含量較小時，采用電抗率為7％的電抗器；③當電網5次諧波含量較大時，采用電抗率為6％的電抗器。