电容器引起的谐波放大案例分析
电网电容器组谐波谐振和谐波放大的分析
１ １ 电 容 器 组 的 谐 波 并 联 谐 振 ．
当谐 波 源 电 流 注 人 变 电 所 母 线 时 ， 某 一 谐 波 频 在 率下 ， 可 能 发生 并联 谐 振 。并联谐 振 原 理 图如 图 １ 就
所 示 。
造 成 注 人 谐 波 的 并 联 谐 振 或 串 联 谐 振 ， 并 联 电 容 补 使
Ｘ ， ＝ １ Ｘ 则 分 支 回 路 中 电 流 分 别 为 １ ｃ） Ｕ ， Ｌ＝
送 到 枕 下 挖 掘底 梁 后 方 。 在 埋 刮 板 运 输 机底 梁 上 装 有
该 车 的 其 他 部 件 结 构 和 液 压 、 气 、 动 系统 等 可 电 制 参 照 Ｒ ０和 Ｑ Ｓ一３ ０型 清 筛 机 。 Ｍ８ Ｑ ０
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电 网 电 容 器 组 谐 波 谐 振 和 谐 波 放 大 的 分 析
郭 牛 宝
（ 京 铁 路 分 局 江 苏 南 京 南 ２０３） １０ ７
摘 要 在 电 力 系 统 中运 行 着 大 量 的 并 联 电 容 器 组 ， 于 电 容 器 的 阻 抗 呈 现 容 性 ， 与 电 力 系 统 中 的 谐 波 容 由 它
（） 统 ａ系 （ ） 值 电 路 ｂ等
在 电 力 系 统 中 ， 了提 高供 电水 平 ， 联 安 装 电 容 为 并 器组 ， 以提 高 电 网 的功 率 因 素 ， 于 工 频 ， 统 的 感 抗 对 系 般 比容 抗 小 得 多 ， 因此 不 会 产 生 谐 振 ， 系 统 中 含 有 但
偿 装 置 中 的 电容 器 和 串联 的 电 抗 器 产 生 谐 振 过 电 流 、
过 电压 ， 使 电 容 器 等 电气 设 备 异 常 发 热 ， 快 电气 设 致 加 备 绝 缘 老 化 ， 过 一段 时 期 的积 累 ， 使 电 容 器 和 电抗 经 促
并联补偿电容器组对高次谐波的放大和抑制作用分析
即
一
ｎ ；
（） １
路 中不计 电阻 尺 值 时 ，Ｚ 一 ｌ 一 ｘ ｌ
１ ，
。
， ｌ ｗ Ｃ 』
，
』 １
一 ×
１
进 入 系统 侧谐 波 电流 为
一
，
』 １ ｍ
而 在纯感 性 回路 中 ， 一ｎ Ｌ， 一 × Ｚ 一Ｘ ｗ
张永春
（ 山西 电力 科 学研 究 院 ， 山西 太 原 ０００） ３０ １
摘 要 ： 分 析 了 变 电 站 无 功 并 联 补 偿 电容 器 组 对 电 力 系 统 高 次 谐 波 的 放 大 作 用 ， 论 述 了利 用 串联 电
抗 器接 入 补偿 电容 器组进 行参 数合 理 选择 ，使其 达到对 高次谐 波分量 的抑 制效 果 。
图 １ 串 接 电 抗 器 的 电 容 器 组
组 的设计 、选取 、 行组 合方 式 ，提供 了可 靠依 据 。 运
目前 为解 决 谐 波 电流 放 大 所 采 用 串联 电抗 器 的方
当无 电 容器 组 时 Ｉ 一Ｉ ，接 人 串联 电抗 器 Ｘ
的 电容 器组 后 ，进入 电容器 谐 波 电流为
整 流及换流 设备 、电弧 电炉 、家用 电器 等 。致 使 大
量 的高次谐 波 电流注 入 电力系 统公共 连 结点 ，造成 电力 系统 电能 质量 的污染 。２ ０ｋ 及 １ ０ｋ 变 电 ２ Ｖ １ Ｖ 站 ３ Ｖ 及 １ Ｖ 侧母 线 普 遍 采 用 的无 功 并 补 电 ５ｋ ０ｋ 容器 组作 为谐波 源 的负载 。 由于其呈 现容性 电抗 ， 很 多时侯 ，在其作 用下 会使 流过 它 的谐 波 电流或 进入
并联电容器对电网谐波电流放大作用及抑制措施
（3）
I sn
(a)
在电力系统某一有谐波电流注入的母线上，电力系统的 简化接线如图（a）所示。谐波电流源产生的高次谐波电流， 流向基波源，即流向电源侧。In 为负荷的谐波电流，Zsn 为 系统的谐波阻抗，谐波电流流过系统谐波阻抗时产生的电压 降，就是谐波电压： 206 2015 年 12 期
（4） 式（3）、（4）可以看出，进入电容器回路的谐波电流
X s 的 10～14%，忽略 Rs ，则电容
器对 3 次谐波电流将有可能放大 21～30 倍。 图（c）中，系统谐波导纳为：
Ysn G sn jBsn
1 1 Z sn Rsn jX sn
（7 ） ：
压器、线路等设备的电容量很小，而感抗相对很大，因此电 路的自然频率和高次谐波电流频率相比要大得多。谐波共振 现象往往发生在千赫频率以上的范围，而高次谐波电流的幅 值较小，即使被大大地增幅，共振所造成的影响也没有考虑 的价值。 3 电力系统和电容器回路谐波电流的变化 “电力系统和电容器回路谐波电流的变化曲线”相关内 容参见《电力电容器与无功补偿》1996 年第 01 期，本文中 不做论述。 电力系统中的谐波电流一般以 5 次、7 次较大，11 次、 13 次次之，3 次并不严重。当电容器串联了 KL=4%的电抗器 后，3 次谐波电流将被放大，电容器支路中往往电感感抗与 容抗的比值在 KL=6∽7%时，使 3 次谐波电流处于谐振状态。 正常运行时，由于 3 次谐波电流不大并不会感到问题的严重 性。但在电网设备操作时，3 次谐波电流可能较大，且不对 称程度也较大，此时很容易发生电力系统继电保护误动或者 设备损坏的事故，这是应引起注意的。因此，在 3 次谐波电 流较大的场合或在电网枢纽变电所中， 以配备 KL （如 KL=12%） 较大的电抗器为宜。 当谐波源在变压器高压侧，而电容器接在变压器低压侧 时，相当于在电容器回路中串联了变压器电抗。设变压器基 波电抗为 XT，电容器基波电抗为 XC，则可用 XT 与 XC 的比 值近似表示 KL。若已知变压器额定容量 SNT，低压（接入电 容器侧） 额定电压 UNT， 短路阻抗 UK%和电容器额定容量 QNC， 电容器额定电压 UNC 时，可求得 KL 值如下：
低压系统中并联电容器造成的谐波放大及串联电抗器电抗率的选择问题
将 在 较 大的 高 次谐 波 电流 下过 早 地损 坏 串联 合 适 的 电 抗 器 ， 不仅 可 以 阻止谐 波放 大 的危 险 ， 且 具 有 一 定滤 波 效 果 。 它 而
［ 关键词 ］ 谐波 电容 器 电抗器 电抗率
１引 言 ．
流人供 电系统的谐 波电流 Ｉ ： 为
这就是并联 电容器装置设计规范所给 出的校验避开并联谐振的电 容器组容量 ， 设计 在确定电容器组分组容量 时 ， 应根据系统背景谐波 ， 对分组电容器按各种容量组合运行时 ， 尽量避开谐振容量进行校验 ， 不 得 发 生谐 波 的严 重 放 大 和 谐振 。 由串联 电抗器和并联电容器组构成的 串联回路对于 ｎ次谐波发生 串联谐振 的条件是 ：ｘ＿ ｘ ｎ 这时串联电抗器和并联电抗器组构成的 －
Ｐ ｌｎ Ｑ／ｄ ＞ ／２ ｃ Ｓ （－ ） ３ ６
（— ） ３ ５
￣ ｘ
ｘ
－ ＝ １
从式 ２ １２ ２可以看出 ， － ，－ 进入电容器回路的谐 波电流 Ｉ 和流人 系 统 的谐 波 电流 Ｉ 大 于 谐 波 中 流 Ｉ 就 是 电容 器 对 谐 波 的放 大 现 象 。 均 这 较大的 Ｉ 使用电容器过负荷。最 为严重 的情 况是 ：Ｘ＝ ｘ 时 ， ｎ 系统 等值阻抗 ｎ ｘ 和电容 器组 回路容抗 ｎ ｘ ｘ 构成谐振 条件电路 即发
∑ ＝ Ｉ ＩＶＩ Ｌ ＋
其电容器过负荷倍数为 ：
（－） ２９
（ － ｏ ２ ｌ）
３串联 电抗 器 电抗 率 分 析 ．
３１电抗器 电抗率选择 ． 南等值阻抗 图及推理可得出 ， 发生并联谐振的条件是 ： ｆ简单系统图 ａ ）
ｎ ｓｎ ｌ 【 Ｘ ＋ Ｘ『Ｘ／ ＿ ｎ （— ） ３ １
电力系统高次谐波＼谐波放大及谐波对电力电容器的危害
电力系统高次谐波＼谐波放大及谐波对电力电容器的危害本文章论述了电力系统高次谐波、谐波的放大，并且阐述了谐波对于电力电容器的危害。
标签：电力系统高次谐波谐波放大电力电容器1 谐波和谐波源在电力系统中，基波的功率潮流是以发电机作为功率源，负载只吸收功率。
可是对于谐波的功率潮流也许恰好相反，是以负载为功率源。
高次谐波源有两种：电流谐波源和电压谐波源。
各种整流型负荷以及用可控硅调节的负荷，这些非线性的负荷都可以认为是谐波电流源。
由于变压器、发电机等铁心的磁饱和作用产生了电压的畸变，所以发电机等旋转电机以及串补装置都是谐波电压源。
2 电容器组的谐波放大在计算阻抗、感抗、容抗的时候，都会涉及到一个看似十分简单的参数，那就是频率（或者角频率）。
说它看似简单是因为对于基波来说，我们都取50Hz。
可是其重要的意义就是对于谐波的频率是50Hz的整数倍，这就使得感抗和容抗在基波和谐波条件下呈现出不同的数值和状态。
也就可以说谐波引起的一切与基波的不同，都是由这个参数引起的。
无功补偿用电力电容器组在电力系统中的存在，为电力系统带来了大量的容抗。
同时，电力系统中绝大部分电力设备是感抗。
加上电容器组中的串联电抗就使得他们组合对于基波来讲是正常的，可是在谐波条件下就变的复杂起来。
这其中对于电力系统影响和危害最大的就是谐波的放大。
采用串联电抗的电力电容器组的系统接线图和等效电路图如2-1：图中，In为系统中同一母线上具有非线性负荷形成的谐波电流源，所以不计其电阻。
等效之后的电路图中XS、XC、XL分别是系统等效电抗、电容器组电抗、电容器并联电抗器电抗。
则得到的谐波电流为：如图所示，将β分成a-f区域。
对每个区域分析如下：a区域：系统中本身就具有谐波，可是在这里区域里，系统的谐波伴随着β的增加而增大，同时电容器支路的谐波电流也在增大，只是放大的不多。
b区域：曲线斜率的增加说明了谐波电流随着β的增大而迅速增加。
c点：由于谐波电流的频率和系统对于本次谐波的固有频率相等，发生了共振现象。
谐波放大的原理与应用
谐波放大的原理与应用1. 什么是谐波放大？谐波放大是一种通过谐振电路将输入信号特定谐波成分放大的技术。
准确的说，谐波放大并不是放大整个输入信号，而是放大特定频率的谐波分量，同时削弱或抑制其他频率的信号分量。
2. 谐波放大的原理谐波放大的原理可以通过以下步骤进行解释：•步骤1：输入信号通过谐振电路。
谐振电路是由一个电感和一个电容组成，其共振频率由电感和电容的数值决定。
•步骤2：谐振电路选择性地通过特定频率的信号分量。
当输入信号的频率与谐振频率相匹配时，谐振电路会选择性地通过这个特定频率的信号分量。
•步骤3：通过放大器放大被选中的谐波分量。
被选择通过的谐波信号分量会经过放大器，以增加其幅度。
•步骤4：输出放大的谐波信号。
放大器输出的信号将只包含被选择的谐波成分，并且放大的幅度将大于输入信号中该谐波的幅度。
3. 谐波放大的应用谐波放大技术在许多领域中都有广泛的应用，以下列举了一些典型的应用案例：3.1 音频放大器谐波放大技术在音频放大器中得到了广泛的应用。
通过选择性地放大特定频率的声音谐波，音频放大器可以提高音质和音量效果。
例如，在吉他放大器中，谐波放大器可以增强吉他的谐音色彩，使得音色更加饱满。
3.2 无线电调谐器无线电调谐器也是谐波放大技术的典型应用之一。
无线电调谐器通过谐振电路选择性地放大特定频率的信号，以消除干扰和提高接收效果。
谐波放大技术在无线电调谐器中起到了至关重要的作用，使得无线电接收设备能够选择性地接收不同频率的广播信号。
3.3 光纤通信在光纤通信中，谐波放大技术被用于光纤放大器中。
光纤放大器使用特定的掺杂物使得光纤具有放大信号的能力。
谐波放大技术通过选择性地放大光纤中的特定波长和频率的光信号，从而增强光信号的强度和传输距离。
3.4 医学影像在医学影像领域，谐波放大技术被广泛应用于超声波成像中。
谐波放大器可以选择性地放大特定频率的超声波信号，从而改善图像质量和减少噪音。
谐波放大技术在医学影像中的应用使得医生可以更准确地进行诊断和检测。
波放大及电能损耗特性的测试与分析
郑州大学硕士学位论文并联电容器回路谐波放大及电能损耗特性的测试与分析姓名：孔斌申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：刘宪林20040510摘要随着谐波负荷的增加，电力系统的谐波污染日益严重。
在１０ｋＶ母线装设并联电容器组是常见的无功补偿方式。
谐波对无功补偿电容器组的运行带来了不利的影响。
一方面，无功补偿电容器组可能引起谐波电流的放大，导致其谐波过载，缩短寿命，甚至损坏。
更为严重的是，在一定条件下，无功补偿电容器组与系统参数共同作用还会造成谐振，出现危险的过电流或过电压，危及设备和系统运行安全。
同时谐波和低功率因数也引起并联补偿电容器回路有功计量误差增大，进而影响母线电量平衡。
本文对电容器的谐波放大效应进行了理论分析，给出了并联电容器组谐波分析的等值电路，分析了串联电抗器的作用和电抗器电抗率选择，对并联电容器回路中并联电容器和串联电抗器的电压、电流进行了理论计算。
并联电容器回路的谐波放大效应与电容器支路和系统等值支路电抗之比有关，电容器支路加入串联电抗器后，可以降低并联谐振的谐波次数，缩小严重放大区的宽度。
分析了实测牛砦变电站并联补偿电容器回路的谐波状况，测试分析结果表明变电站并联补偿电容器对谐波的放大主要以奇次的５、７次为主，各次谐波都有一定的非对称性，并进行了初步的分析研究。
本文对感应式电能表在谐波状况下的计量误差进行了理论分析和实验研究。
感应式电能表随着频率的增加，计量误差加大，具有下降式的频率特性；感应式电能表的计量误差与谐波次数的高低、谐波功率的大小、谐波功率的方向有关；试验研究表明三相三线式电能表不计量对称的零序谐波分量。
研究了电能表在低功率因数下的计量误差，提出了改变电能表标准接线提高电能表计量准确性的第二种非标准接线，该方法比文献中介绍的方法电能表更正系数算式更加简单，计量误差的准确性更高。
探讨了电子式电能表的计量误差，对电子式电能表在谐波条件下的计量误差进行了理论分析和实验研究。
谐波的危害与对策
谐波的危害与对策随着用电负荷快速增加及电力电子设备的大量应用,非线性负荷已经成为电力系统的重要组成部分。
非线性负荷是产生谐波的重要原因。
电网的谐波含量是电能质量的重要指标之一,全面保障电能质量是电力企业和用户共同的责任和义务。
所以研究谐波产生的原因和谐波造成的危害,在电气设计中采取各种相应技术措施进行谐波抑制,是当前电气设计的一项重要内容。
在我院过去的设计项目中,或者因为生产工艺的调整而增加大量的变频设备,或者因为在购置电容器补偿柜时,擅自取消电抗器,而造成补偿电容器损坏的事故都曾发生过。
分析事故造成的原因,都是因为低压系统中谐波电压过大而造成的。
这两起事故引起了我们电气工程设计人员的高度重视。
一、谐波的产生1、产生谐波的主要负荷大型民用建筑绝大多数用电设备为非线性负荷，一类是含开关电源的非线性负荷（电压型谐波源，电容性负载），如计算机、打印机、电信设备、含电子镇流器的照明灯具、电视机、智能化设施等。
另一类是呈感性的非线性负荷，如含电感性的照明灯具。
变频空调、影剧院可控硅调光装置、微波炉、彩电、单相变频空调、个人电脑的谐波含有率分别高达130％、17％、100％，是谐波重要来源。
日本调查显示，来自民用建筑的谐波污染占总谐波量的40％。
相控整流器、同波变流器、不间断电源（UPS）等电力电子非线性负荷产生谐波。
三相变频空调、变频调速风机和水泵、调速电梯、软启动设备，也都是产生谐波的用电负荷。
2、主要异常现象南京某商城先后出现避雷器爆裂、主干母线槽温升高、绝缘损坏跳闸、照明光源更换频繁、变压器运行温升及噪音异常等；某医院低压补偿电容器爆裂；某银行发现中性线与保护线间电压过高、中性线电流严重过载等异常现象。
3、谐波电流危害比较严重的主要场所综合办公楼、商业建筑、金融建筑及大型医技综合楼等大型民用建筑，由于大量使用日光灯、电梯、计算机、变频风机、水泵或软启动设备、EPS或UPS电源、X光机、CT等医疗设备等，这些用电设备都为非线性负荷，是产生谐波电流的主要根源。
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电容器引起的谐波放大案例分析
随着技术的进步和需求的提高，人们对音频设备的要求也越来越高。
然而，当我们在使用放大器时，电容器引起的谐波放大就会成为音频质量的一个严重问题。
本文将通过一个案例分析来探讨电容器怎样引起谐波放大，并提出解决方案，提高音频设备的质量。
案例描述：某工厂的音响设备在使用过程中出现了失真的情况。
经过初步诊断，负责调试维护的技术人员发现，失真的问题主要是由电容器引起的谐波放大造成的。
具体表现为音乐的高频部分失真，声音刺耳难听。
首先，我们需要了解电容器是怎样引起谐波放大的。
在通常的放大器电路中，信号从输入端传递到输出端，中间会经过一个电容器。
电容器可以阻止直流电流通过，只让交流电流通过，因此它可以当做一个高通滤波器使用，用来滤除低频信号。
然而，在电容器工作时，它也会引入某些谐波信号，这些谐波信号会扭曲原始信号，导致失真。
对于一个放大器电路来说，输出信号需要经过一个电容器接到下一个电路中。
如果这个电容器的容量不够大，高频信号就会被滤除，导致声音变得暗哑。
但是，如果电容器的容量太大，谐波信号就会被放大，导致失真。
事实上，大多数失真问题都是由于电容器容量过大导致的。
为了解决这个问题，我们需要合理选择电容器容量。
电容器的容量要根据放大器电路的特性来匹配，具体来说，就是根据放
大器的带宽选择合适的电容器容量。
通常来说，放大器带宽越大，电容器的容量就要越小。
我们也可以通过更改电容器材料来改善谐波放大问题，比如使用聚酯薄膜电容器来代替铝电解电容器。
以上是电容器引起谐波放大的案例分析及解决方案。
为了保证音频设备的质量，在选择电容器时需要仔细匹配，并根据实际情况选择合适的电容器材料。
除了电容器的容量，其它因素也会影响谐波放大的情况。
例如，放大器的电路布局、电容器的电压容量、电容器的ESR值、放大器的功率等。
这些因素都会在不同程度上对谐波放大产生影响。
因此，在解决谐波放大问题时，需要了解电路原理，并综合考虑多种因素，找到合适的解决方案。
此外，对于一些高端的音频设备，还可以采用更为先进的技术来解决谐波放大的问题。
例如，在某些数字音频系统中，会采用数字信号处理技术。
这种技术可以根据实际情况对音频信号进行数字信号处理，在数字领域内进行谐波修正，从而消除谐波放大引起的失真问题。
数字信号处理技术可以极大地提高音频设备的输出质量，并广泛应用于许多高端音频设备中。
最后，需要强调的是，解决谐波放大问题不是一次性的，而是需要一个不断试验、不断调整的过程。
每个音频设备都有自己的特性和限制，因此需要仔细分析实际情况，找到最合适的解决方案。
在解决谐波放大问题的过程中，需要不断实验、不断尝试，直到达到满意的效果。
随着技术的不断发展，音频设备的质量会越来越高，我们相信，在不久的将来，我们将看到更
加完美的音质体验。
对于高端的音频设备，除了数字信号处理技术外，还有一些其他的解决方案。
例如，可以采用宽频带放大器来解决谐波放大问题。
宽频带放大器是一种能够放大宽带信号的放大器，其频率范围覆盖了音频信号的大部分频段。
采用这样的放大器可以消除谐波放大引起的失真问题，同时还能够提高音频设备的输出功率和准确度。
另外，还可以采用反馈系统来解决谐波放大问题。
反馈系统可以通过将一部分放大后的信号反馈到放大器输入端，来对输出信号进行纠正。
反馈系统可以有效地消除谐波放大引起的失真问题，并且在高端音频设备中得到了广泛应用。
除了上述方案，还有一些其他的解决方案。
例如，可以采用多级放大器来解决谐波放大问题。
多级放大器按照电路的级数来分，每级放大器都能够增加输出信号的幅度，从而达到放大的效果。
采用多级放大器可以有效地降低谐波放大的程度，提高音频设备的输出质量。
综上所述，解决谐波放大问题涉及到多个方面，包括电容器的选择、电路布局、放大器功率等。
解决谐波放大问题需要根据实际情况进行综合考虑，并采取不同的方案来解决问题。
在高端音频设备中，常采用数字信号处理技术、宽频带放大器、反馈系统、多级放大器等先进技术来解决谐波放大问题，以提高音频设备的输出质量和准确度。
谐波放大问题是高端音频设备常见的失真问题，会导致输出信号失真，影响音频质量。
解决谐波放大问题的方案很多，主要包括电容器的选择、电路布局、放大器功率等多个方面。
其中，采用数字信号处理技术、宽频
带放大器、反馈系统、多级放大器等先进技术是高端音频设备解决谐波放大问题的主要方式。
这些先进技术可以有效地消除谐波放大引起的失真问题，并提高音频设备的输出质量和准确度。
在实际设计中，需要根据实际情况进行综合考虑，选择最适合的解决方案。
总之，解决谐波放大问题关键在于细节处理和技术升级，只有采用先进技术并且注重细节才能够最大限度地提高音频设备的输出质量以及准确度。