谐波对用户补偿电容器有哪些影响
电气化铁路谐波对电容器组的影响与对策
专题论述
电 号化 铁 路谐 波对 电 窖器 组徊 影 响 与对 策
新 乡豫新发 电有 限责任 公 司 李孟告 华 电新 乡发 电有 限公 司 孙 鹏涛
［ 摘 要］ 本文分析 了有谐 波源的电力 系统中装设 无功功率补偿 电容器，谐波 电流对 电力 电容器的影响 ， 确定 了谐波 电流在 电容 器 支路 中放 大、 分流 、 谐振和发生并联谐振的条件及 对电容 器的影响 ， 并通过 比较对 电容 支路的 串联 电抗的使 用提 出建议。 ［ 关键词 】 电力 电容器 谐 波电流 电抗率 串联 电抗 器
型式
电容器 回路阻抗
说明
一
般 条件 （Ｘ Ｘ ＞ ｈ ｔ ｃ）Ｏ
加大电容器 的串联 电抗 值 ， 以减 可 轻 电容器的过负荷程度 但相应增 加 电容器组的有功损耗
，
串谐 Ｘ ｌＩ 谐电容相于调滤器 联振］ Ｘ 条的全注电器满此 ｈＩ ｃ Ｌ ＿ 件电部当容，足 波流器入单谐波
表 ２
Ｋ『 ％ ３ ４ ５ ６
Ｉ 会造成 电容 器过电流 恶化 串联电
，
１ ２
谐 波 次 数
一
５７ ．７
５ｏ ．ｏ
４４ ．７
４０ ．８
２８ ．８
图 １ 谐波分流等值 电路 图 谐波 电流分流值与阻抗大小成反 比， 公式 为：
ｈ Ｘ善
Ｉ Ｉ— — — 。 — ＝ ｈ
ｈ （ ｒ ） ｘ ｝ 牟一 ｌ ｘ
Ｉ Ｉ— ＿ｌ ｍ＝ｈ ＿ ｈ 一
ｈ ｏ（ＸＩ ） Ｘ＋ｈ ＿－
般电力部 门 的并 联补偿 电容 器组 的串联 电抗率 在 ３ ～ ％之 ％ ６ 间， 从上表可知 ， 会对 ５次以下的谐波放大。电铁牵引负荷产生谐波分 量 以 ３ ５ ７ ９等奇次谐波 为主， 、、、 且含量 较大 ， 以在不调整的并联补偿 所 电容器组的串联电抗 率情况 下， 极有 可能发 生 、 次谐波在电容 器侧放 大 的情况。并联 补偿 电容器组 的电容器承受谐波的能力是极为有限的， 可 能使 电容器过流 、 过压甚 至损坏 。 电铁谐波对并联 电容器 的影 响， 国内相关 单位 做过大量试验 ， 试验 结果表明 ： （） １ 由于 电容器容抗 对高次谐波呈低 阻抗特性 ， 因此 ， 易于吸收 更 高次谐波电流。 并联电容器接入 系统后 ，可能与系统感性元件形成某次高次谐波 谐振 ， 使系统中原有 的高次谐波放大 ， 加剧谐波对 系统的影响。 （） ２ 根据电力并联 电容器 的运行经验 ， 当电力 电容器 中谐波 电流过 大时 ， 会造成 电力 电容器损耗增加 、 鼓肚 、 损坏或不能正常投运 。 （ ） 据国标 《 ３依 并联电容器》 Ｇ ３ ８ — ３ 电力部标 《 （ Ｂ ９３ ８） 及 电力电容器 设计技术规程｝ Ｓ Ｊ５ ８ ） （Ｄ ２ — ５ ， 以下两方面校验 电容器能否正常安全 需从
谐波对并联电容器的影响
1 2
u
图二 并联电容器在和平变中结构示意图 谐波通过串联电抗器、 电容器这类储能元件,则必然在电容器上产生谐波电压,并且可能发生并联 谐振或是串联谐振。如果发生并联谐振则会引起谐波放大,此时电容器上将产生很高的谐波电压和很
大的谐波电流。如果谐波电压的正向峰值与基波的正向峰值正好同相位,则由于叠加造成很高的峰值 电压。当 35 kV 母线投入不同的电容器组数,某些谐波次数会引起并联电容器组与串联电抗器串联谐 振,而引起电容器谐波放大,电容器上会流过很大的谐波电流,造成电容器发热量大增,减小电容器的使 用寿命。
20
0
0
100
200
300
400 500 600 频 率 （ Hz ）
700
800
900
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0
0
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400 500 600 频 率 （ Hz ）
700
8四（a）电压波形及各频率能量分布图 （2）投入两组电容器
35kV母 线 电 压 40 30 20 10
4 3 2 1
0.305
0.31
0.315
0.32 时 间 (t)
0.325
0.33
0.335
0.34
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0.32 时 间 (t)
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能量分布图 1200 120
能量分布图
1000
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800
80
幅值
600
幅值
60
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大功率整流装置产生的谐波对电力系统的影响
大功率整流装置产生的谐波对电力系统的影响摘要：由于非线性负载以及电力电子器件的应用，大功率整流系统在实际运行中必然产生大量的谐波电流，从而给功率计量与系统效率提升带来一系列影响。
这不但对电网自身重要电气设备造成重大影响，而且给广大用户带来严重的危害，甚至已经影响到企业的正常生产和产品质量。
基于此，本文主要对大功率整流装置产生的谐波对电力系统的影响进行分析探讨。
关键词：大功率；整流装置；产生谐波；电力系统；影响1、前言在现代诸多工业生产工艺中，如电解金属工艺、串接石墨化工艺等，采用大功率整流装置供电已经相当普遍，即将220kV、110kV、35kV以及10kV等电压等级的高压交流电源进线，通过调压变压器-整流变压器组降压调压，再通过可控硅或二极管整流装置为生产系统输出0～1500V电压可调、电流最高可达350kA的直流电。
这样大功率的整流装置，对当地电力电网的影响是不可忽视的。
文中就大功率整流装置产生的谐波对电力系统的各种影响和危害做出定性分类，为电力系统和大功率整流装置用户进行谐波治理提供些许帮助。
2、谐波的不良影响供电系统存在高次谐波造成的影响和危害是多方面的，下面从两个方面来分别加以阐述：2.1整流装置的负荷特性及其对电力系统的影响2.1.1供电点的功率因数问题大功率整流装置的投入，若负荷内部没有充足的无功补偿容量，就会从系统吸收大量的无功功率，造成系统供电点处的功率因数下降。
2.1.2电力系统电压稳定性问题当大功率整流装置的工况处于变化较大时，如整流变压器组的调压变压器处于调压状态，整流装置的功率便会发生一定范围的波动。
尽管这个功率波动与大功率冲击性负荷相比对电力系统是一个微扰，但是如果上级电力系统存在无功功率缺陷，而整流装置调压变压器的有载分接头控制又缺乏“柔性智能”的策略，即不能在线识别系统的无功状态而单方面保持供电点处的电压水平，则势必将无功缺额转移到供电的主电压网，从而使主网电压严重下降，甚至发展成为“电压崩溃”。
谐波的危害系列之谐波对纯电容补偿柜的影响
谐波的危害系列之谐波对纯电容补偿柜的影响安科瑞崔庭宇江苏安科瑞电器制造有限公司摘要：目前大多数低压配电系统的无功补偿，都是通过在负载侧加装并联型电容补偿柜的方式实现的。
但由于谐波的存在，无功补偿的电容可能被谐波影响而损坏，还会使谐波电流放大。
谐波可以通过安装有源滤波器来进行治理，使谐波含量控制在有效的范围内，而电容放大谐波电流的问题则可以通过在电容进线端串联相应电抗率的电抗器来解决，补偿装置及各种设备就能保证正常工作。
关键词：无功补偿谐波电容损坏有源滤波器电抗器1引言在低压配电系统中，负载多为阻感性用电设备，这就造成了电网的功率因率偏低，大量无功从电网汲取不仅影响了输配电效率，还带来了用户因功率因数低而罚款的问题。
无功补偿成为现在低压配电系统中不可缺少的部分，目前最常用、成本最低的方式是在负载侧加装电容补偿柜。
这种补偿方式可以提高供电系统功率因数，稳定受电端电压水平，从而提高电网供电质量。
但采用纯电容器进行无功补偿时一旦遇到谐波的干扰，电容器的补偿支路极易发生故障，造成电容器鼓包、投切开关不动作、误动作与保护设备损坏等严重后果。
2谐波的产生及危害随着电力电子技术的发展与应用，越来越多的非线性用电设备在工作过程中不可避免的会产生谐波，从常见的LED灯、计算机电源，到工业中广泛应用的整流设备、变频器、中频炉、逆变器等，都会产生谐波，这对无功补偿所采用的电容、投切开关等产生了极大影响。
例如：使电网中的电容器产生谐振。
工频下，系统装设的各种用途的电容器比系统中的感抗要大得多，不会产生谐振，但谐波频率时，感抗值成倍增加而容抗值成倍减少，这就有可能出现谐振，谐振将放大谐波电流，导致电容器等设备被烧毁。
有些配电房传统的无功补偿装置由于不能消除谐波的干扰，根本无法投入运行或是投入后被损坏，功率因数偏低，造成电费扣罚。
3案例分析3.1测量信息测试对象：某电缆制造公司，其主要谐波源为各种容量的变频器测试位置：1#变压器进线柜和对应无功柜（共补）A相测试内容：上述位置谐波电流畸变率及变化趋势等。
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。
电网谐波含量对补偿电容器组电流有效值的影响
０ 引 言
近年 来 ， 随着 电 力 系统 和 电力 电 子 器 件 技 术 的发 展 ， 功 率 整 流逆 变 设备 、 大 电弧 炉 、 电气 化 铁 路及 晶 闸管调 压 及 变 频装 置 的应 用 越 来 越 广 泛 。
制。
关键 词 ： 波 ；电容 器组 ；电流有 效值 谐 中图分 类号 ： Ｍ １ ． 文 献标 识码 ： Ｔ ７４ ３ Ａ 文 章编 号 ：ｌ７ ．７ ７ ２ １ ） ３０ ０ － ６ ４ １５ （ ０ １ ０ －０ ６０ ４
Ｉ ｆｕｅ ｅ ｏ ｒ ｏ ｃ Ｃｏｎ ｅ ｓ ｉ ｔ ｒ ０ ｔ ｅ Ｃｕｒ ｅ ． ． ｌ ｎ ｌ ｎｃ ｆＨａ ｍ ｎｉ ｔ ｎｔ ｎ Ｎｅｗｏ ｋ ｔ ｈ ｒ ｎｔｒ ｍ ｓ Ｖａ ｕｅ
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减少谐波电流对补偿电容器影响的措施
电力 系统 负荷 分类 复杂 ， 种类 繁多 ， 但究 其 根 源 ， 本都 是 以电磁 感应所 作 为能 量传 输基 础 的 ， 基
因此 ， 感性无功负荷 以及伴 随的功率 因数问题不 可避免 的放 在我们 面前 。无 功 补偿成 为供 电系统
不 可缺 少 的 一 个 组 成 部 分 。 无 功 补 偿 的 方 法 很 多， 如利 用 过激磁 同步 电动 机 ， 利用调 相 机做无 功
谐 波 阻抗一 般较 系统 侧及 电容 器组 的阻抗大 得 多 ， 进行 谐 波分 析 的电路 中 ， 在 可将谐 波源视 为 恒 流源 ， 波对 电力 电容 器 的影 响 与 电力 系统 的 谐 结 构有关 ， 大多 数情 况下 ， 波源 与 电力 电容 器 在 谐 在 同一母 线上 ， 电力 电容 器 支路 一 般 有 串联 电抗 器， 主要作 用是 限 制在 开关合 闸时 ， 由于 电容器 两
（ ｅｔ ｇａ ｄＲ ｓａｃ ｅａｔ ｎ ， ｏ ｅ ｕｅｕｏ ｏｈｎ ｏｈｎ， ｕ ｎ ｄ ｎ ２ ３ ０， ｈｎ ） Ｔ ｓｎ ｎ ｅｅｒｈＤ ｐ ｒ ｔ Ｐ ｗ ｒＢ ｒａ ｆ ｓａ ，Ｆ ｓａ Ｇ ａｇ ｏ ｇ５ ８ ０ Ｃ ｉａ ｉ ｍｅ Ｆ
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谐波对电容器组的影响及其抑制
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谐 波 对 电容器 组 的影 响及其抑 制
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（ 州 刘 国钧 高 等 职 业技 术 学校 ， 苏 常 州 ２ ３ １ ） 常 江 １０ ４
摘 要： 电力 电子设 备 的 大量 应 用成 为 电力 系统 主要 的谐 波 源 ， 电力公 司为提 高功 率 因数 而配 置的 电容 器 组对 谐 波非 常敏 感 ， 而 本 文 分析 了谐 波对 电力 系统 的 影响 ， 而讨论 对 电容 器组 的损 害 ， 进 并针 对 电容 器组提 出 了抑 制谐 波 的方 法及 电抗 器 电抗 选择 。
器成为谐波的吸悦 。 同时 ， 谐波电压产生大电 流会 引起电容器熔丝熔断 。 （） ２谐波往往 使介质损耗 增加 ， 其直接后 果 是额 外的发热和寿命缩短 ； （） ３ 电容器 和 电源 电感 结合 构成并 联谐 振 电路 ， 在谐 振时 ， 波被放 大 ， 终 的电压会 大 谐 最 大高 于电压 额定值 并导致电容器损坏。 四、 电容器组 谐波抑制 谐 波抑制 ，就是通过 使用无 源滤波器来有 效地减小谐波 。 般地 ，无源滤波器 由电容器和 电抗器 串 联而成 ， 调谐 在某个特定谐 波频 率 ， 并 滤波器对 其所调 谐的谐波来说是 —个低阻抗 的 “ 陷井” ， 理论上 ， 波器在其调谐频率 处阻抗为零 ， 滤 因此 可 吸收掉要滤 除的谐 波。 基频表达式为： １ ．ｓ＝ ｏｖｔ￣。 Ｐ １ ÷ｗｃ ／ ， ｃ ０ ｏ 当 电容 器组被 设计来 滤除某 一谐 波时 ， 只 当有谐 波时 ， 的介 质损耗会增加 。 总 要采用 一个调谐 电抗器 ， 并使 其在调谐频率下 三 、 波对 电容器组的影响 谐 的感 陛电抗值等于 电容 器的容性 电抗值 。滤 除 电容器及其 串联 电抗器是一 种对谐波极 为 的谐波次数 可用下 式表示 ： 敏感 的电气设备 ， 容抗或 电抗 随频率 的变化 其 而变化 。 当存 在谐波时 ， 电容器组 回路 电压 电流 增 长 的更 快 ， 特别 是含 有 高次谐 波 时 ， 电流增 ｈ 一调谐次数 ， 或需要滤除 的｛波次数 ； 皆 长更 为迅速。 因此电力 系统 中， 受谐波影 响而造 疗 一调谐 频率 ｈ ｏ ｆ； 成 电容器及其 电抗 器可能 因过 电流 、 电压 ， 过 或 广－ 基频 下的电容器电抗 ； — 长期 过热使绝缘损 坏或寿命缩 短 ，引发故障 的 广 ． 基频下 的电抗 器电抗 。 问题 时有 发生 。据统 计 ， 由于谐波而 损坏 的电 上 式说 明 ，当 电抗 器 电抗 ＝ ． ０ ４时 ＝ ０ 气 设 备 中 ，电容 器约 占 ４ ％，串联 电抗 器 占 ０ ０ ， 、 胁 ＝５ 明电容 器组 与 电抗 ． ０ ／ 说 ３％，其它 因谐 波而损 坏 的电气 设备 与电容器 ０ 器构 成的是—个 ５ 次谐波滤波器。 也有很 大关 系 。 若要构成—个 三次谐波 的滤 波器 时 ， 电 则 谐波对 电容器组 的影 响有以下几种方式 ： ＸＦ １Ｘ ｄ １ （） １电容器 由于睹波 电流而过 载 ， 因为 电容 抗器 电抗 ： 孚 ＝
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广东力生电器有限公司
-----高锡春
谐波对用户补偿电容器有哪些影响？
电网无功配置中所占比例最大，其中用户电容器约占电容器的2/3。
这部分电容器的设计大多只考虑无功补偿量，不考虑设点电能质量的实际污染情况，因此，运行点电能质量指标低时，常造成一些事故，如补偿装置投不上、电容器使用寿命降低、电容器保护熔丝熔断，甚至发生串并联谐振，引发电容器的谐波过电压与过电流，导致电容器爆炸等。
另外用户电容器的管理目前仍按平均功率因数进行考核，电容器很少按电网实际运行情况投切，甚至只投不切，无形中使电网电压失去了应有的调节裕度，使电压偏差等电能质量指标难以控制。
1、 低压电网中谐波分量的限值
为了限制谐波源注入电网后产生不良影响，必须把电压和电流的谐波分量控制在允许的范围内，使连接在电网中的电气设备免受谐波的干扰。
对于不同电压等级电网的电压总谐波畸变率的限值不同，电压等级越高，谐波限制越严。
例如6～10kV、35～66kV及110kV电网，其电压总谐波畸变率分别规定为4.0、3.0和2.0;另外对偶次谐波的限制也要严于对奇次谐波的限制。
2 、电容回路的谐波放大和谐振
无功补偿装置和滤波装置主要由并联电容器及电抗器组成。
在工频条件下，电容器的电抗值比系统的电感电抗值要大得多，不会发生谐振。
但由于容抗XC=1/ωC，感抗XL=ωL，高次谐波条件下由于XL 的增加和XC的减小，就可能发生并联谐振或串联谐振。
这种谐振往往会使谐波电流放大到几倍甚至数十倍，会对电网及并联电容器和与之串联的电抗器产生很大的威胁，并可能使电容器和电抗器烧毁。
根据有关资料报道，由于谐波而损坏的电气设备事故中，电容器事故约占40%，电抗器事故约占30%。
电子式电能表占60%。
3、 由于谐波放大造成电容器损坏
某设备部分无功补偿的低压电容器因过热而损坏，而这些电容器组接于向不间断电源（UPS）供电的回路上，当投入电容器时，实测得谐波电流值及电压畸变率的数值变化很大。
这足以充分说明引起电容器过热损坏的原因。
解决的措施:将电容器串联电抗器。
其加装串联电抗器后谐波放大和电容器的严重过载问题都得到了满意的解决，实际测量结果表明谐波电流均在允许值之内，无放大现象，无功补偿和抑制谐波的效果均满意。
4、 低压无功补偿装置的合理选择
4.1 、首先摸清负载的性质和谐波含量
采用普通的低压电容补偿成套装置，还是选择具有抑制谐波功能的滤波器成套装置，关键在于负载的性质和所产生的谐波分量的大小。
谐波分量的数值可由谐波测试仪测得。
对电力负载的性质要特别
注意以下3点:①负载变化的幅度和频繁程度;②负载中是否具有容量较大的谐波源:③三相负载的不平衡程度。
要求快速补偿和抑制谐波的行业，通常包括具有大量电焊机设备的汽车制造业、冶金行业、造纸行业、电梯及起重设备、大型商住楼，以及其他具有大量变频器和大容量荧光灯照明的场所。
4.2 、搜集配电网及负载的技术参数
搜集配电网及负载的有关参数，为设计滤波器的方案提供依据，通常包括:①电网的额定电压、运行电压和变化范围;②基波频率f的无功负载;③主要负载的性质、谐波次数及其分量值;④实测的电网电压畸变率;⑤不同运行方式下配电网的短路容量;⑥国家标准
GB/T14549—1993及IEC标准对谐波电压和谐波电流的限值等。
4.3 、进行预测
根据网络参数，负载性质及初步提出的补偿方案，通过仿真模型的计算机计算，对是否可能发生谐波放大或谐波共振进行分析，做到心中有数。
4.4 、合理选择补偿装置
近二十余年来，国内外电工行业中先后开发了多品种的谐波滤波器和具有抑制谐波功能的低压无功补偿装置，主要包括: （1）低压谐波滤波器，单柜输出容量60～300kvar滤波回路，适用于常见的5、7、11、13次谐波，各次滤波器分别由电容器及串联电抗器组成。
（2）低压3次谐波滤波器，非线性的单相负载 如荧光灯、投射
灯、计算机、打印机等，接入相与中性线之间，会产生3次谐波 电流，并在中性线上进行并联叠加，造成电流和电压畸变。
3次谐波电流除了会在中性线上引起过载危险外还会形成150Hz的磁场，因此要求从电网上滤除3次谐波电流，单柜输出容量一般为15～50kvar。
（3）固定式带调谐滤波器组，额定容量7.5～50kvar，1台固定式带调谐滤波器，由1台电容器和1台电抗器组成，电容器按需补偿的无功容量选择，电抗器电感值的选择要使LC回路形成串联谐振电路的谐振频率，低于电网相间存在的最低次谐波频率，通常是5次（250Hz） ，而调谐频率则往往按141Hz设计的。
当高于调谐频率时带调谐滤波器是电感性的，不但不会放大典型的5次、7次和11次谐波，还可以吸收电网中低次谐波的一部分。
（4）自动投切带调频滤波电容器组，单柜额定容量15～75kvar，与常规的自动投切电容器组相似，由自动功率因数控制器进行控制，在400V，50Hz电网中使用时，其调谐频率通常 为130、141Hz或189Hz，如需要时也可设计为204Hz。
（5）晶闸管投切电容器组（TSC），目前已基本取代用接触器投切的电容器组。
（6）有源滤波器，从技术上讲最先进，但价格贵，目前国内尚无此类批量的产品。
其性能特点是:①优良的动态特性，响应时间小于1ms;②三相补偿谐波电流、谐波次数可达50次; ③可消除中性线电流的3次谐波及其他零序性质的谐波;④功率损耗低;⑤在既消除
谐波又进行无功补偿的操作模式下cosφ可补偿到1;⑥电子式的过载保护;⑦可以与各类滤波器组合使用。