谐波对电容的影响及对策
港口电力系统中谐波对电容的影响及对策
陈立新
摘要：简要介绍了港口电力系统中谐波所造成的危害与影
响，谐波造成影响的原因及理论上的解决方法，实际运行中存
在的一些实际问题，提出了解决谐波影响的实施对策。
关键词：谐波 电容器 电力系统 电抗器 电抗率
一、引言
随着近年电子技术的在港口电力系统的广泛应用，特别是
变频、整流以及能量回馈等技术在港口大型门机、集装箱岸桥
等机械设备上的应用，港口供电系统中的谐波问题已经不可避
免的暴露出来。据天津港电力系统中部分装有变频调速设备的
集装箱岸桥和大型门座式起重机的谐波测试情况看，其中大部
分机械设备运行中有5、7次谐波注入系统，个别设备还有11、
13次谐波产生。由于高次谐波对电气设备的正常运行具有非常
的危害性，其所造成的损失已不胜枚举。例如，熔断器爆炸、
电抗器过热烧毁、电容器鼓肚、PT绝缘击穿、变压器出力和寿
命降低等问题在天津港电力系统中就曾有发生。下面本文就谐
波影响最为严重的电容器如何作好对谐波危害的防制，实际操
作中存在的一些实际问题和解决办法，以及港口电力系统如何
作好对谐波影响的防范，提出自己的一点见解供探讨。
二、电容器对谐波放大是谐波造成危害的主要原因
1.电容器对谐波电流放大原理：
电力系统中如果没有电容设备且不考虑输电线路电容，则
其谐波阻抗Zsn=Rsn+jXsn
式中Rsn—系统的n次谐波电阻
Xsn--n次谐波电抗 Xsn=nXs
Xs –工频短路电抗
并联电容后，设并联电容器基波电抗为Xc n次谐波电抗为
Xcn，系统的谐波等效电路如图一所示，则系统的n次谐波阻抗
值Z′sn为
由上式可以看出，装设电容器后系统的谐波阻抗随系统的
谐波频率不同会发生变化，即可以为感性也可以为容性，并且
当系统的谐波频率达到某一特定值时，并联电容器可能会与系
统发生并联谐振，使等效谐波阻抗达到最大值。
如果谐波源为n次谐波电流İn注入电力系统，İsn为进入电
网的谐波电流，İcn为进入电容器的谐波电流，如图二所示：
根据电路计算公式： 当Xsn=Xcn时，并联电容器则与系统阻抗发生并联谐振，由
于Rsn< 流被放大。 因Xcn=nXs，Xcn= 故谐振点的谐波次数为no=√ Xc /Xs， 即当谐波源中含有次数为√ Xc /Xs 的谐波时，将引起谐振。 若谐波源中含有次数接近√ Xc /Xs 的谐波，虽不会发生谐 振，但也会导致该次谐波被放大。 2.谐波放大对电容器造成的影响 谐波电流一旦被电容器放大并迭加在电容的基波电流上，这将使流过电容器电流的有效值增加，电力电容器会由于谐波电流引起附加绝缘介质损耗加大、温度升高，加快电容器绝缘老化，甚至引起过热使电容器损坏。 此外，谐波电流被放大引发的谐波电压增大一旦迭加在电容器的基波电压上，同样会使电容器电压有效值增大，并且电压峰值也会大大增加，造成电容器发生局部放电不能熄灭，这也是电容器损坏的一个主要原因。 由于电容器对谐波电流的放大作用，它不仅危害电容器本身，而且会危及电网中的其它电气设备，严重时会造成电气设备损坏，甚至破坏电网的正常运行，因此，必须要解决好电容器对谐波电流的放大问题，加强谐波的抑制与防范。 三、谐波抑制方法及实际操作中的问题 1.谐波抑制方法 根据并联电容器对谐波电流放大的原理，改变并联电容器与系统阻抗的谐振点，避免谐振发生，就可以有效地解决并联电容器对谐波的放大问题。实际操作中的通常的做法是给并联电容器串接一个电抗器，其等效电路如图三所示，XL为串接电抗器的基 波电抗，由于通常情况下 Rsn< 由以上两式可以看出，当nXs+（nXL-Xc/n）=0时，并联电容器此时将与系统发生并联谐振，谐波次数n0=√ Xc/（XL+Xs） ，与未串接电抗器之前相比，谐振点谐波次数明显低于未串接 电抗器时的谐波次数，且串接的电抗器电感量越大，谐波次数n0越低。因此，通过串接电抗器电感量大小控制并联谐振点的 位置，能够有效避开谐波源中所包含的各次谐波，避免谐振的 发生。 2.实际操作中的问题 谐波问题实际上是一个十分复杂的问题。单就天津港口电 力系统来说，港区用电设备有谐波产生，上级电网也有谐波注 入，变电所内部的整流等设备同样会产生谐波。由于港区用电 负荷随时间和港口生产情况变化波动非常大，因此港口生产设 备产生的谐波影响也在不停的发生着变化。同样，由于上级电 网的调整变化，其谐波影响也有不同。特别是随着近年天津港 口建设的飞速发展，新的集装箱码头岸桥等大量新设备的不断 增加投入使用以及随时可能增加或调整投入使用的设备，对于 谐波的影响确实很难做出准确的预测。因此，对于港口电力系 统中并联电容无功补偿装置的谐波抑制，特别是在串接电抗器 的选配方面同样面临着许多的实际问题。 通过以上的分析、讨论已经知道，当系统中含有多次谐波 分量时，可以通过加大串接电抗器的电感量降低谐振点来解决。 但若串接电抗率过大的电抗器，电容器两端电压将升高到一个 很高的数值，不仅会造成投资大、不利于安全运行，同时也会 影响补偿效果，因此一般情况下，串接电抗器的电抗值不宜过高。从天津港口的实际测试情况看，系统中谐波主要以5次以高 次谐波为主，根据有关书籍介绍，对于5次以上谐波串接 4.5%--6%的电抗率具有很好抑制作用，但从理论计算公式可以 看出，任何一种固定比率的电抗器都不可能对每次谐波都能起 到很好的抑制作用，特别是串接4.5%--6%的电抗率还会对3次谐 波产生放大作用。因此可以讲，采用一种电抗率的串接电抗器 要想全面解决含有多次谐波的抑制问题，不可能做不到。如果 采用串接多组不同电抗率的电抗器分组形式，虽然并联电容无 功补偿设备的构成形式能够满足，并且也可以做到对不同次谐 波的抑制，但是由于系统中各次谐波的出现并非规律性，若想 实现无功补偿和谐波抑制的协调统一，不同的电容器、电抗器 组合及不同的操作顺序，不但给安装设计带来不变，也给运行 维护带来很多麻烦，因此这种方案也不可能做到。，下面结合电 容器、谐波以及港口用电的实际谈一点自己的认识。 四、实施对策 综合以上分析我们已经了解了高次谐波对电力电容器的影 响，谐波的抑制方法以及实际运行中存在的具体问题。同时我 们也知道高次谐波并非仅对电力电容器造成危害和影响，谐波 对电力系统中的其它设备同样存在危害和影响。那么如何才能 解决好谐波的影响与危害问题呢，通过上面的分析我们已经知 道，任何一种固定电抗率的电抗器都不可能对多次谐波都能起 到很好的抑制作用，并且谐波一旦大量流入电力系统危害其它设备，影响同样严重。因此我们必须综合地考虑无功电容补偿 设备对谐波的抑制与对系统其它设备的影响问题。 根据国家电力电容器设计制造规范，电力电容器设计制造 中已经考虑了一定谐波分量影响。综合考虑港口电力系统安装 并联电容无功补偿设备是为了实施无功功率补偿的主要目的， 因此笔者认为，港口电力系统并联电容器的防谐、抑谐串接电 抗器不必考虑，同时也不可能达到一个完全理想的状况，串接 电抗器的电抗率应在保证电力电容器不受损害的情况下，尽量 多吸收一些系统中的谐波电流减小谐波对系统中其它电器设备 影响。因此笔者建议港口电力系统的防谐、抑谐应按以下原则 来实施： 1、在保证电力电容器不受损害的前提下，并联电容器串接 电抗器的电抗值宜适当选择一个下限，尽量避免注入系统的谐 波电流过大，从而给系统中其它设备和电网带来不利影响。 2.根据规范，在电容器允许过电流、过电压等范围内，允 许电容器吸收一部分谐波，以减少谐波过多进入系统造成损坏。 3.对于港口大型门机、集装箱岸桥等大型设备和主要谐波 源等应实施就地治理和补偿，避免过高和超标谐波流入系统， 给港口电容补偿设备和其它设备造成影响。 4.对于系统中相对复杂而又难以控制流入的谐波问题，通 过测试分析，可以采取滤波、抑波相结合的治理方案进行解决。 5、对于准备购置的新设备或新建的变电所等，应参照类似 或已有的成熟运行经验作好谐波的治理和抑制工作。 总之，谐波的问题比较复杂，影响也比较严重。我们既要 做好并联电容器对谐波的抑制防范问题，同时更要解决好谐波 对其它设备和电网的影响。根本办法就是从源头抓起，对系统 内部影响较大的谐波源的负荷实施就地治理，减少过多的谐波 电流流入系统，这是最有效也是最根本的解决途径。（二〇〇六 年七月）
谐波的产生和危害有哪些 谐波的抑制方法
谐波的产生和危害有哪些 谐波的抑制方法
谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗，降低了输变电及用电设备的效率。关于“谐波的产生和危害有哪些 谐波的抑制方法”的详细说明。
1.谐波的产生和危害有哪些
1.谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗，降低了输变电及用电设备的效率。
2.谐波可以通过电网传导到其他的电器，影响了许多电气设备的正常运行，比如谐波会使变压器产生机械振动，使其局部过热，绝缘老化，寿命缩短，以至于损坏；还有传导来的谐波会干扰电器设备内部软件或硬件的正常运转。
3.谐波会引起电网中局部的串联或并联谐振，从而使谐波放大。
4.谐波或电磁辐射干扰会导致继电器保护装置的误动作，使电气仪表计量不准确，甚至无法正常工作。
5.电磁辐射干扰使经过变频器输出导线附近的控制信号、检测信号等弱电信号受到干扰，严重时使系统无法得到正确的检测信号，或使控制系统紊乱。
2.谐波的抑制方法
(一)降低谐波源的谐波含量
在谐波源上采取治理措施，从源头上最大限度地避免谐波的产生。这就需要在设计、制造和使用谐波源设备时，要注意谐波对供电系统及其供用电设备的影响，采取切实可行的治理措施。用电业务管理部门要严格把关，对于没有采取治理措施的谐波源用户，要禁止其入网运行。 (二)在谐波源处吸收谐波电流
这种方法是对已有谐波进行有效抑制的方法，也是目前电力系统使用最为广泛地抑制谐波的方法。其主要方法有以下几种：
1.无源滤波器
无源滤波器安装在电力电子设备的交流侧，由L、C、R元件构成谐振回路，当LC回路的谐振频率和某一高次谐波电流频率相同时，即可阻止该次谐波流入电网。这种方法由于具有投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点，是目前采用的抑制谐波及无功补偿的主要手段。
2.有源滤波器
有源滤波器即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。
谐波对电力系统的危害及预防措施
谐波对电力系统的危害及预防措施
摘 要：随着工业生产自动化的不断提高，半导体器件的问世发展，特别是大型可控硅变频器及逆变器等，非线性负载在工业生产中使用的逐步增多，而这些非线性负载能把高次谐波电流注入电网。从而引起电网系统电压和电流波形发生畸变，使电网受到严重污染，谐波治理将越来越重要。
关键词：谐波；趋肤效应；电力系统；过热
一、高次谐波对各种电气设备的危害
非线性负载产生的谐波电流，能够在电力系统的某些设备上明显的反映出来，常见的有变压器和中性线。在电动机、发电机和移相电容器中也有些表现。
1.谐波在导体中产生的作用
由于电压畸变，所含的高频成份将造成发电、输电、变电、配电和用设备过热、损耗增大、系统过电压、失控等。工频电流在输电导线截面内是均匀分布的，而高频电流则产生严重的趋肤效应，使导线有效电阻增大。如300mm2导线，通过工频电流时，靠近中心一半面积上的电流密度为平均值的90%，表面一半面积上为100%，这时，电流密度为平均值的90%，表面一半面积上为110%，这时，电流在导体上的总的损耗为内外两部分之和。
ii2ri+i02r0=（（0.9/2）i）2.2r+（（1.1/2）i）2.2r=1.01i2r
随着频率的升高，趋肤效应也越来越加显著，有效电阻也越大。300hz时为1.21倍，420hz时为1.35i2r。由于电流波形畸变，流过导体的电流除基波外，又增加了高次谐波电流分量。接有大量非线性负载的电网损耗将增大，导体发热更加严重，系统用电设备也将工作不稳定等。
2.谐波对中性线的影响
在三相四线制系统中，中性线将受到接在相电压上的非线性负载的影响。在正常情况下，三相线性负载平衡时，中性线的电流为零。当存在非线性负载时，某些高次谐波即奇次谐波会在中性线里叠加起来。如由三次谐波序列构成的负载电流越来越多时，更多的未被抵消的电流将会在中性线中流动。在这种情况下，中性线的过电流还会在中性线和接地线间产生高于正常的电压迭落。如果中性线电流特别大，甚至超过其导线额定电流的80%，则必须要切除部分次要负载，否则就必须增加中性线的截面积。
谐波对电力设备的影响及其处理方法
【高新技术产业发展】 ｊ凝登 谐波对电力设备的影响及其处理方法 支海东 （响水县供电公司江苏响水２２４６００） ＶＡＬＬＥｊ＿Ｌ
摘要：谐波对电能的质量具有重要的影响，严重的甚至会造成重大事故的发生。结合本公司电力用户的谐波产生及治理，对谐波的产生作简述，进而分析 谐波对配电网络电气设备造成的危害，最后提出谐波治理的方法。 关键词： 谐波；产生原因；危害；治理措施 中图分类号：ＴＭ７文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－－７５９７（２０１０）１０２００４１－－０１ ０引言 “谐波”一词起源于声学。有关谐波的数学分析在ｌ８世纪和ｌ９世纪已 经奠定了良好的基础 傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛应 用。电力系统的谐波问题早在２０世纪２０年代和３Ｏ年代就引起了人们的注 意。当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸 变。１９４５年Ｊ．Ｃ．Ｒｅａｄ发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的 经典论文。在现代的配电网络中，可控和不可控整流元件的大量增加使 用，将导致配电网络中非线性负荷的大量增加，它们所产生的大量谐波被 注入到电网，致使电力系统的电压和电流波形发生严重畸变，对电力系统 的一、二次设备将造成了不良的影响。 供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，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。电网谐波来自于３个方面：一是发电源质量不高 产生谐波：二是输配电系统产生谐波；三是用电设备产生的谐波。输配电 系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的 非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近 饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大 小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。 １谐波产生的原因 谐波的产生主要是来自具有非线性特性的电气设备：１）具有铁磁饱 和特性的铁芯设备，如：变压器、电抗器等；２）以具有强烈非线性特性的 电弧为工作介质的设备，如：气体放电灯、交流弧焊机、炼纲电弧炉、中 频炉等；３）以电力电子元件为基础的开关电源设备，如：各种电力变流设 备（整流器、逆变器、变频器）、变频调速和调压装置、大容量的电力晶 闸管可控开关设备等，它们大量的用于化工、电气铁道、冶金、矿山等工 矿企业以及各式各样的家用电器中。以上这些非线性电气设备的显著特点 是它们从电网取用非正弦电流，也就是说，即使电源电压是正弦波形，但 由于负荷具有其电流不随着电压同步变化的非线性的电压电流特性，使得 流过负荷的电流是非正弦波形的，它由基波及其整数倍的谐波组成。产生 的谐波使电网电压严重失真，并且电网还必须向它提供额外的屯能 镇江台福金属制品有限公司是一家轧钢企业，采用３５ｋＶ线路供电，主 要用电设备是一些中频炉。镇江供电公司就镇江台福金属制品有限公司对 公用电网电能质量的影响进行了监测，监测结论为：镇江台福金属制品有 限公司６脉冲中频炉产生的５、７次谐波电流导致３５ＫＶ母线的电压畸变率超出 国标允许值。 ２谐波的危害 谐波的危害，主要是由于谐波引起的设备功耗、能耗增加，导体发 热，以及对保护装置及计量仪器准确性的影响。 ２．１谐波对变压器的影响 变压器既是谐波源，又是传递其它谐波源产生谐波的中间环节，谐波 会使变压器局部放电强度和介质损耗增长，使其工作噪声增大，谐波电流 使变压器的铜耗增加，对于三角形连接的变压器会在其绕组中形成环流， 使变压器绕组发热，降低变压器的效率及寿命。镇江台福金属制品有限公 司，就出现了在正常负荷运行时变压器的温度比较高的现象。 ２ ２谐波对电力电容器的影响 当电容器组回路阻抗呈容性时，并联电容器对谐波电流起放大作用， 特别是当系统等值感抗和电容器组回路容抗构成谐振条件，产生电流谐振 时，即使很小的谐波电流也会放大很多倍，从而使电容器过电流，同时增 大了的谐振电流也致使电容器的损耗急剧增加，引起电容器的过热或损 坏。另外，谐波电压增高会加速电容器的老化，使电容器的损耗系数和附 加损耗增加，从而容易发生故障和缩短电容器的寿命。台福金属制品有限 公司是镇江变３５５线路供电，其谐波已经影响到镇江变的ｌＯｋＶ出线，该变电 所ｌＯｋＶ出线上的用户镇江市乙炔气厂就多次出现电容器烧坏的情况，而且 多数是出现在夜间，也正是台福公司正常生产的时候，该线路上的其他用 户也有类似的情况发生。 此外，谐波还会对旋转电机、输电线路、继电保护和自动装置的工作 和可靠性、测量和计量仪器的准确性产生严重的不利影响。 ３治理谐波的主要措施 谐波问题是关系到供电质量的一个重要问题，关系到供电部门和广大 电力用户的切身利益。针对谐波产生的原因及特点，一般从管理上和技术 措施上采取以下对策： １）加强谐波管理，执行国家的相关标准。只有经过试验证实符合该 标准限制要求的设备才能接入到配电系统中，以限制这些设备注入配电系 统的总体谐波水平。对于新申请用电客户，加强对其相关资料的审查和验 算工作，审查不合格的，责令用户采取相关技术措施，以限制谐波源的产 生；对于有可能产生谐波源的已用电客户，定期加强谐波电流的检测工 作，发现有问题的，责令用户进行限期整改。 ２）在谐波源附近安装滤波器，就近吸收谐波电流。这是一种比较常用 的抑制谐波方法，各谐波源用户可以根据自己的电压等级，谐波源大小灵活 采用。在镇江供电公司的帮助下，台福公司联系到了广东顺特电气公司来进 行谐波的治理工作，通过多次的测量、系统分析、仿真及计算，顺特电气公 司拟定在３５ｋＶ进线测安装５次和７次单调谐滤波器解决谐波超标问题。 根据镇江市台福金属制品有限公司和顺特电气公司的申请，镇江供电 公司生产运营部及电力营销部组织了其谐波治理装置启动投运工作。当天 晚上中频炉正常生产以后，投入３５ｋＶ ５次和７次单调谐滤波器，通过电能质 量监测仪器发现滤波效果良好，５次和７次谐波电流均低于国标限值，取得 了预期的滤波效果。 ４结束语 解决配电网络中的谐波问题必须得到供电部门和电力用户的高度重 视，谐波产生单位要尽量限制谐波量的产生，供电部门也要尽力提高网络 抗谐波骚扰能力。同时，电力职能管理部门必须加大力度，建立健全规章 制度，会同电力用户采取切实可行的措施防范谐波的发生，真正保障配电 网络和广大电力用户电气设备的安全经济运行。这样既提高了电网质量和 运行的稳定性，也提高了用户自身的经济效益！
谐波电流的危害及改善措施
谐波电流的危害及改善措施
谐波电流是一种频率高于基波频率的电流，当它传导到电力系统中时，会对电气设备和系统造成一定的危害。以下是谐波电流的危害及改善措施：
1. 危害：
(1) 对电气设备造成损坏：谐波电流会使变压器、发电机、电缆等电气设备产生热量，加剧其老化，增加故障率。
(2) 影响电能质量：谐波电流会导致电能质量下降，增加电能损失，影响电力系统的稳定运行。
(3) 产生干扰：谐波电流会在两根导线之间产生电磁场，产生电磁干扰，影响其他电子设备的正常工作。
2. 改善措施：
(1) 使用滤波器：滤波器是一种能够将谐波电流滤除的电子元件，通过使用滤波器可以有效降低谐波电流对电气设备的影响。
(2) 采用合适的电气设备：选用具有耐受谐波电流特性的电气设备，在设计电力系统时应充分考虑谐波电流的影响。
(3) 加强监测和维护：定期对电力系统进行检测和维护，及时发现和排除谐波电流带来的影响，保障电力系统的正常运行。
谐波电流对于电力系统的影响是极其重要的，为了保障电力系统的安全稳定运行，应该加强科学合理的设计、选用合适的设备、加强监测和维护等工作，减少谐波电流的危害。
谐波对10kV电容器补偿回路合闸影响的分析
第３２卷第６期 电力电容器与无功补偿 。４０’ ２０１ １年１２月Ｐｏｗｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ＆Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ Ｖｏ１．３２ Ｎｏ．６ Ｄｅｅ．２０１１
谐波对１０ ｋＶ电容器补偿回路合闸影响的分析
陈洋 ，李兰 ，陈红光 ，凌兆伟。，李新。，席世友
（１．綦南供电局，重庆４０１４２０；２．潼南供电公司，重庆４０２６６０；３．重庆大学，重庆４ＯＯＯ４４）
摘要：文章建立了含有谐波源的变电站１０ ｋＶ无功补偿电容器回路模型，研究谐波源参数三
要素对电力电容器回路合闸过渡过程的影响。文中利用ＡＴＰ—ＥＭ ｒＰ电磁暂态仿真软件，代入
实际参数对该模型进行建模仿真，得出一系列过电压和过电流仿真波形，对不同谐波参数下合
闸过渡过程中的过电压和过电流作出比较。理论分析和建模仿真结果表明，谐波参数对过渡
过程的过电压和过电流影响较大，具体影响程度取决于回路参数和谐波情况。
关键词：无功补偿电容器；谐波源；过电压；过电流；ＡＴＰ—ＥＭｒＩ１Ｐ；仿真
中图分类号：ＴＭ１３ｌ 文献标识码：Ａ文章编号：１６７４—１７５７（２０１１）０６４）０４０－０７
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｈａｒｍｏｎｉｃ ｏｎ ｔｈｅ Ｃｌｏｓｉｎｇ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ １０ ｋＶ
Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ
ＣＨＥＮ Ｙａｎｇ ，ＬＩ Ｌａｎ ，ＣＨＥＮ Ｈｏｎｇ．ｇｕａｎｇ ，ＬＩＮＧ Ｚｈａｏ．ｗｅｉ ，ＬＩ Ｘｉｎ ，ＸＩ Ｓｈｉ—ｙｏｕ
（１．Ｑｉ’ｎａｎ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０１４２０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｔｏｎｇ＇ｎａｎ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ，
Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０２６６０，Ｃｈｉｎａ；３．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｃｉｒｃｕｉｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ １０ ｋＶ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｈａｒ－
电网谐波的危害及抑制技术
1 电网谐波的危害及抑制技术
电网谐波是指在电网中频率等于整数倍基波频率的电信号，这些信号会引起电网电压和电流的畸变，对电网和电力设备造成一定的危害。下面将介绍电网谐波的危害及抑制技术。
一、电网谐波的危害
1. 电压波形畸变：谐波会使电压波形发生变形，增加了设备的压降，降低了电压质量，给电力系统带来压力。
2. 引起过电压：在谐波频率为倍频时，容易引起设备的过电压，进而引起设备的损坏。
3. 增加线损：当有谐波电流流过电网中的阻抗时，会产生附加损耗，增加了线损，降低了设备的效能。
4. 造成电力设备损坏：谐波会使变压器、电容器等设备内部产生热量，长期受煎熬可能导致设备的损坏或缩短使用寿命。
二、电网谐波的抑制技术
为了避免谐波对电网和电力设备造成的危害，可以采用以下抑制技术：
1. 滤波器技术：将电网谐波通过滤波器滤除，消除畸变，提高了电力质量，保护设备不受谐波干扰。滤波器的结构由电阻、电感、电容等器件构成，能够滤除某一特定频率的信号。
2. 无功补偿技术：通过加入无功功率，改善电网的功率因数，消除电流的谐波，保证电力质量。 2 3. 中性线滤波器技术：将谐波电流通过中性线滤波器抑制，以达到保护设备和提高电能质量的效果。
4. 散热或更换设备：对于耐高温设备，可以采用散热措施，减缓设备内部的热升，从而减少设备的故障。对于长期受电网谐波影响的设备，可以考虑更换抗谐波能力更强的设备。
电网谐波对电网和电力设备造成的危害不容忽视，需要采取科学的抑制技术，保障电网的稳定运行和电力设备的使用寿命。
浅谈谐波对并联电容器的危害及治理
电力需求侧管理第４卷第４期 ２００２年８月 浅谈谐波对并联电容器的危害及治理 文章编号：１００９．１８３１（２００２）０４．００５４．０２ 浅谈谐波对并联电容器的危害及治理 Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｈａｒｍ ｏｆ Ｈａｒｍｏｎｉｃ ｔｏ Ｂｒｉｄｇｉｎｇ Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ａｎｄ Ｒｕｌｅ Ｍｅｔｈｏｄ 钱 溱 （无锡供电公司，江苏无锡 ２１４１２３） 摘要：对谐波的产生及其危害性作简要分析，举例说明治理谐波的效果，提出了限制谐波对电容器影响的几项技术措 施，建议加大对谐波的治理力度，以保障电网和电力用户电气设备安全经济运行。 关键词：谐波；并联电容器；滤波器；非线性负荷；治理；技术措施 中图分类号：ＴＭ５３１．４ 文献标识码：Ｂ ｌ 谐波的产生 ２０世纪５０年代末，电力电子技术的迅猛发展， 方便地实现了交直流变换、频率变换、以及调相、调 压等功能，如晶闸管整流和换流技术在冶金、化工、 矿山、纺织、机械等部门应用得越来越多；工业中大 量使用变频调速装置；电气化铁道中采用交流单相 整流供电机车；高压大容量直流输电中的换流站等 等。另外，炼钢电弧炉、电弧和接触焊设备、矿热炉、 高频炉等也得到广泛使用。这些使工业企业和运输 部门中的非线性元件和负荷不断增加『ｌ１。 当电力系统向上述非线性设备及负荷供电时， 这些设备或负荷在传递、变换、吸收系统发电机供给 的基波能量的同时，又把部分基波能量转换为谐波 能量，向系统倒送大量的高次谐波，使电力系统的正 弦波形畸变，电能质量降低，产生高次谐波损耗，对 电网和连接在电网的各类用户的用电设备都产生了 有害影响。例如，发电机过热，变压器铜、铁损增加， 干扰通信线路，增加仪器误差，造成继电保护误动 作，在电网和用户电气设备上造成附加的电能损耗 等¨１。这会殃及用户端及电力网的电能质量和供 （用）电可靠性，直接关系到电力用户的电能利用效 率，成为电力需求侧管理的内容之一。 ２ 谐波对并联电容器的危害 并联电容器补偿装置为连接于系统的固定设 备，其基波电流、电压、无功功率决定于系统的电压， 而与系统负荷及运行方式无关。谐波对电容器影响 十分显著，由于电容器对高次谐波呈现低阻抗，当谐 波注入后，特别在谐振或谐波放大的情况下，会在电 容器内造成过电流、过电压、过负荷及过热，从而导 收稿日期：２００２—０５—１３；修回日期：２００２—０５—３１ 作者简介：钱溱（１９６３一），女，江苏无锡人，１９８４年毕业 于合肥工业大学 现为无锡供电局工程师。 致电容器或串联电抗器损坏，或危及其它电力设备， 甚至造成系统事故 １。据统计，大约７０％谐波引起 的事故发生在电容器组或由其引发。 ３ 谐波治理实例 １９９４年，原无锡县钱桥特钢厂新上１台５ ｔ炼 钢交流电弧炉，炉变容量为３ ２００ ｋＶＡ，由１台５ ０００ ｋＶＡ、３５／６．３ ｋＶ主变供电。电弧炉产生的高次谐波 主要为２～７次，尤以３次最大，２次次之，８次以上 很小，故对小型电弧炉应装设２次、３次（Ｈ２、Ｈ３）滤 波器，但用户为节约投资，没有对电弧炉进行处理。 当年１月２２日投产后，其产生大量的高次谐波致使 ３５ ｋＶ变电所主变发出一阵阵沉闷的嗡嗡声；６ ｋＶ 电容器侧断路器经常过流跳闸；部分电容器出现“鼓 肚”漏油现象，无法正常运行，直接影响功率因数提 高及企业经济效益。故不得不加装滤波装置。因用户 原计划不久将增建第２台５ ｔ电炉，为减少设备重复 投资，设计采用分步实施方案，即一期仅装设Ｈ３谐 波滤波器。待二期再加装Ｈ２谐波滤波器，并与一期 的滤波器同时运行，形成较为完善的滤波装置。 一期装设的Ｈ３于１９９４年６月２１日１６时ｌ５ 分投入运行，投运过程中所有设备均未发生任何异 常。经测试，投入Ｈ３后具有以下几方面的效果： （１）对三次谐波有显著的滤波效果，改善了供 电质量。主要参数对比见表１。 表１ Ｈ３投运前后情况对比 参数 Ｈ３投运前Ｈ３投运后 注：上述数据并非同一时刻测得的结果。 （２）Ｈ３基波无功功率输出量约１ ４００ ｋｖａｒ，满足 目圈叠圆曙ｌｒ＿一 ＿＿＿＿ 维普资讯 浅谈谐波对并联电容器的危害及治理 ｖ。１．４，Ｎ。．４ Ａｕｇ．，２００２ ＰＯＷＥＲ ＤＳＭ 电炉生产时的无功补偿要求。 （３）投入Ｈ３后改善了电容器及主变等设备的 运行条件，主变异常声响明显改善，投运至今电容器 未发生漏油等损坏事件¨】。 表２为Ｈ３投入前后６ ｋＶ母线电压互感器二次 侧谐波电压实测情况（采样点为ＡＯ相），Ｕ－为基波 电压， 至 为２次至７次谐波电压分别占总电 压的百分值。 表２ Ｈ３投入前后谐波电压测试情况 ％ ４ 限制谐波对电容器影响的技术措施 电力供电系统容量越大，即系统等值导纳越大， 这样，母线谐波电压水平就越低，因此，提高供电系 统的容量是遏制谐波影响的重要措施之一。 另外，在对谐波源本身或在其附近采取措施限 制谐波是最为有效的。由于谐波源主要为电流源，因 此，根据谐波国家标准ＧＢ／Ｔ １４５４９—９３的规定，严 格限制谐波源注入电网的谐波电流，把电力系统的 谐波电压限制在许可范围内，以确保电能质量和电 力系统的安全、经济运行。 ４．１ 增加换流装置的相数或脉冲数 改造换流装置或利用相互间有一定移相角的换 流变压器，可有效地减少谐波量。２组６脉动改造成 ｌ２脉动整流器消除谐波的方法在技术经济上十分 有效。脉动数增加过多，虽然在理论上可行，但投资 大，并不经济，在技术上对消除谐波并不十分有效 。 ４．２ 装设静止无功补偿装置 静止无功补偿装置（又称动态无功补偿装置）的 基本结构是由快速可变的电抗或电容元件组合而 成，目前技术上较为成熟，它可以有效减小波动谐波 源的谐波量，有抑制电压波动、闪变、三相不平衡和 补偿功率因数的功能，具有综合技术经济效益，特别 适合于由电弧炉、电动机车、晶闸管供电的轧机和卷 扬机的谐波源治理ｌ２１。 ４．３ 采用有源电力滤波器 有源电力滤波器实际上为一个与负荷谐波电流 及基波无功电流反相位的特殊补偿电流源或电压 源。由于它对电网参数没有影响，不会发生谐振的危 险，因而使用灵活，是一种很有发展前景的谐波补偿 装置，但造价过高，技术也不够成熟Ｈ 。 ４．４ 加装交流滤波器 在谐波源处装设分调谐及高通滤波器，用来吸 收谐波源产生的谐波电流，并可将功率因数补偿和 电压调整一并考虑。这是防止谐波源将谐波电流注入 电力系统的有效而通用的措施。目前采用的滤波装置 一般由电力电容器、电抗器和电阻适当组合而成，由 于结构简单、运行可靠、维护方便，因而得到广泛应 用。本文所举的实例及笔者遇到的另外几个用户如 藕塘中冶钢缆厂和玉祁长江薄板厂等，都是采用了 这种经济有效成熟的方案达到了治理谐波的目的。 目前，大容量非线性负荷越来越多，因其谐波造 成的设备事故也时有耳闻，这已引起许多有识之士 的关注，不少电力部门也都成立了专门的电网谐波 监测和管理机构。从实际情况看，职能管理部门还必 须加大力度，建立健全规章制度，会同用户采取切实 可行的措施治理谐波污染超标的现象，真正保障电 网和广大用户的电气设备安全经济运行。口 参考文献： 【ｌ】 吴竟昌．电力系统谐波．北京：水利电力出版社， ｌ９８８． 【２】 林海雪，孙树勤．电力网中的谐波【Ｍ】．北京：中国电 力出版社，１９９８． 【３】ＧＢ／Ｔ １４５４９—９３，电能质量公用电网谐波【Ｓ】． 【４】 吕润余．电力系统高次谐波【Ｍ】．北京：中国电力出版 社．１９９８． （责任编辑刘一丹） （上接第５１页） 式中Ｐ谷为下期（年）谷段电价标 准，Ｐ为下期（年）基础电价标准，Ｋ为谷段电价下 浮幅度，一般为常数，其值根据Ｐ的高低水平及峰、 谷电价的总体差价幅度确定，比如定为４０％；Ｐ峰为 下期（年）峰段电价标准，９为上期（年）峰谷总电 量，９谷为上期（年）谷段电量数， 为上期峰谷电费 结转额，即上期（年）实际收取的峰谷电费总额与按 基础电价水平计算的电费差额，９峰为上期（年）峰 段电量数。期末（年底）由物价部门对电力企业本期 （年）执行峰谷电价情况进行审核，结转差额，同时测 定下达下期（年）峰谷电价标准。 以上述某县级供电企业为例，２００２年度峰、谷 分时电价测定标准为（２００１年度 值取０）： Ｐ谷＝０．５６×（１—４０％） ＝０．３３６元／（ｋＷ・ｈ） Ｐ峰＝（０．５６×１０ ４４６—０．３３６×６ ３４２—０） ÷４ １０４ ０．９０６元／（ｋＷ・ｈ） （２）由各地物价、供电部门根据当地情况，考虑 冬夏季节差别，依据电网实际负荷曲线特点确定峰、 谷时段的划分，但峰、谷两段的时间要大体相等。口 虽—譬暖
谐波对电力电容器的影响分析
科学进步
谐波对电力电容器的影响分析
曾旭斌
（广东电网公司惠州供电局惠州５１６０ｏ３）
摘要：随着电力系统的发展和电力电子技术的广泛应用，用电负荷的结构发生了重大的变化。大量的非线性负荷如电弧炉、电气化铁路、晶闸管调
压及变频调整装置的运行，成为电网中主要谐波源，向电力系统注入大量谐波电流，导致电网的电压波形畸变越来越严重。谐波对电网中的各种电气设备
的正常运行产生了不同程度的影响。其中，受谐波影响而损坏的电气设备中，电力电容器占有比例最大。
关键词：电容器谐波影响
随着工业生产自动化和和人民生活水平的不断提高，用电量也相应成
倍的提高。惠州地区电网的用电负荷的结构也变得复杂多样，大量小水电上
网、钢铁厂用户、水泥厂用户及厦深铁路牵引站用户等产生谐波，造成电网
波形畸变，影响电能质量。
一、谐波对电容器的危害
并联电容补偿装置连接于系统，其基波电流、电压、无功决定于系统的
电压（基波）。设当系统电压为额定值时，其基波电流、电压、无功等均为额定
值：Ｉ 。＝］ＩＯＮ，Ｕ １＝ｕ （串联电抗器），Ｑｄ：＝Ｑ 。当谐波注入时，便造成电容器的
谐波过电流、过电压和过负荷，引发电容器局部放电强度增大、绝缘电老化、
温度升高而过热、缩短电容器寿命和引发电容器极板的机械谐振，导致电容
器损坏。因此，谐波对电容器的损害主要表现在绝缘效应、热效应和机械效
应３个方面。
１、绝缘效应
电容器的绝缘介质材料一般是有机绝缘材料，其电老化的一 般规律是
Ｕｒｒ＝常数。其中ｕ为电容器的工作电压；１－为介质工作寿命；ｒ为取决于介质
材料的指数。研究表明指数ｒ的数值一般为７￣９，也就是说电压每升高１０％，电
容器寿命大约缩短１／２。谐波造成电容器的过电压和引起局部放电强度加
大，都加速了电容器绝缘介质的老化，缩短了电容器寿命。同时电容器的过
电压会导致电晕，绝缘性能衰退，甚至击穿。
２、热效应
在电压恒定情况下，对于有机介质电容器一般认为温度每升高８￣Ｃ，寿
浅谈电力谐波的危害及抑制
The process of constantly discovering that the previous self was a fool is growth.勤学乐施
天天向上（页眉可删）
浅谈电力谐波的危害及抑制
1电力谐波造成的危害
对于电力系统来说，电力谐波的危害主要表现有以下几方面：
(1)增加输、供和用电设备的额外附加损耗，使设备的温度过热，降低设备的利用率和经济效益：
①电力谐波对输电线路的影响：
谐波电流使输电线路的电能损耗增加。当注入电网的谐波频率位于在网络谐振点附近的谐振区内时，对输电线路和电力电缆线路会造成绝缘击穿。
②电力谐波对变压器的影响：
谐波电压的存在增加了变压器的磁滞损耗、涡流损耗及绝缘的电场强度，谐波电流的存在增加了铜损。对带有非对称性负荷的变压器而言，会大大增加励磁电流的谐波分量。
③电力谐波对电力电容器的影响：
含有电力谐波的电压加在电容器两端时，由于电容器对电力谐波阻抗很小，谐波电流叠加在电容器的基波上，使电容器电流变大，温度升高，寿命缩短，引起电容器过负荷甚至爆炸，同时谐波还可能与电容器一起在电网中造成电力谐波谐振，使故障加剧。
(2)影响继电保护和自动装置的工作可靠性：
特别对于电磁式继电器来说，电力谐波常会引起继电保护及自动装置误动或拒动，使其动作失去选择性，可靠性降低，容易造成系统事故，严重威胁电力系统的安全运行。
(3)对通讯系统工作产生干扰：
电力线路上流过的幅值较大的奇次低频谐波电流通过磁场耦合时，会在邻近电力线的通信线路中产生干扰电压，干扰通信系统的工作，影响通信线路通话的清晰度，甚至在极端的情况下，还会威胁着通信设备和人员的安全。
(4)对用电设备的影响：
电力谐波会使电视机、计算机的图形畸变，画面亮度发生波动变化，并使机内的元件温度出现过热，使计算机及数据处理系统出现错误，严重甚至损害机器。
高次谐波对并联电容器的影响
高次谐波对并联电容器的影响
朱继勇
华谊集团
【摘要】本文论述了高次谐波的产生原因及其对并联电容器的危害，提出了防止电容器被高次谐波破坏的措施， 并通过实例进行了例证研究。
【关键词】高次谐波；并联电容器
１高次谐波的产生 产生高次谐波的原因，主要在于电力系统中存
在着各种非线性元件，因此，即使电力系统中电源的
电压为正弦波，但由于系统中有非线性元件存在，结 果在系统中和用户处的线路中还总有高次谐波的电
流和电压产生。在工业中最为严重的是大型整流装
置和电弧炉。三相六脉动整流电路在理想情况下（整
流阻抗为０，控制角为０），整流变压器初级电流为阶 梯方波，傅里叶级数展开式为： ｉ＝ √ ｌ（ｓ ｎ∞ｆ— ｎ ｆ』Ｊｆ＋ ｎ７ ｒ』Ｊｆ一一ｓ ｎ ∞ｆ＋ ｓ ｎ ∞ｆ＋…．ｄ ｉ ＿ｌ ｓｉ ５ ｌ ｓｉ １ ｉ １１ ｉ １３
从式中可以看出，除向电网吸收基波电流外，尚
有５，７，１１，１ ３等次谐波电流，负号表示与基波电流
方向相反，即该次谐波电流由装置向电网注入。 ２高次谐波对电容器的影响 电网中的高次谐波对并联电容器的危害很大，
电流叠加在电容器的基波电流上，由于电容器对高 次谐波的阻抗很小，使电容器运行电流的有效值增
大，温度增高，甚至引起过热而降低寿命，或使电容
器损坏。叠控加在电容器基波电压上的谐波电压还
可能使峰值电压增大很多，使电容器在运行中发生
４ 局部放电，致使电容器损坏。电容器还可以使配电网
中的谐波电流放大，有时甚至在配电网中产生谐振， 使电气设备受到严重损坏。
图１是变流器和电容器并联在母线上的回路，高 次谐波电流， 被分流为流向电网侧ｆｆ￣３１ 和流向电容
器的， 两部分，因为感应电动机对高次谐波的负载
阻抗相对电源和电容器的阻抗是很大的，所以在计
算高次谐波分流时，电动机回路及其它类似回路的 分流均忽略。当把交流器看作高次谐波时，可得图２
、所示的等值电路。根据等值电路可得各部分高次谐 波电流为： 麦 （１）