谐波的危害系列之谐波对纯电容补偿柜的影响

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。

浅谈电网谐波对电容器的影响及其抑制技术摘要对电力系统中的谐波源与电容器间的相互作用的问题作分析,并对抑制谐波的方法和技术进行详细的介绍。

关键词谐波;无功补偿;电容器;寿命;动态无功补偿1谐波对电容器的影响机理谐波对电容器的影响其主要过程如下:由于电容器回路是一个LC回路,谐波参数接近或达到谐波谐振条件时,容易产生谐振,造成谐波放大,使电流增大和电压升高,一般情况下,三相电力电子装置的谐波所注入系统的谐波电流会放大1.5-3倍。

在电力系统中,受电网高次谐波影响最大的是并联电容器。

谐波危害电容器的机理,主要是电效应,热效应,机械效应绝缘效应等四个方面。

1.1电效应电容器的老化类似于有机绝缘电老化的一般规律,其老化寿命会随工作电压U的升高而急剧下降。

谐波电压和容易使电容器受到的峰值电压升高,最不利的情况是谐波和基波电压峰值的叠加。

由于谐波电压和局部电压的叠加时使电压波形增多了起伏曲折,倾向增加每个周期中放电的次数,相应增加了每个周期中局部放电的功率,使电子和离子的加速直接撞击介质,固体和液体介质就会因此而使分解产生的臭氧和氮的氧化物等气体增加,使介质受到化学腐蚀,使介损增大,产生局部过热,并可能发展成绝缘击穿。

1.2热效应在谐波的作用下,电容器内损耗功率的增加从而引起电容器的发热和温升增加。

有机介质电容器的热老化寿命是和温度T-b成正比例,并且按照b=7.7(b是常数)或温升T,每上升8摄氏度,寿命缩短1/2。

1.3机械效应谐波电压作用下,装在构架上的电容器的外壳和接线上也有可能产生机械共振,电容器内的极板在交变库仑力与电动力的作用下,也会产生弹性振动。

这两个因素都会降低电容器的局部放电电压,使电容器震动和发出异音,以致外壳变形膨胀,导致电容器的早期损坏。

1.4绝缘效应电容器的绝缘介质材料一般是有机绝缘材料,其老化的一般规律是电容器工作电压的介质材料指数次方与介质工作寿命的乘积为常数。

电压每升高10%,电容器的寿命大约缩短1/2。

谐波对无功补偿电容器装置的影响及抑制方法作者：吴涛来源：《中国新技术新产品》2012年第21期摘要：目前，电网的无功补偿主要采用电容器。

但在实际应用中，如果不考虑好系统阻抗与电容器容抗之间的关系，则电容器投运后很容易与系统发生谐振，导致谐波放大。

事实上，只要我们在设计时避开其发生谐振的条件，这时电容器投运引起的谐波放大是完全可以避免的。

通过对无功补偿电容器串联电抗器的故障实例进行定性和定量分析，找出故障原因，拟定应对措施。

结果表明，通过对串联电抗器参数的调整，明显改善了无功补偿装置运行的安全与稳定性。

关键词：谐波；无功补偿；电容器；串联电抗器中图分类号：TH132.43 文献标识码：A电网谐波对无功补偿并联电容器的运行有较大影响，谐波电流叠加在电容器的基波电流上，使电容器的运行电流增大，温升增高，引起过热而降低电容器的使用寿命或使电容器损坏。

叠加在电容器基波电压上的谐波电压，不仅使电容器运行电压的有效值增大，而且可能使峰值电压增大很多，使电容器在运行中发生局部放电不能熄灭，这是电容器损坏的一个主要原因。

另外，无功补偿并联电容器对谐波电流还具有放大作用，电容器对谐波电流放大一般为2—3倍，谐振时可达20倍以上。

因此，有必要对电网谐波与无功补偿并联电容器之间的相互影响机理进行分析，正确认识谐波对无功补偿装置的影响和无功补偿并联电容器对谐波电流的放大作用，合理地配置电容器和电抗器，保证无功补偿装置和整个电网的安全运行。

1电网谐波的产生及其影响在工业和民用建筑电气设备中，有许多非线性负载，这些非线性负载能产生各次的高次谐波，被称为谐波电流源。

公用电网中的谐波源主要是各种电力电子装置（含家用电器、计算机等的电源部分）、变压器、发电机、电弧炉和荧光灯等。

工业用电系统中，大多数为三相负载，其三相整流装置所产生的特征谐波主要是5次及5次以上的高次谐波，而在民用建筑电气设备中，多数为单相负载。

这些单相整流装置产生的特征谐波主要是3次及3次以上的特征谐波。

高次谐波对并联电容器的危害及限制措施摘要：由于电力系统中存在大量非线性阻抗特性的供用电设备，使电流、电压波形偏离正弦波，这一非正弦波形用傅里叶级数分解为一个直流分量、基波正弦量和一系列基波频率整数倍的正弦分量之和。

这部分频率大于基频的分量就是谐波。

谐波是一种干扰量，对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在威胁。

本文主要分析了高次谐波及其对并联电容器的危害与限制措施。

关键词：高次谐波；并联电容器；危害；限制措施中图分类号：C35文献标识码： A引言随着电力系统的发展，大功率电力电子装置的投入会在电网中产生大量的谐波电压和谐波电流，这对电力系统的安全稳定运行带来很多不良影响。

在变电站里，并联电容器组是十分普遍的无功补偿装置。

在电网谐波的背景下，电容器组会发生并联谐振，引起谐波放大，导致电容器组故障或损坏。

因此，防止谐振对电网安全运行是十分重要的。

1、高次谐波的产生随着社会经济的不断繁荣，工业技术也在不断进步，高压系统中的非线性负荷明也表现出增多的明显趋势，并以此而导致的高次谐波的危害问题也越来越严重，而高次谐波产生主要表现在以下几方面：一是耗用电弧能的设备；二是各种阀型换流设备；三是铁磁性设备；四是其他，包括电解设备和某些家用电器等。

2、谐波对并联电容器的影响电容器装置是直接受到电源频率影响的，谐波对并联电容器组的影响主要可以分为3个部分：（1）热效应：谐波的电流作用会大大增加电流，从而引起额外发热，增大了功率损耗以及增加温升。

电容器介质的热老化规律为这些字母都代表着不同的含义，电容器的热老化寿命是用，常数是K代表，T代表着运行温度，同样b也是常数，它通常情况下都是一个定数，取7.7。

如果温度上升一个高度，基本上为7~8℃就会缩短一半的寿命。

有相关的研究表明，电容器寿命取决于多个方面的因素，主要为运行温度和箱壳最热点与介质最热点的温升之比，也就是散热的条件。

谐波作用会大大增加电容器电流波形陡度，加速电容器的温升，阻碍了散热，对于这种情况经常发生在谐振的时候。

无功功率补偿电容器与线路谐波的相互影响1 概述在交流电路中无功功率是由线路电抗器(即电感或电容)，由于其两端的电压与流过的电流有9O。

的相位差，所以不能做功，也不消耗有功功率，但它参与了与电源的能量交换，这就产生了无功功率，降低了电网的供电效率。

当然我们希望供电系统的无功功率越小越好，但实际上无功功率不可能为0，也就是功率因数coscp=l。

在供电系统中实际的负荷主要呈电感性的负载，所以为了减小电网的无功功率，在电网中采用加入电力电容器，利用容抗来抵消一部分感抗，以提高功率因数。

由于在供电系统加入了电容，那么供电系统中产生的谐波与补偿电容器之间将产生相互影响，其主要表现为谐波对补偿电容器的影响和补偿电容器对谐波的放大。

下面就线路谐波与补偿电容器之间相互影响以及如何改善它们之间的相互影响作一些理论上的分析，以供工程技术人员在进行无功补偿装置选型时参考。

2 谐波对补偿电容器的影响谐波对补偿电容器的影响主要表现在2个方面，其负面影响会造成补偿电容器的损坏。

(1)供电系统产生的谐波电流叠加在补偿电容器的基波电流上，使补偿电容器的电流有效值增大，造成其温度升高，直接影响补偿电容器的寿命，严重的会使电容器损坏。

(2)供电系统产生的谐波电压叠加在补偿电容器的基波电压上，使补偿电容器上的电压有效值增高，若某次谐波电压的峰值很高，有可能使补偿电容器上瞬间电压很高，造成运行中电容器发生的局部放电不能熄灭，可能使补偿电容器损坏。

3 补偿电容器对谐波的放大假设在供电系统的负载中不含电容设备，并且不考虑传输线路中的电容，则供电系统的谐波阻抗为：-----------式中，R 为供电系统的n次谐波电阻；为供电系统的n次谐波电抗，饥=，；，为供电系统的工频短路阻抗。

在供电系统接入无功功率补偿电容器后，系统的谐波等效电路如图1所示。

此时，系统的谐波阻可表示为：-----------从式(1)和式(2)中可以看出，在未接入补偿电容器C之前，系统的谐波阻抗呈现为感性的：而接入补偿电容器之后，系统的谐波阻抗可能是感性的，也可能是容性的，这取决于L 和的大小。

谐波危害的详细分析一、对输电线路的影响谐波对电晕起始和熄灭的影响是峰一峰电压的函数。

峰值电压与谐波和基波的相角关系有关，所以即使有效值电压在限值以内而峰值电压高出额定值也是可能的。

因此,在输电线路的设计中要适当考虑这一影响,以降低事故的可能性。

超高压长距离输电线路，常采用单相自动重合闸来提高电力系统稳定性。

较大的高次谐波电流(几十安培以上）能显著地延缓潜供电流的熄灭,导致单相重合闸失败或不能采用较小的自动重合闸时间，不利于系统稳定运行.在电缆输电的情况下，谐波电压以正比于其幅值电压的形式增加了介质的电场强度。

这一影响增大了局部放电、介损和温升，缩短了电缆的使用寿命，增加了事故次数。

电缆的额定电压等级越高，谐波引起的上述危害也越大。

谐波电流流过导体表面时会产生集肤效应和邻近效应.集肤效应是指导体中有交流电流流过或者处于交变电磁场中，由于电磁感应使电流或磁通在导体中分布不均匀，越接近表面处电流密度或者磁通密度越大的现象。

电流频率越高，导体的电导率和磁导率越大，趋肤厚度就越小,这时只要导体的截面积稍大，集肤效应就会相当严重，使导体的电阻增大。

互靠近的导体中流过交流电流时，每一个导体不仅处于自身电流产生的磁场中，同时还处于其他导体产生的磁场中，这时各个导体中电流的分布和它单独存在时不一样,会受到邻近导体的影响，这种现象叫做邻近效应。

电流频率愈高，导体靠得愈近，邻近效应愈显著。

邻近效应和集肤效应是共存的，它会使导体中电流的分布更加不均匀,使导体的电阻更加增大。

以上两种现象都会使线路或设备产生更多的附加发热,从而影响绝缘寿命。

除此之外,由于谐波电流会产生较高频率的电场，这种情况下绝缘的局部放电加剧，介质损耗显著增加,致使温升增加,也会影响绝缘寿命。

电流流过导体,其热效应会引起导体发热，其大小由下面的公式决定：2ac P I R =I 为线路电流的有效值，用下式表示：I I ==式中：THDi －谐波电流的畸变率；2I 、3I 、…n I －2、3…n 谐波电流有效值； 1I －基波电流。

1、高次谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变，另外相同频率的谐波电压和谐波电流要产生同次谐波的有功功率和无功功率，从而降低电网电压，增加线路损耗，浪费电网容量，2、影响供电系统的无功补偿设备，谐波注入电网时容易造成变电站高压电容过电流和过负荷，在谐波场合下，电容柜无法正常投切，更严重的请况下，电容柜会将电网谐波进一步放大。

3、影响设备的稳定性，尤其是对继电保护装置，危害特大。

4、谐波的存在会造成异步电动机效率下降，噪声增大；使低压开关设备产生误动作；对工业企业自动化的正常通讯造成干扰，影响电力电子计量设备的准确性。

5、谐波的存在会使电力变压器的铜损和铁损增加，直接影响变压器的使用容量和使用效率；还会造成变压器噪声增加，缩短变压器的使用寿命。

谐波对公用电网和其他系统的危害大致有以下几个方面：1、加大企业的电力运行成本由于谐波不经治理是无法自然消除的，因此大量谐波电压电流在电网中游荡并积累叠加导致线路损耗增加、电力设备过热，从而加大了电力运行成本，增加了电费的支出。

2、降低了供电的可靠性谐波电压在许多情况下能使正弦波变得更尖，不仅导致变压器、电容器等电气设备的磁滞及涡流损耗增加，而且使绝缘材料承受的电应力增大。

谐波电流能使变压器的铜耗增加，所以变压器在严重的谐波负荷下将产生局部过热，噪声增大，从而加速绝缘老化，大大缩短了变压器、电动机的使用寿命，降低供电可靠性，极有可能在生产过程中造成断电的严重后果。

3、引发供电事故的发生电网中含有大量的谐波源(变频或整流设备)以及电力电容器、变压器、电缆、电动机等负荷，这些电气设备处于经常的变动之中，极易构成串联或并联的谐振条件。

当电网参数配合不利时，在一定的频率下，形成谐波振荡，产生过电压或过电流，危及电力系统的安全运行，如不加以治理极易引发输配电事故的发生。

4、导致设备无法正常工作对旋转的发电机、电动机，由于谐波电流或谐波电压在定子绕组、转子回路及铁芯中产生附加损耗，从而降低发输电及用电设备的效率，更为严重的是谐波振荡容易使汽轮发电机产生震荡力矩，可能引起机械共振，造成汽轮机叶片扭曲及产生疲劳循环，导致设备无法正常工作。

电力科技 供配电系统内谐波对电容补偿的影响孙 奕（国网浙江温岭市供电有限公司，浙江 台州 317500）摘要：供配电系统中的谐波无法避免，只能提供有效的治理措施，以降低其危害。

鉴于此，本文论述了供配电系统中谐波的产生，并基于供配电系统中谐波对电容的影响，提出了电容补偿的有效措施，包括支路补偿措施和串联补偿措施等，以此来有效扼杀供配电系统内谐波的危害。

关键词：供配电系统；谐波电流；电容补偿；影响；措施由于人口和工业用途的增加，对电力的需求将日益增加。

这极大地增加了对电力公用事业的需求，常规资源不足以平衡需求和供应比率。

不仅如此，非线性且本质上不平衡的电力电子设备的大量使用，已影响配电网络中的电能质量。

它们不仅会在电力系统中造成严重的谐波污染，还会使电网系统退化。

随着电源中谐波的影响和负载的增加，系统的电能质量会降低。

鉴于此，本文通过分析供配电系统内谐波对电容补偿的影响，旨在提出供配电系统内电容补偿的改进措施，以期为供配电系统从业人员的研究和实践做出贡献。

1 供配电系统内谐波来源与分类1.1 谐波来源通过查阅资料、总结现场经验，总结出在供配电系统中谐波来源主要是以下6个方面：（1）大大小小的整流设备、逆变设备、交流调压设备和变频设备。

（2）电网中的变压器群。

（3）较大的单相电力电子装置。

（4）工业用电弧炉。

（5）可控电抗器和饱和电抗器。

（6）敏感电子器件等高新技术产品中的元件。

从全球范围来看，电动机占工业部门电力消耗的三分之二以上，也占商业建筑所有电力消耗的近50％。

由此产生的谐波电流，再加上高需求负载和沉重的插头负载，会消耗变压器和设计的载流能力。

谐波电流影响电气和电子设备的运行，在中性线上引起热量和过电流，以及在中线和地面之间引起的电流和电压不平衡，严重扭曲最初以正弦波电压和电流波形出现的失真。

供配电系统中，非线性负载的激增引起电压和电流波形的谐波失真。

从供配电系统汲取基本电流时，非线性负载会将非正弦电流注入供配电系统。