工厂电力系统谐波、电力电容器、串联电抗器的匹配

电力系统谐波的分析和研究作者：王海山来源：《科学与财富》2018年第13期摘要：随着电力电子技术的飞速发展，各种新型用电设备越来越多地问世和使用，高次谐波的影响越来越严重。

电力系统受到谐波污染后，轻则影响系统的运行效率，重则损坏设备以至危害电力系统的安全运行。

以前，电力系统考核电能质量的主要指标是电压的幅值和频率，现在世界各国都把电网电压正谐波形畸变率极限值作为电能质量考核指标之一，正确认识谐波已成为电力工作者的重要任务之一。

因此，研究和分析谐波产生的原因、危害和抑制谐波的措施具有重要的实际意义。

关键词：电力系统、谐波、继电保护、滤波根据IEEE 的定义，谐波是指一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。

用T表示为工频周期，f 为工频频率，ω = 2πf 为相应的角频率。

f（ωt）代表以T为周期的信号，则f（ωt）= A0 + ∑Cnsin （nωt +φn）式中 A0 为f（ωt）的直流分量；C1sin （ωt+ φ1）为基波分量；Cnsin （nωt + φn）为n次谐波分量1 谐波产生的原因在供电系统中谐波的发生主要是由两大因素造成的：（1）可控硅整流装置和调压装置等的广泛使用，晶闸管在大量家用电器中的普通采用以及各种非线性负荷的增加导致波形畸变。

（2）设备设计思想的改变。

过去倾向于采用在额定情况以下工作或裕量较大的设计。

现在为了竞争，对电工设备倾向于采用在临界情况下的设计。

例如有些设计为了节省材料使磁性材料工作在磁化曲线的深饱和区段，而在这些区段内运行会导致激磁材料波形严重畸变。

2 谐波对电力系统的危害谐波对电力系统的污染日益严重，谐波源的注入使电网谐波电流、谐波电压增加，其危害波及全网，对各种电气设备都有不同程度的影响和危害。

现将对具体设备的危害分析如下：（1）对大型汽轮发电机来说，若发生多次谐波振荡，谐波电流超过额定电流的25%时，由于上述原因可能会导致转子局部过热而损坏。

将电抗器与电容器串联构成去谐系统可以避免这些谐振现象。

去谐系统的自振频率介于最低的谐波频率和基波频率之间，对于高于去谐系统自振频率的谐波而言，去谐系统表现为感性，避免了谐振；对于50Hz的基波频率而言，它呈容性，因而无功功率可以得到补偿。

此串联电抗器不但能抑制合闸时的瞬时涌流，而且可抑制、吸收谐波电流，具有滤波作用，大大提高了电网的运行安全性。

然而，串抗与电容器不能随意组合，若不考虑电容装置接入处电网的实际情况，采用“一刀切”的配置方式（如电容器一律配用电抗率为5％～6％的串抗），往往适得其反，招致某次谐波的严重放大甚至发生谐振，危及装置与系统的安全。

由于电力谐波存在的普遍性，复杂性和随机性，以及电容装置所在电网结构与特性的差异，使得电容装置的谐波响应及其串抗电抗率的选择成为疑难的问题，也是人们着力研究的课题。

电容器组投入串抗后改变了电路的特性，串抗既有其抑制涌流和谐波的优点，又有其额外增加的电能损耗和建设投资与运行费用的缺点。

所以对于新扩建的电容装置，或者已经投运的电容装置中的串抗选用方案，进行技术经济比较是很有必要的。

虽然现有的成果尚不足为电容装置工程设计中串抗的选用作出量化的规定，但是随着研究工作的深入，实际运行经验的积累，业已提出许多为人共识的见解，或行之有效的措施，或可供借鉴的教训。

下面总结电容器串联电抗器时，电抗率选择的一般规律。

1.电网谐波中以3次为主根据《并联电容器装置设计规范》，当电网谐波以3次及以上为主时，一般为12%；也可根据实际情况采用%~6%与12%两种电抗器：（1）3次谐波含量较小，可选择%~1%的串联电抗器，但应验算电容器投入后3次谐波放大量是否超过或接近限值，并有一定裕度。

（2）3次谐波含量较大，已经超过或接近限值，可以选用12%或%~6%串联电抗器混合装设。

2. 电网谐波中以3、5次为主（1）3次谐波含量较小，5次谐波含量较大，选择%~6%的串联电抗器，尽量不使用%~1%的串联电抗器；（2）3次谐波含量略大，5次谐波含量较小，选择%~1%的串联电抗器，但应验算电容器投入后3次谐波放大是否超过或接近限值，并有一定裕度。

谐波环境下无功补偿装置串联电抗器的选择梁延旗;胡一峰;朱明星【摘要】In power systems, series reactance rate type reactive power compensator plays an important role to increase line power factor and improve the quality of system voltage. This article discusses the selection methods and principle of the reactance rate of series reactors, based on which the reactance rate design of series reactor under background harmonic voltage and harmonic current condition is studied. Finally, the selection and design methods for reac-tance rate are introduced combining with series reactor engineering design examples, to provide reference for project design and application of reactive power compensation.%在电力系统中，串联电抗率型无功补偿装置主要用于提高线路功率因数，改善系统电压质量的作用。

讨论了传统的串联电抗器电抗率选择方法和原理，在此基础上研究了系统存在背景谐波电压和谐波电流情况下电抗率的设计问题，并结合工程设计实例分析介绍了电抗率选择与设计方法，为无功补偿工程设计与应用提供了参考。

【期刊名称】《冶金动力》【年(卷),期】2014(000)009【总页数】6页(P1-5,14)【关键词】串联电抗器;电抗率;背景谐波;设计;校核【作者】梁延旗;胡一峰;朱明星【作者单位】中钢集团工程设计研究院有限公司石家庄设计院，河北石家庄050021;湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙410082;安徽大学教育部电能质量工程研究中心，安徽合肥 230601【正文语种】中文【中图分类】TM714.31 引言在现代电力系统中，除大量的变压器和感应电动机工作过程中消耗大量的感性无功，大量电力电子装置和非线性负荷接入电网也会消耗一定的无功功率。

电力系统中串联电容器、并联电容器、串联电抗器、并联
电抗器的作用分别是什么？
串联电容器：减少线路中的感性，使感性和容性达到平衡，达到线路中无电压的损失，达到线路输送的功率为自然功率，减少线路中的无功功率：并联电抗器，因为电抗器为大电感，一般应用在特高压的线路中，因为特高压的线路中采用分裂导线，线路中存在大量的容性的无功功率，这时候在线路的首段和末段并联电抗器，吸收这些容性功率，减少线路输送无功功率，输送的功率为自然功率，同时当线路轻载的时候，避免线路的过电压和发电机的带长线的自励磁和抑制了潜供电流，使单相故障的速度更快了，一般的600km的距离可以设置电抗器；并联电容器，并联在线路的末端，为负载提供了无功功率，使线路线路输送的无功功率减少，减少了线路中的损耗，同时可以提高负载侧的功率因素，并联在线路的首段，也就是母线侧，一般用于提高母线侧的功率因素，母线侧的功率因素一般可以达到0.95到0.98；串联电抗器，一般用于限流的左右，滤除谐波：除了串联电容器以外，都是通过无功功率来改善线路的电能质量，也要考虑这三种方式对于谐波的影响，产生高次谐波，对于电力电子仪器有害，一般通过并联电容器和电感来滤除谐波电流和电压，可以参考
静止补偿器中的可控硅电抗器。

多台电容器组并列时电抗器的选配
一条母线上装设两组及以上电容器组时，为防止一组电容器在投切和故障跳闸的情况下，引起另一台电容器的电压异常升高而损坏电容器组，一般电容器组应配置相应的电抗器。

当系统中无谐波源时，为防止电容器组投切时产生的过电压，结合对电容器组正常运行时的静态过电压、无功过补偿时电容器端的电压升高的情况分析计算，一般选用0.5%～1%的电抗器就能满足要求。

系统中有谐波源时，应根据谐波源的情况确定具体抑制谐波的措施，配置原则是能够消除和抑制主要次数的谐波，同时对其它次谐波引起的电压升高，电容器组能承受。

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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。

电容器与电抗器匹配问题探讨作者：刘汶兴刘君莲来源：《中国新技术新产品》2014年第20期摘要：随着工业生产规模的不断增加，对供电公司电力需求提出了更高的要求。

然而，面对电容器组与电力系统发生的谐振，分析电容器与电抗器的匹配问题显得尤为重要。

串联电抗器是无功补偿电容器的重要组成部分，若串联电抗器的电抗率选择不当，容易因谐波电流放大而严重影响电力设备的安全性和系统的稳定性。

因此，本文对电容器与电抗器的匹配问题进行分析，以供参考。

关键词：串联电抗器；电容器；无功补偿；谐波电流；匹配问题中图分类号：TM47，TM53 文献标识码：A引言在实际运行中，若串联电抗器的串抗率选择不当，容易因谐波问题发生保险熔断、爆炸等事故，这就要求在分析电容器组与电抗器的参数匹配问题时必须结合电容器现场实际情况，科学合理地选择串联电抗器的电抗率和电容器组等效串抗率，以保证电容器设备运行的安全性。

1 电容器对谐波电流放大的机理分析电容器对谐波电流放大的理论分析如图1所示。

其中，Xs代表电力系统等值基波短路电抗，h代表谐波次数，Ih代表第h次谐波电流，XL代表串联电抗器产生的基波电抗，而Xc代表电容器组产生的基波容抗。

通过定义K=XL/Xc公式，K代表电容器组串联电抗器的电抗率，通过分析图1的电路图，可以发现当电容器支路中谐波容抗和感抗相等时，电路中串联电抗器第h次谐波将发生串联谐振，发生的谐振次数为：（1）在串联谐振下，电容器支路形成滤波回路，此时流经电力系统产生的谐波电流为0。

然而，当电容器组支路产生的谐波阻抗与电力系统产生的谐波感抗相等时，电容器支路第h次谐波发生并联谐振，发生的谐振次数为：（2）从理论上分析，此时电容器中产生的谐波电流趋于无穷大，在实际运行中，电容器支路产生的谐波电流远远大于电力设备所能承受的有限制。

另外，由于并联电容器的容量主要由无功优化确定，并且Xs主要是通过外部电力系统的设置确定的，Xs可以作为不可变量，所以只有串联电抗器的电抗率K可调。

电力系统谐波对电力系统的影响学生姓名：似懂非懂学号：123456789专业班级：供用电技术456321班指导教师：看破红尘摘要随着工业技术的迅猛发展，电力系统中的非线性负荷明显增多，由其产生的高次谐波的危害问题也日益突出。

本文阐述了电力系统谐波对电磁式继电器、整流型继电器、微机型继电器及各种自动装置的影响及防止措施，又对微机保护借助硬件（有源滤波器）和软件（数字滤波器），清除电力系统高次谐波分量进行了阐述。

本文结合我国电力系统安全稳定标准，提出对继电保护装置的要求，特别强调了继电保护的可靠性。

本文还结合我国近几年来电网发生的几次重大事故，分析了影响继电保护安全运行的主要因素，并从继电保护技术和管理角度，提出了保障电网安全、稳定运行的几点意见。

从补偿电容无法投入，谈谐波危害，分析谐波来源，提出治理谐波的初步建议随着个私经济的发展，供电量也不断的增长，为了使功率因素达到标准，必须投入补偿电容，但是有几个地方的变电所的补偿电容器却无法投上，强行投入后，电容器熔丝也会很快熔断。

但根据其他变电所运行经验，在此功率因数下，无功电流不应大于熔丝熔断电流。

这是为什么呢？经过对该地区的供电现状分析，这是由于谐波引起的。

所谓谐波，即理想的电力系统向用户提供的应该是一个恒定工频的正弦波形电压，但是由于各种原因，使这种理想状态在实际中无法存在。

因此通过对周期性电压或电流的傅立叶分解，所得到的频率为基波整数倍分量的含有量，称为谐波。

谐波研究的意义，道德是因为谐波的危害十分严重。

谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。

谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。

谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。

对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。

关键词：电力系统谐波继电保护谐波治理目录摘要 (1)引言 (1)1谐波的产生和危害 (2)1.2 谐波的标准 (6)1.3 谐波源主要种类 (7)1.4 谐波对于电网的危害主要表现............................................... 错误！未定义书签。