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低压配电并联电容器补偿回路所串电抗器的合理选择一、前言在笔者所接触的低压配电施工图中，发现施工图中有一个共性，那就是配电变压器低压侧母线上均接入无功补偿电容器柜。
但令人费解的是，所串电抗器无任何规格要求，无技术参数的注明，只是在图中画了一个电抗器的符号而已。
而所标电容器的容量，也只是电容器铭牌容量而已，实际运行时，最大能补偿多少无功功率，也不得而知。
应引起注意的是，电抗器与电容器不能随意组合，它要根据所处低压电网负荷情况，变压器容量，用电设备的性质，所产生谐波的种类及各次谐波含量，应要进行谐波测量后，才能对症下药，决定电抗器如何选择。
但往往是低压配电与电容补偿同期进行，根本无法先进行谐波测量，然后进行电抗器的选择。
退一步说，即使电网投入运行，进行谐波测量，但用电设备是变动的，电网结构也是变化的，造成谐波的次数及大小有其随意性，复杂性。
因此正确选用电容器所用的串联电抗器也成为疑难问题，这无疑是一个比较复杂的系统工程，不是随便一个电抗器的符号或口头说明要加电抗器那么简单了。
不得随意配合，否则适得其反，造成谐波放大，严重时会引发谐振，危及电容器及系统安全，而且浪费了投资。
有鉴于此，笔者对如何正确选用电容器串联电抗器的问题，将本人研究的一点心得，撰写成文，以候教于高明。
二、电力系统谐波分析及谐波危害电力系统产生谐波的原因主要是用电设备的非线性特点。
所谓非线性，即所施电压与其通过的电流非线性关系。
例如变压器的励磁回路，当变压器的铁芯过饱和时，励磁曲线是非正弦的。
当电压为正弦波时，励磁电流为非正弦波，即尖顶波，它含有各次谐波。
非线性负载的还有各种整流装置，电力机车的整流设备，电弧炼钢炉，EPS，UPS及各种逆变器等。
目前办公室里电子设备很多，这里存在开关电源及整流装置，其电流成分也包含有各次谐波，另外办公场所日光灯及车间内各种照明用的气体放电灯，它们也是谐波电流的制造者。
日光灯铁芯镇流器及过电压运行的电机也是谐波制造者。
谐波对并联电容器的影响当系统电压波形发生畸变时，这些非正弦波形可以用数字分析的方法分解成50H2 的基波和各种倍数频率的高次谐波，基波与各种谐波的迭加就是这个畸变的波形。
对电容器来讲，一般不存在偶次倍数的谐波。
此外，中性点不接地星形连接的电容器组的相电流和三角形连接的电容器组的相电压中，都不包括 3 次及其整数倍的谐波。
因此，主要考虑5 、7 、11 、13 等次谐波的影响，在这些高次谐波中，以5 次谐波最显著。
由于系统电压中高次谐波的作用，会使电容器产生过电流和过负荷，两者超过的倍数并不一样。
同时，某高次谐波电流所造成的电波形畸变，远比电压波形的畸变严重。
例如某系统电压波形包括基波和5 次谐波( 其它高次谐波占的比例很小) ，基波电压与额定电压相等，5 次谐波电压值为额定电压的26.45 %，经过计算，结果表明：在此情况下，电容器组过电压3.4 %，过电流65.6 %，电容器的无功出力过负荷35 %，而无功功率表的读数却为电容器组额定无功功率Qe 的171.2 %。
5 次谐波产生的畸变功率高达电容器额定无功功率的105 %。
再者，电容器对谐波电压的反应比较敏感，在发生谐波共振的情况下，可能使电容器成倍的过负荷，造成电容器的严重损坏或无法运行。
谐波的限制对于系统中有谐波源，而且影响到电容器安全运行时，作者认为：首先应对用户( 谐波源) 采取相应的有关措施以降低高次谐波分量。
抑制高次谐波的方法很多，如增加整流器的相数，限制大型整流器在电网中的连接容量以及采用调谐电抗器、微电感电阻和滤波电容器等制成专用高次谐波滤波装置等。
其次应考虑由于系统电压中谐波的存在，采用哪种措施才能限制谐波的放大。
目前，为了保护用于无功补偿的并联电容器，最有效的方法是在电容器回路中串联电抗器。
其电抗器的感抗值应按以下方法确定。
显然，串联电抗器XL 越大，谐波电流In 越小，为了避免n 次及以上谐波谐振，应使自振频率次数小于小n ，令X = XS+XL ，当n 次谐波谐振时，即有如前述，对于电容器回路来说，起主要作用的是5 、7 、11 ……等次谐波。
浅谈无功补偿电容器的谐波放大问题[摘要] 电网中存在的谐波与大量运行的并联电容器,由于相互作用会产生谐波放大甚至出现并联谐振,严重影响电能质量,危及电网的安全经济运行.分析了并联补偿电容器谐波放大的原理,说明了其对电网造成的危害,并提出抑制谐波放大的实施对策.[关键词] 电力系统;谐波;电容器;电抗器;电抗率1 引言随着现代工业的发展,大量的电弧炉和换流设备等非线性用电设备的不断接入电网,产生了大量的谐波电流注入系统,造成电压波形畸变,谐波的影响和危害呈现出更加明显和加重的趋势.电容器是一种对谐波极为敏感的电气设备,其容抗随频率的变化而变化.电力系统中,受谐波影响而造成电容器过电流或过电压,使绝缘损坏或寿命缩短的问题时有发生.如何减少和避免谐波对电容器的影响和损害,选择正确、合理的解决方案十分重要.本文从电容器工作的特性、原理出发,就谐波对电容器的影响、危害,防范与控制方法,以及实际操作中的一些问题做如下分析,并就解决办法提出自己的一点见解供探讨.2 傅立叶分解电压波形发生畸变,就意味着它的波形变成非正弦波,由于这种非正弦波是周期性的,所以可用傅立叶级数表达式将它分解为基波和各种倍数频率的高次谐波.作用于电容器上的非正弦电压可分解为:(1)(其中:为与时间无关的畸变波的直流分量,表示基波,表示第k次谐波分量)令,将式(1)写成一般形式为(2)其有效值为(3)(式中:为基波电压有效值,表各次谐波电压波形畸变率,)当次谐波电压为时,此时流过电容器的非正弦电流为(4)其有效值为:(5)式(5)即为高次谐波引起电容器过电流的一般表达式.由上分析可知:1)高次谐波的存在使电容器中的总电流有效值大于基波电流,这就可能导致电容器的过电流超过允许值.2)由式(3)和式(5)可知,在电压有效值公式中各次谐波畸变率前的系数都等于1,而电流有效值的公式中这些系数则等于各次谐波的平方.因此,当电压有效值的增长不显著时,电流有效值却可能增长愈显著.3 谐波引发的电容器问题及主要原因3.1 并联电容器对谐波电流具有放大作用电容对谐波电流的放大原理t如果电力系统中没有电容设备且不考虑输电线路电容,则其谐波阻抗(6)(6)式中——系统的次谐波电阻,——次谐波电抗,——工频短路电抗.并联电容后,设并联电容器基波电抗为,次谐波电抗为,系统的谐波等效电路如图l所示,则系统的次谐波阻抗值为图1系统的谐波等效电路(7)由(7)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.谐波源产生的谐波电流的大小取决于谐波源设备本身的特性及其工作状况,而与电网参数无关.也就是说,电力系统中主要谐波源为电流源,其主要特征是外阻抗变化时电流不变.假设谐波源为次谐波电流注入电力系统,为进入电网的谐波电流,为进入电容器的谐波电流,如图2所示:图2 (a)电路(b)谐波等效电路根据电路计算公式:(8)(9)当时,并联电容器与系统阻抗发生并联谐振,由于、,此时、均远大于,所以谐波电流被放大. 因,故谐振点的谐波次数为,即当谐波源中含有次数为的谐波时,将引起谐振.若谐波源中含有次数接近的谐波,虽不会发生谐振,但也会导致该次谐波被放大.3.2 谐波引发的电容器问题由于容抗与电源频率成反比,当高次谐波电压作用于电容器组上时,因高频率谐波使电容器容抗减小,所以通过电容器内的电流增大;换言之,此时,在基波电流的基础上又增添了电流谐波分量,这样波形势必发生畸变,结果使系统阻抗产生谐波过电压叠加于原电压上,造成电压波形畸变.同时,通过电容器组的电流还与其电容量有关,容量愈大,容抗愈小,进而使电流更大,故在投入大容量电容器组时,上述电压畸变更为严重.谐波过电压不仅会使系统电流、电压的波形发生畸变,而且还会造成:电能质量变坏;电气设备损耗增加;电气设备出力降低;绝缘介质加速老化;设备使用寿命降低或因长期过热损坏;影响控制、保护、检测装置的工作精度及工作可靠性.特别是因高次谐波激发引起谐振的情况下,极易导致电容器过负荷、发热、振动及异常噪声直至最终被烧毁,同时还可能引起过流保护误动作、熔断器熔丝熔断、电容器组无法合闸等事故或障碍.尤其当电容器组距离谐波源较近处,所造成的后果更为严重.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.4 串联电抗器的选择与应用实施技术手段对谐波进行抑制非常重要,常用的方法是采用串联电抗器.通常电力系统高次谐波电流主要是3、5、7……等奇次分量,故必须重点考虑实施防范奇次谐波对电容器组造成危害的对策.图3 谐波等效电路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,可以有效地解决并联电容器对谐波的放大.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3所示,为串接电抗器的基波电抗,由于通常情况下,忽略,串接电抗后,(10)(11)由(10)、(11)两式可以看出,当时,并联电容器此时将与系统发生并联谐振,谐振点的谐波次数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.综上所述,欲抑制谐波谐振,必须使,即.抑制5次谐波时, (三相全控整流装置产生的最低次特征谐波),则,又考虑到电抗值应有一定的裕度,一般取值范围:1.2~1.5,亦即.注:在《并联电容器装置设计规范》GB50227-95中推荐:抑制5次谐波的串联电抗器的电抗率为.抑制3次谐波时, (单相可控硅整流装置产生的最低次特征谐波),则,又考虑到电抗值应有一定的裕度,一般取值范围:1.2~1.5,亦即.注:在《并联电容器装置设计规范》GB50227-95中推荐:抑制3次谐波的串联电抗器的电抗率为.在并联电容器支路中串联电抗器的电抗器为12%时,对于3次谐波和3次以上的各次谐波,该支路均呈现感抗,因而有效地抑制了谐波电流对并联电容器的影响.串联电抗器的调谐频率应低于电网中的谐波电流的最低频率,如果系统中有大量单相非线性负载,那么串联电抗器的电抗率应为12%.5 对策综合以上分析可以看出,电力系统中谐波引发电容器问题的主要原因,一是电容器对谐波电流放大引发的电容器附加绝缘介质损耗加大;另一个是谐波电压使电容器承受的端电压增大,造成局部放电.抑制谐波放大的通常做法就是在并联电容器回路内串接具有一定电抗值的电抗器.综合考虑电力系统中谐波来源的复杂性,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:(1)在保证电容器不受损害的前提下,并联电容器串接电抗器的电抗率可适当选择一个下限值,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)对于已经投运或者有类似运行经验的变电所,应根据实测或相关经验进行综合分析,选择电抗器的电抗率.(4)对于相对复杂而又难以抑制的谐波问题,通过测试分析,可以采取滤波、抑波相结合的方案.6 结束语随着电能质量治理工作的深入开展,除对谐波污染的程度、影响进行有效测试分析外,要消除谐波污染,还必须依靠各部门的配合努力,在用户使用非线性负载时,将根据实际情况督促其采取有力的抑制谐波的措施,减小谐波侵入电网,从而真正确保系统设备安全运行、减少由于谐波污染带来的经济损失.参考文献[1]邱关源《电路》(上、下册) 高等教育出版社,1996年[2]陈珩《电力系统稳态分析》水利电力出版社,1995年[3]《并联电容器装置设计规范》GB50227-95。
电力电容器并联系统的谐波滤波与抑制技术电力电容器是电力系统中常用的重要组件，用于补偿电力系统中的无功功率。
然而，在电容器的应用过程中，谐波问题成为一个不可忽视的挑战。
谐波会导致电力系统中的电压和电流波形失真，给稳定运行带来困难。
因此，采取谐波滤波与抑制技术是解决这一问题的关键。
首先，我们需要了解什么是谐波。
谐波是指在电力系统中，除了基波（通常为50Hz或60Hz）之外的频率分量。
这些频率分量对电力设备和系统产生负面影响，如电流超过额定值、电压失真、设备故障等。
因此，谐波滤波与抑制技术主要的目标是减少谐波对电力系统的影响，恢复电力系统的正常运行。
谐波滤波器是一种常用的技术手段，用于抑制谐波。
它的基本原理是在谐波频率处提供一个低阻抗路径，从而引导谐波电流流入谐波滤波器。
这样一来，谐波电流就不再流向电力系统的负载或其它设备中，从而减小了谐波的影响。
谐波滤波器设计的关键是选择合适的谐波频率和滤波器的参数，以便能够有效地滤除谐波。
除了谐波滤波器，谐波抑制技术还包括以下几种方法：1. 电容器并联电阻器：这是一种简单有效的抑制谐波的方法。
通过将电容器与电阻器并联连接，可以形成RC滤波器。
这种滤波器能够减小电容器对谐波的响应，达到抑制谐波的目的。
2. 主动滤波技术：这是一种利用电子设备主动干预电流的技术。
通过控制电流的幅值和相位，可以抵消谐波电流的影响，从而实现谐波的抑制。
主动滤波技术在高功率电力系统中得到广泛应用，能够有效地抑制谐波，提高电力系统的稳定性。
3. 谐振电路：谐振电路是一种能够选择谐波频率并引导谐波电流流向的技术。
通过选择合适的电感和电容参数，可以使谐振电路在特定的谐波频率处形成低阻抗路径，从而实现谐波抑制的效果。
以上是几种常见的谐波滤波与抑制技术。
在电力系统中，为了有效地应对谐波问题，常常需要综合运用以上技术手段，选择最合适的方法进行谐波抑制。
然而，需要注意的是，谐波滤波与抑制技术并非一劳永逸的解决方案。
低压并联电容器及电抗器的选择简介：并联电容器及电抗器是低压配电站集中无功补偿的重要组成部分，电容器的主要作用是对低压系统无功功率进行补偿，提高功率因数；电抗器主要作用是抑制谐波和限制涌流（包括并联电容器本身产生的高次谐波）。
因此，在低压配电系统中，电容器和电抗器的成组出现是非常必要的。
文章根据本人多年从业经验对电容器以及电抗器的选择谈谈自己的看法。
前言：在民用建筑中的小功率电机，电梯，计算机，医院中的超声波装置、X射线设备，工业中的机床、焊机、探伤设备等等，这些设备功率因数很低，吸收了系统中的无功功率，使系统电流增大，系统损耗增大，供电质量降低。
提高系统功率因数，可极大地提高电力系统的供电能力，大大降低电网中的功率损耗，减少网路中的电能损耗，提高供电质量，降低电能成本。
一．电容器的选择（未串联电抗器）：在未串联电抗器的补偿回路中，电容器的选择变得尤为简单，除了要求电容器额定电压要适合系统电压外，主要就是对电容器补偿容量的选择。
则把(4)式带入(3)式可计算出需要补偿的容量。
二．电抗器的选择：在电容器并联补偿回路中串联电抗器，同样要求电抗器的额定电压要满足系统电压要求，最重要的也是对其电抗率k的确定。
（本文只讨论对调谐电抗器的选择，不考虑限制并联电容器组的合闸涌流的阻尼电抗器的选择）（1）电容器装置接入处的背景谐波主要为3次，选择电抗率大于12%的串联电抗器；（2）电容器装置接入处的背景谐波主要为5次以上，选择电抗率大于4.5%的串联电抗器；（3）由于本文只是对低压电容器及电抗器的选择讨论，没有对谐波谐振和放大率进行详细的分析，根据相关文献：对于采用0.1%～1%的串联电抗器，要防止对5次、7次谐波的严重放大或谐振；对于采用4.5%～6%的串联电抗器，要防止对3次谐波的严重放大或谐振。
三．电容器的选择（串联电抗器）：在电容器并联补偿回路中串联电抗器之后，电容器两端电压基波Uc已不再是系统额定电压Us，并且会大于系统额定电压Us，如果此时选择的电容器额定电压还是系统额定电压，电容器就会严重发热，缩短使用寿命，严重者甚至烧毁。
多个并联滤波电容选择原则
在设计并联滤波电路时，选择合适的滤波电容是非常重要的。
以下是一些选择滤波电容的原则：
1. 频率响应，滤波电容的选择应该考虑到需要滤除的信号频率。
一般来说，滤波电容的阻抗随着频率的增加而减小，因此对于需要
滤波的高频信号，需要选择较小的电容值。
2. 电压容量，滤波电容的电压容量应该大于电路中的最大工作
电压，以确保电容不会因为电压过高而损坏。
3. 筛选特性，滤波电容的筛选特性也是选择的重要考虑因素。
不同类型的电容有不同的筛选特性，比如铝电解电容、钽电容、陶
瓷电容等，每种电容都有其特定的优势和限制。
4. 尺寸和成本，滤波电容的尺寸和成本也是需要考虑的因素。
较大尺寸的电容可能在空间受限的情况下不适用，而成本较高的电
容也可能超出预算。
5. 温度稳定性，在一些特殊的应用中，滤波电容的温度稳定性
也是需要考虑的因素。
一些应用对温度变化非常敏感，因此需要选择具有良好温度稳定性的电容。
总的来说，选择滤波电容需要考虑频率响应、电压容量、筛选特性、尺寸和成本以及温度稳定性等多个因素，以确保滤波电容能够在特定的应用中发挥最佳的效果。
电网谐波环境下并联电容器的谐振防止问题探讨安装并联电容器是提高电力系统功率因数、减小线路损耗及电压降落的常用方法，分析了电网中谐波的存在会增加电容器的介质损耗，并可能使系统发生并联谐振，放大谐波电流，危及电容器及系统的正常工作，为此，提出了避免谐振的对策。
标签：谐波；并联谐振；介质损耗1 引言在电力系统中，由三相交流同步发电机发出的三相交流电，一般认为是频率为工频的三相对称正弦交流电。
由于电力系统中存在着各种各样的非线性元件，使电力系统和用户处线路内的三相交流电的波形发生畸变，由原来的周期性正弦交流电变成了周期性的非正弦交流电。
高次谐波的产生，将严重影响电力系统的供电质量和用户的用电质量及用电安全。
由谐波引起的谐振也是电力系统运行中一种常见的现象。
2 电网谐波源现状（1）大型发电机谐波源。
作为一种产生电能的复杂电磁装置，大型发电机的结构和材料特性都十分复杂，如果齿槽设计不当、阻尼绕组结构不当以及磁材料特性较差，就有可能产生谐波电流或谐波电压，特别是其齿谐波电压分量，对电能质量和通信质量的影响尤其恶劣。
（2）电力变压器谐波源。
由于大型变压器铁心为磁性材料硅钢片叠成，其磁化曲线具有非线性特点，而大型电力变压器铁芯柱往往运行在饱和状态，其磁密超过磁化曲线的弯曲点，进入非线性区域，导致磁密和励磁电流的变化体现出非线性关系，即使励磁电流是正弦波，相应的磁通量变化并非正弦波，谐波电流随之产生。
（3）静止补偿电容（SVC）参数配置不当。
静止补偿电容（SVC）在电力系统中具有改变功率因数，改善电网运行状态的功效。
但与此同时，如果选用参数匹配不当，也会造成系统中某次谐波电流大幅度增加，导致电能质量恶化。
（4）电弧炼钢炉。
由于电弧炼钢炉电流不规则，且急剧变化，导致其波形处于严重畸变状态，进而引起电网电压波形的严重畸变，产生大量谐波危害，其中2～7谐波的危害最为明显。
（5）电气化铁路。
作为单相大负荷，电力机车常常在一定区段内造成三相严重失衡。
表格数据说明：一、1.65倍系数的确定根据1、根据GB/T15576中规定，“电容器应保证在1.1倍的额定电压下长期运行，通常元器件及辅件的选择应满足1.3倍电容器额定电流条件下连续运行，但应考虑电容器最大电容量可达1.10Cn，这时电容器的最大电流可达1.43倍额定电流，则元器件及辅件的选择应满足1.43倍电容器额定电流条件下连续运行。
该过电流是谐波及高至1.10Un的过电压共同作用的结果。
”关于这一点，在GB 3983.1中也曾提及。
当将电容器(单元或组)接入并与别的已通电的电容器相并联时，熔断器装置会承受高幅值及高频率的过渡过电流和由此产生的热量。
并且，在某些情况下电容器需要频繁投切操作，这时，就必须选择足以能承受住这些条件的熔断器。
此外，熔断器应该保证其时间-电流特性满足装置在正常过载的情况下，熔芯不熔化。
又根据在GB13539.2中的规定，对熔断器的时间-电流特性在电流方向允许有±10%的误差。
所以，在此建议电容器容量为300kVar以下时选择电容器额定电流1.65倍的熔断器。
1.5倍系数的确定根据当电容器组容量达到300kVar及以上时，因为容量比较大，所以其在系统中并不需要频繁的投切，此时，熔断器应能保证电容器投入时，不会因瞬间涌流过大而误动作即可。
所以，电容器容量达到300kVar及以上时，选择的熔断器额定电流为电容器额定电流的1.5倍。
二、图文分析从下图中可以看出，以晶闸管投切为投切开关时，几乎为零涌流。
接触器(天水接触器)投切时，涌流也限制在10倍电容器额定电流以内，再对比熔断器的时间—电流特性曲线(金米勒)，可以看出，金米勒熔断器满足在过渡过电流情况下不熔断这一要求。
现以50kVar电容器补偿为例：蓝线为额定电流In=72A，绿线表示过载时的电流Ir=1.43*72=103A，在这种情况下，选择100A的熔芯已经略显不足，所以，选择125A的熔芯。
图1 时间-电流曲线图图2 接触器投切电容器涌流波形图图3 晶闸管投切电容器涌流波形图三、晶闸管投切电容器应采用快速熔断器，当其上级选用隔离开关熔断器组时，熔断器组的熔芯采用普通熔芯。
