陳太虎 周建強(qiáng) 安建永

摘? 要：介紹了高次諧波對電容器裝置的干擾影響、產(chǎn)生原因以及可能造成的危害。介紹了串聯(lián)6%電抗器對諧波放大的抑制作用，經(jīng)多個工程驗證，是一種保證電容器安全運(yùn)行的好方法。

關(guān)鍵詞：高次諧波;電容器;串聯(lián)電抗器

中圖分類號：TM761? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）11-0139-02

Abstract： This paper introduces the causes of the interference of high order harmonics on the capacitor device and the possible harm. It also introduces the suppression effect of series 6% reactor on the harmonic amplification， thereby is a good method to ensure the safe operation of the capacitor， which has been verified by several projects.

Keywords： high order harmonic; capacitor; series reactor

1 概述

在低壓配電系統(tǒng)中，普遍采用電容器來補(bǔ)償感性無功功率，使系統(tǒng)平均功率因數(shù)達(dá)到供電部門的要求。由于電容器補(bǔ)償?shù)蛪合到y(tǒng)的無功功率后，可以增加變壓器對有功功率的供電容量，具有顯著的節(jié)電效果。

但是隨著帶整流器的設(shè)備如直流調(diào)速裝置、變頻調(diào)速裝置、UPS電源裝置，以及軟起動器、新型節(jié)能電光源等產(chǎn)生高次諧波電流的電氣設(shè)備應(yīng)用越來越多，出現(xiàn)了許多的因諧波造成電容器過流損壞的實例，也有因諧波造成電容器前置熔斷器反復(fù)熔斷，電容器無法投運(yùn)的實例。因此，高次諧波對電容器裝置的危害問題必須引起重視。

供用電系統(tǒng)中接有各種產(chǎn)生高次諧波的設(shè)備。凡是電壓與電流關(guān)系是非線性的元件都是諧波電流源，如熒光燈、變壓器的激磁電流、整流器等，都會向系統(tǒng)輸送諧波電流。高次諧波對許多電氣設(shè)備都有危害，其中電容器對諧波更為敏感。因為電容的容抗是與電源頻率成反比的XC=■，頻率越高容抗越小，即使不很大的諧波電壓，也會有很大的諧波電流，造成電容器過電流。尤其是當(dāng)電容器在某次諧波頻率時的容抗與系統(tǒng)電感對該次諧波頻率的感抗相等時，便會發(fā)生諧波諧振，諧波電流和諧波電壓急劇增大，會對電容器裝置和其他電氣設(shè)備造成損壞。

解決這個問題比較簡單有效的方法就是在電容器回路中加裝串聯(lián)電抗器。串聯(lián)電抗器除了限制合閘涌流外，還有一個重要作用就是抑制高次諧波電流，同時防止高次諧波造成諧波諧振的事故。由于電容柜中串聯(lián)電抗器的工頻感抗是與電源頻率成正比，即XL=？仔fC，在高頻下感抗增大，所以串聯(lián)電抗器能有效抑制諧波電流，防止電容器過流損壞，也防止了由于高次諧波存在，電容器保護(hù)裝置動作，電容器無法投運(yùn)的狀況。

整流設(shè)備是最主要的諧波源。對于通常應(yīng)用最多的六相整流來說，主要有：5、7、11、13次諧波。12相整流主要有：11、13、23、25次諧波。即高次諧波的頻率都在250Hz以上。

2 串聯(lián)電抗器的選擇

電容器串電抗后形成一個串聯(lián)諧振回路，在諧振頻率下呈現(xiàn)很低的阻抗（理論上為0），如果串聯(lián)諧振頻率與電網(wǎng)特征諧波頻率一致，則成為濾波回路，如果只吸收少量諧波，則稱為失諧濾波回路。

失諧濾波回路的主要用途是防止諧波放大，濾波效果不大，串聯(lián)諧振頻率通常低于電網(wǎng)的最低次特征諧波頻率，即設(shè)定為基波頻率的3.8～4.2倍。

計算公式為：

電抗器電抗XL=電容器容抗XC的百分比（x%）

或者：

電抗器功率QL=電容器基波容量QC的百分比（x%）

電抗器電抗或容量一般為電容器容抗或容量的6～7%。

串聯(lián)諧振頻率按下式計算：

在選擇x=6%時，諧振次數(shù)為vr=4.08。

失諧濾波回路只吸收少量5次及以上的諧波，諧波源產(chǎn)生的諧波大部分流入電網(wǎng)，電容器容量根據(jù)預(yù)計達(dá)到的功率因數(shù)值確定。

以5次諧波為例。

電抗器對5次諧波的感抗（工頻時的感抗XL=6%XC）

XL5=5XL=5（6%XC）=30%XC

電容器對5次諧波的容抗

即對于5次諧波，電容柜的感抗己經(jīng)大于容抗（對于5次以上諧波更是如此）。根據(jù)阻抗分流原理，諧波電流不會流入阻抗大的支路，這就從根本上消除了系統(tǒng)發(fā)生諧波諧振的可能性。

3 工程實例

下面介紹串聯(lián)電抗器的實例。

某大樓供用電系統(tǒng)中裝有16組30kvar的普通低壓電容器柜，電容器柜聯(lián)接到400V/50Hz電網(wǎng)，電源變壓器10kV/400V，SN=1600kVA，Ucc=5.5%，大樓主要負(fù)荷為變頻調(diào)速裝置、UPS電源裝置、新型節(jié)能電光源等。但是在不到一年的時間內(nèi)，電容器柜內(nèi)頻繁出現(xiàn)電容器過流損壞、熔斷器熔斷的故障，電容器柜長期無法正常使用，而且故障原因始終無法查明，致使高壓進(jìn)線的功率因數(shù)達(dá)到供電部門的要求，功率因數(shù)只有0.83，因此每個月的罰款高達(dá)八萬元。經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)故障原因是由于諧波放大引起的，測試結(jié)果如圖1、圖2。

經(jīng)過在電容器回路安裝6%的串聯(lián)電抗器，上述電容器過流損壞、熔斷器熔斷故障的情況完全消失了。系統(tǒng)的平均功率因數(shù)由改造前的0.83提高到改造后的0.95以上，達(dá)到供電部門的要求，經(jīng)過測試諧波情況也得到了明顯的改善。測試結(jié)果如圖3、圖4。

4 結(jié)束語

隨著科技的進(jìn)步，整流設(shè)備如直流調(diào)速裝置、變頻調(diào)速裝置、UPS電源裝置等，以及軟起動器、新型節(jié)能電光源等可產(chǎn)生高次諧波電流的電氣設(shè)備會得到更多的應(yīng)用。因此，高次諧波對電容器裝置的危害這一問題是不容忽視的。筆者認(rèn)為在電容柜設(shè)計時，應(yīng)考慮采用電容器串聯(lián)電抗器的方案，以保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行。

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