電容器組串聯(lián)電抗器的選擇及對諧波的抑制作用

楊小征

唐山市自來水公司

電容器組串聯(lián)電抗器的選擇及對諧波的抑制作用

楊小征

唐山市自來水公司

隨著科技的進(jìn)步，技術(shù)的創(chuàng)新，更多先進(jìn)而精密的電氣設(shè)備應(yīng)用于各行各業(yè)，這就對電網(wǎng)的要求越來越嚴(yán)格，本文主要圍繞電串聯(lián)電抗器對諧波的抑制作用展開分析，以及電抗器的選擇。

電容器；諧波；電抗器

電氣設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，而且他們自身能偶產(chǎn)生諧波，也是高次諧波源。諧波不僅使系統(tǒng)的電流電壓波形畸變，而且影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量，進(jìn)而威脅電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。

一、高次諧波對電容器的危害及抑制措施

并聯(lián)電容器與其他電氣設(shè)備的不同之處在于，首先由于其自身特點(diǎn)，能夠在系統(tǒng)共振情況下調(diào)節(jié)系統(tǒng)阻抗，其次是電容器組的容抗與系統(tǒng)頻率成反比，經(jīng)電容器組放大的諧波電流會造成設(shè)備運(yùn)行溫度升高，影響設(shè)備運(yùn)行及造成絕緣材料的絕緣過早老化，影響系統(tǒng)運(yùn)行安全。所以頻繁的操作非線性（如變壓器）設(shè)備，必將產(chǎn)生諧波電流，諧波電流不僅導(dǎo)致電容器長期過負(fù)荷工作，以至于縮短電容器的使用壽命。

電源電壓和頻率是影響電容器電流的重要參數(shù)，當(dāng)電源電壓因諧波波形發(fā)生畸變，由于諧波電壓的影響，諧波頻率升高，電容器容抗減小，務(wù)必使流經(jīng)電容器組的電流增大。在基波電流的基礎(chǔ)上又增加了諧波分量，必然導(dǎo)致電流波形產(chǎn)生畸變，同時，因諧波電流產(chǎn)生的諧波電壓疊加到原來的電壓上，電壓波形畸變會進(jìn)一步擴(kuò)大。除了電壓和頻率的影響，并聯(lián)電容器的容量很大也會使諧波電流更加增大。因此，電容器對諧波電流起到吸收作用的同時也對電壓起到放大作用。即便在電壓中諧波所占比例很小，也會產(chǎn)生很大的諧波電流，當(dāng)發(fā)生諧振時，系統(tǒng)諧振將導(dǎo)致諧波電壓明顯地高于無諧振情況下的出現(xiàn)的諧波電流和電壓，使電容器組因過負(fù)荷而燒毀熔斷器甚至電容器。

諧波不僅使系統(tǒng)電流電壓正玄波形產(chǎn)生畸變，而且影響供電質(zhì)量，甚至造成電氣設(shè)備因長期過熱、損耗增加而損壞。

所以當(dāng)電網(wǎng)中存在諧波，影響電容器的安全運(yùn)行時，為保證供電質(zhì)量，防止諧波的危害，必須考慮供電系統(tǒng)中高次諧波的影響。并采取措施加以抑制，從而減少對電容器的影響。3、5、7……等奇次諧波電流分量廣泛存在于電力系統(tǒng)，而抑制三次諧波所串聯(lián)電抗器電抗值約為電容器容抗值得13%左右，選擇過大使電容器組兩端電壓過高而超過允許值，因此抑制三次諧波應(yīng)選用諧波濾波裝置。鑒于本文主要討論電抗器的抑制諧波作用，所以選用電抗器抑制諧波時，一般都是從五次諧波開始。

二、電抗器的作用

為了限制電容器在合閘過程中出現(xiàn)涌流，限制操作過電壓和抑制供電系統(tǒng)中高次諧波的影響，通過在電容器組中串聯(lián)電抗器，會取得良好的效果。

1、限制電容器合閘涌流。當(dāng)電容器在未充電狀態(tài)下合閘的瞬間，由于回路阻抗的阻抗很小，接近短路狀態(tài)，產(chǎn)生的很大的沖擊電流流入電容器組，而最大涌流正好發(fā)生在電容器合閘的瞬間，此時系統(tǒng)電壓也最大。同樣，電容器組每次切除運(yùn)行后，必須充分放電，才能重新合閘運(yùn)行，否則將會產(chǎn)生兩倍于未充電狀態(tài)下的合閘涌流。所以為了降低操作過電壓的幅值，保護(hù)電容器，避免過電壓擊穿或加速絕緣老化，串聯(lián)電抗器可以起到有效的抑制作用。

2、抑制高次諧波危害。很多電氣設(shè)備和用電設(shè)備在運(yùn)行時都會產(chǎn)生諧波，一般情況下并不會對電網(wǎng)產(chǎn)生很大的影響，也不會危及設(shè)備運(yùn)行安全，但是有些情況下如：大型整流設(shè)備，會對電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波干擾，影響供電質(zhì)量及設(shè)備運(yùn)行。因此，消除諧波干擾顯得尤為重要，其中，在電容器組中串聯(lián)電抗器是一種比較理想的措施。得到了廣泛的應(yīng)用。

三、電抗器的選擇原則與電抗值的選擇

1、選擇原則。每個單位用電設(shè)備不盡相同，對設(shè)備有不同的要求，應(yīng)綜合考慮，使其能夠消除和抑制主要次數(shù)的諧波影響，并保證電容器能夠承受其他次數(shù)諧波引起的電壓升高。所以，必須根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)供電質(zhì)量、設(shè)備運(yùn)行及諧波數(shù)據(jù)分析情況，本著安全可靠，經(jīng)濟(jì)適用，科學(xué)合理的選擇串聯(lián)電抗器，以達(dá)到抑制諧波的目的。

2、電抗值的選擇。如：能夠發(fā)生諧波的整流裝置直接接入電力系統(tǒng)母線圖a為電力系統(tǒng)圖。圖b為等效回路圖。諧波電流由整流裝置發(fā)生，分別流入電容器組合電力系統(tǒng)。

電容器n次諧波電流和變壓器n次諧波電流分別為：

式中n―諧波次數(shù)

In―總n次諧波電流，A；

ICn―電容電流的n次諧波電流，A；

IBn―變壓器的n次諧波電流，A；

XL―串聯(lián)單抗器基波電抗，Ω；

Xc―電容器基波容抗，Ω；

XB―變壓器等值感抗，Ω；

由上述公式可以看出，當(dāng)nXL＞Xc/n時，電容器組回路成電感性，可以使諧波電流減小；當(dāng)nXL=Xc/n時，諧波電流將全部通過電容器組導(dǎo)致其過負(fù)荷運(yùn)行，這也是構(gòu)成諧振的必要條件；當(dāng)nXL＜Xc/n時，電容器組回路成電容性，此時可以使諧波擴(kuò)大致使母線電壓波形嚴(yán)重畸變，影響設(shè)備正常運(yùn)行。由于我們主要考慮奇次諧波對電容器的影響，而且選用電抗器抑制諧波時一般都是從五次諧波開始，因此，應(yīng)當(dāng)滿足nXL＞Xc/n，即XL＞Xc/n2。將諧波次數(shù)n=5代入，即XL＞Xc/52=0.04 Xc，還應(yīng)考慮到電抗值的冗余度，一般取可靠系數(shù)1.2-1.5.電抗器的電抗值應(yīng)按如下公式選擇即XL=（1.2～1.5）Xc/52=（0.48～0.06）Xc。由以上分析可以得知，為了限制合閘涌流和抑制諧波的危害，一般采用電抗值為電容器組容抗值得6%的電抗器，不僅可以抑制諧波電流，同時還可以限制合閘涌流，對五次及以上的高次諧波都可以起到良好的抑制作用，并基本消除了諧波諧振的可能，既可以降低電氣設(shè)備損耗，又可以延長使用壽命，保證設(shè)備運(yùn)行安全與穩(wěn)定。

結(jié)束語

并聯(lián)電容器通過無功補(bǔ)償提高了企業(yè)用電的功率因數(shù)，降低了設(shè)備損耗，獲得了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，因此得到了廣泛的應(yīng)用。串聯(lián)在高壓電容器組回路中的電抗器，不僅可以限制電容器組合閘過程中的涌流，限制操作過電壓，而且還以可以抑制電網(wǎng)中的高次諧波對電容器的影響。然而，如果串聯(lián)電抗器選擇不當(dāng)，不僅對并聯(lián)電容器組起不到安全保護(hù)作用，甚至?xí)斐呻娙萜鞯膿p壞。所以本文通過對諧波的危害和電抗器電抗值的選擇分析，綜合考慮，合理選擇電抗器參數(shù)，從而達(dá)到安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理的目的。

[1]劉佳，田莉莉，董學(xué)芹.淺析混合串聯(lián)電抗器在抑制變壓器三角形側(cè)不平衡三次諧波的應(yīng)用[J].電子制作,2016，（06）:30.