電容器組串聯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

隨著科技的進步，技術的創新，更多先進而精密的電氣設備應用于各行各業，這就對電網的要求越來越嚴格，本文主要圍繞電串聯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

電氣設備應用領域越來越廣泛，而且他們自身能偶產生諧波，也是高次諧波源。諧波不僅使系統的電流電壓波形畸變，而且影響電網的電能質量，進而威脅電氣設備的正常運行。

一、高次諧波對電容器的危害及抑制措施

并聯電容器與其他電氣設備的不同之處在于，首先由于其自身特點，能夠在系統共振情況下調節系統阻抗，其次是電容器組的容抗與系統頻率成反比，經電容器組放大的諧波電流會造成設備運行溫度升高，影響設備運行及造成絕緣材料的絕緣過早老化，影響系統運行安全。所以頻繁的操作非線性（如變壓器）設備，必將產生諧波電流，諧波電流不僅導致電容器長期過負荷工作，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，當電源電壓因諧波波形發生畸變，由于諧波電壓的影響，諧波頻率升高，電容器容抗減小，務必使流經電容器組的電流增大。在基波電流的基礎上又增加了諧波分量，必然導致電流波形產生畸變，同時，因諧波電流產生的諧波電壓疊加到原來的電壓上，電壓波形畸變會進一步擴大。除了電壓和頻率的影響，并聯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，也會產生很大的諧波電流，當發生諧振時，系統諧振將導致諧波電壓明顯地高于無諧振情況下的出現的諧波電流和電壓，使電容器組因過負荷而燒毀熔斷器甚至電容器。

諧波不僅使系統電流電壓正玄波形產生畸變，而且影響供電質量，甚至造成電氣設備因長期過熱、損耗增加而損壞。

所以當電網中存在諧波，影響電容器的安全運行時，為保證供電質量，防止諧波的危害，必須考慮供電系統中高次諧波的影響。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，而抑制三次諧波所串聯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涌流，限制操作過電壓和抑制供電系統中高次諧波的影響，通過在電容器組中串聯電抗器，會取得良好的效果。

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

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

三、電抗器的選擇原則與電抗值的選擇

1、選擇原則。每個單位用電設備不盡相同，對設備有不同的要求，應綜合考慮，使其能夠消除和抑制主要次數的諧波影響，并保證電容器能夠承受其他次數諧波引起的電壓升高。所以，必須根據當地電網供電質量、設備運行及諧波數據分析情況，本著安全可靠，經濟適用，科學合理的選擇串聯電抗器，以達到抑制諧波的目的。

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

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

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nXL＞Xc/n時，電容器組回路成電感性，可以使諧波電流減小；當nXL=Xc/n時，諧波電流將全部通過電容器組導致其過負荷運行，這也是構成諧振的必要條件；當nXL＜Xc/n時，電容器組回路成電容性，此時可以使諧波擴大致使母線電壓波形嚴重畸變，影響設備正常運行。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，應當滿足nXL＞Xc/n，即XL＞Xc/n2。將諧波次數n=5代入，即XL＞Xc/52=0.04 Xc，還應考慮到電抗值的冗余度，一般取可靠系數1.2-1.5.電抗器的電抗值應按如下公式選擇即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，既可以降低電氣設備損耗，又可以延長使用壽命，保證設備運行安全與穩定。

結束語

并聯電容器通過無功補償提高了企業用電的功率因數，降低了設備損耗，獲得了較大的經濟效益和社會效益，因此得到了廣泛的應用。串聯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中的高次諧波對電容器的影響。然而，如果串聯電抗器選擇不當，不僅對并聯電容器組起不到安全保護作用，甚至會造成電容器的損壞。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，從而達到安全可靠，經濟合理的目的。

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