电容器组串联电抗器的选择及对谐波的抑制作用

杨小征

唐山市自来水公司

电容器组串联电抗器的选择及对谐波的抑制作用

杨小征

唐山市自来水公司

随着科技的进步，技术的创新，更多先进而精密的电气设备应用于各行各业，这就对电网的要求越来越严格，本文主要围绕电串联电抗器对谐波的抑制作用展开分析，以及电抗器的选择。

电容器；谐波；电抗器

电气设备应用领域越来越广泛，而且他们自身能偶产生谐波，也是高次谐波源。谐波不仅使系统的电流电压波形畸变，而且影响电网的电能质量，进而威胁电气设备的正常运行。

一、高次谐波对电容器的危害及抑制措施

并联电容器与其他电气设备的不同之处在于，首先由于其自身特点，能够在系统共振情况下调节系统阻抗，其次是电容器组的容抗与系统频率成反比，经电容器组放大的谐波电流会造成设备运行温度升高，影响设备运行及造成绝缘材料的绝缘过早老化，影响系统运行安全。所以频繁的操作非线性（如变压器）设备，必将产生谐波电流，谐波电流不仅导致电容器长期过负荷工作，以至于缩短电容器的使用寿命。

电源电压和频率是影响电容器电流的重要参数，当电源电压因谐波波形发生畸变，由于谐波电压的影响，谐波频率升高，电容器容抗减小，务必使流经电容器组的电流增大。在基波电流的基础上又增加了谐波分量，必然导致电流波形产生畸变，同时，因谐波电流产生的谐波电压叠加到原来的电压上，电压波形畸变会进一步扩大。除了电压和频率的影响，并联电容器的容量很大也会使谐波电流更加增大。因此，电容器对谐波电流起到吸收作用的同时也对电压起到放大作用。即便在电压中谐波所占比例很小，也会产生很大的谐波电流，当发生谐振时，系统谐振将导致谐波电压明显地高于无谐振情况下的出现的谐波电流和电压，使电容器组因过负荷而烧毁熔断器甚至电容器。

谐波不仅使系统电流电压正玄波形产生畸变，而且影响供电质量，甚至造成电气设备因长期过热、损耗增加而损坏。

所以当电网中存在谐波，影响电容器的安全运行时，为保证供电质量，防止谐波的危害，必须考虑供电系统中高次谐波的影响。并采取措施加以抑制，从而减少对电容器的影响。3、5、7……等奇次谐波电流分量广泛存在于电力系统，而抑制三次谐波所串联电抗器电抗值约为电容器容抗值得13%左右，选择过大使电容器组两端电压过高而超过允许值，因此抑制三次谐波应选用谐波滤波装置。鉴于本文主要讨论电抗器的抑制谐波作用，所以选用电抗器抑制谐波时，一般都是从五次谐波开始。

二、电抗器的作用

为了限制电容器在合闸过程中出现涌流，限制操作过电压和抑制供电系统中高次谐波的影响，通过在电容器组中串联电抗器，会取得良好的效果。

1、限制电容器合闸涌流。当电容器在未充电状态下合闸的瞬间，由于回路阻抗的阻抗很小，接近短路状态，产生的很大的冲击电流流入电容器组，而最大涌流正好发生在电容器合闸的瞬间，此时系统电压也最大。同样，电容器组每次切除运行后，必须充分放电，才能重新合闸运行，否则将会产生两倍于未充电状态下的合闸涌流。所以为了降低操作过电压的幅值，保护电容器，避免过电压击穿或加速绝缘老化，串联电抗器可以起到有效的抑制作用。

2、抑制高次谐波危害。很多电气设备和用电设备在运行时都会产生谐波，一般情况下并不会对电网产生很大的影响，也不会危及设备运行安全，但是有些情况下如：大型整流设备，会对电网产生严重的谐波干扰，影响供电质量及设备运行。因此，消除谐波干扰显得尤为重要，其中，在电容器组中串联电抗器是一种比较理想的措施。得到了广泛的应用。

三、电抗器的选择原则与电抗值的选择

1、选择原则。每个单位用电设备不尽相同，对设备有不同的要求，应综合考虑，使其能够消除和抑制主要次数的谐波影响，并保证电容器能够承受其他次数谐波引起的电压升高。所以，必须根据当地电网供电质量、设备运行及谐波数据分析情况，本着安全可靠，经济适用，科学合理的选择串联电抗器，以达到抑制谐波的目的。

2、电抗值的选择。如：能够发生谐波的整流装置直接接入电力系统母线图a为电力系统图。图b为等效回路图。谐波电流由整流装置发生，分别流入电容器组合电力系统。

电容器n次谐波电流和变压器n次谐波电流分别为：

式中n―谐波次数

In―总n次谐波电流，A；

ICn―电容电流的n次谐波电流，A；

IBn―变压器的n次谐波电流，A；

XL―串联单抗器基波电抗，Ω；

Xc―电容器基波容抗，Ω；

XB―变压器等值感抗，Ω；

由上述公式可以看出，当nXL＞Xc/n时，电容器组回路成电感性，可以使谐波电流减小；当nXL=Xc/n时，谐波电流将全部通过电容器组导致其过负荷运行，这也是构成谐振的必要条件；当nXL＜Xc/n时，电容器组回路成电容性，此时可以使谐波扩大致使母线电压波形严重畸变，影响设备正常运行。由于我们主要考虑奇次谐波对电容器的影响，而且选用电抗器抑制谐波时一般都是从五次谐波开始，因此，应当满足nXL＞Xc/n，即XL＞Xc/n2。将谐波次数n=5代入，即XL＞Xc/52=0.04 Xc，还应考虑到电抗值的冗余度，一般取可靠系数1.2-1.5.电抗器的电抗值应按如下公式选择即XL=（1.2～1.5）Xc/52=（0.48～0.06）Xc。由以上分析可以得知，为了限制合闸涌流和抑制谐波的危害，一般采用电抗值为电容器组容抗值得6%的电抗器，不仅可以抑制谐波电流，同时还可以限制合闸涌流，对五次及以上的高次谐波都可以起到良好的抑制作用，并基本消除了谐波谐振的可能，既可以降低电气设备损耗，又可以延长使用寿命，保证设备运行安全与稳定。

结束语

并联电容器通过无功补偿提高了企业用电的功率因数，降低了设备损耗，获得了较大的经济效益和社会效益，因此得到了广泛的应用。串联在高压电容器组回路中的电抗器，不仅可以限制电容器组合闸过程中的涌流，限制操作过电压，而且还以可以抑制电网中的高次谐波对电容器的影响。然而，如果串联电抗器选择不当，不仅对并联电容器组起不到安全保护作用，甚至会造成电容器的损坏。所以本文通过对谐波的危害和电抗器电抗值的选择分析，综合考虑，合理选择电抗器参数，从而达到安全可靠，经济合理的目的。

[1]刘佳，田莉莉，董学芹.浅析混合串联电抗器在抑制变压器三角形侧不平衡三次谐波的应用[J].电子制作,2016，（06）:30.