减少谐波电流对补偿电容器影响的措施
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减少谐波电流对补偿电容器影响的措施
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第 28卷 第 5期 电力电容器 Vol. 28 No. 5
2007年 10月 PowerCapacitor Oct. 2007
减少谐波电流对补偿电容器影响的措施
洪贞贤
(佛山供电局试验研究所,广东 佛山 528300 )
摘 要:电力系统的负荷性质决定了对系统功率因素补偿的要求,加装并联补偿电容器时,由
于系统的谐波可能引起电容与系统的电感产生谐振,利用电容器回路串联电抗器的方法可以
避免在主要谐波成份下谐振的发生。本文主要针对电容、电感在谐波条件下的匹配要求、选配
原则等方面进行分析。
关键词:谐波;电流;电容器;电抗器
中图分类号: TM531. 4 文献标识码: B 文章编号: 1002 0349(2007)05 0039 02
Methods for Reducing the Effect on Compensating Capacitors from Harmonic Current
HONG Zhen xian
(Testing and ResearchDepartment, PowerBureau of Foshan, Foshan, Guangdong528300, China)
Abstract:The load characterofpower system determines the demands for compensatingpower fac
tor. As a result, while shunt capacitors are loaded in power system, resonance could occur between
capacitors and reactorsbecauseofharmonicwaves. And the resonance could be avoided bymeansof
putting some reactors in the capacitive circuit in series. This article emphasizes the analysisof the
matchingof capacitors and reactors under the condition of harmonicwaves and the choosing rules.
Keywords:Harmonicwave; Current; Capacitor; Reactor
1 引言 的数倍,造成电容器损坏或爆炸,因此,对在有谐
电力系统负荷分类复杂,种类繁多,但究其根 波的电力系统中的电容器的运行状态进行分析,
源,基本都是以电磁感应所作为能量传输基础的, 确定谐波电流对电容器的影响与系统参数的关
因此,感性无功负荷以及伴随的功率因数问题不 系,确定电容器防止谐波电流过载所采取的措施,
可避免的放在我们面前。无功补偿成为供电系统 保证电容器在谐波条件下的安全运行是十分必要
不可缺少的一个组成部分。无功补偿的方法很 的。
多,如利用过激磁同步电动机,利用调相机做无功 2 电容器谐波电流的分析
功率电源,异步电动机同步化,电容器等等,但目 谐波阻抗一般较系统侧及电容器组的阻抗大
前从结构、维护、检修等方面考虑,大部分供电企 得多,在进行谐波分析的电路中,可将谐波源视为
业都采用了并联电容器作为无功补偿装置。 恒流源,谐波对电力电容器的影响与电力系统的
电力系统在运行中,当正弦基波电压施加于 结构有关,在大多数情况下,谐波源与电力电容器
非线性设备时,设备吸收的电流与施加的电压波 在同一母线上,电力电容器支路一般有串联电抗
形不同,电流因而发生了畸变,根据傅里叶变换, 器,主要作用是限制在开关合闸时,由于电容器两
这些畸变就分解成频率为基波整数倍的谐波。
端的电压不能突变,而使瞬间通过电容器的电流
在有谐波的电力系统中装设无功功率补偿电
大大的超过电容器额定电流,即合闸涌流,其等效
容器时,在某些条件下会使谐波电流放大,甚至引
电路如图 1所示:
起谐振,导致通过电力电容器的电流为额定电流
由等值电路可得:
I =I ×nX /[n X + (nX - X /n) ]
cn n S s L C
收稿日期:2007 04 19 由上式可看出:
·39·
2 2 2
2
2
3 2 2第 28卷 第 5期 电力电容器 Vol. 28 No. 5
2007年 10月 PowerCapacitor Oct. 2007
器运行带来的影响,串入电抗器后等效图如图 2
所示。向量图如图 3所示。
X —系统的基波电抗;X —串联在电力电容器支路的基波电
S L
抗;X —电力电容器的基波容抗;n—谐波的次数。
C
图 1 等值电路图
(1)当 n X - X /n <0时,电力电容器支路
L C
呈容性,此时 I >I 谐波电流在电容器支路中被
cn n
放大;
(2) 当 nX + (n X - X /n) =0时,电路发
S L C
生并联谐振,谐振条件为 X = n2 (X +X ),在谐
C L S
振点附近, I cn I n,严重威胁电力电容器的运行安 由 U =U L + U C (向量和),显然 |U | = | U L +
全。 U | = | U | - | U | ,也就是说在串入电抗器后,
C C L
(3)当 n X - X /n >0时,电力电容器呈感 电容端电压高于系统母线电压。假设我们串入电
L C
性,此时 I < I ,电力电容器支路的谐波电流较 抗率为 6%的电抗器,即 | U | = |6% ×U |,U
cn n L C C
小。 =U/(1 - 6%) =U/94% =1. 06U <1. 10 U,另一
3 防止电力电容器因谐波过载的措施 方面,如果系统出现谐波电流的幅值不是特别大,
电压波形中有高次谐波时,在高频电场的作 一般都能满足基波电流与谐波电流合成后的有效
用下,电容器的介质老化比正常工作时加快,同时 值不超过电容器额定电流的 1. 3倍的要求。
高次谐波电流也将引起附加发热。因此在有谐波 4 结束语
源电力系统中工作的电容器,一般要求电容器的 综合本文分析,防止谐波对电力电容器的影
工作电压不超过额定电压的 1. 1倍,基波电流与 响的主要措施,是正确确定补偿电容器支路的参
谐波电流合成后的有效值不超过电容器额定电流 数,在电容器支路串联电抗器,防止合闸涌流,同
的 1. 3倍。 时避免造成谐波电流的放大,特别避免了电路产
由电容器内谐波电流分析可知,要消除谐波 生并联谐振或在谐振点附近工作,保证电容器的
对电力系统中电容器可能因谐波电流的放大而造 安全运行和使用寿命。
成的过载,同时考虑限制电容器的合闸涌流,在设
参考文献:
计补偿电容电路时,应采取在电容器支路内串联
电抗器,使 n X > X /n,其中 n为系统谐波次数, [1]王北安.电力电子技术 [M ].北京:机械工业
L C
由此可得,如电力系统中以 5次谐波为主,在考虑
出版社,1996.
谐振情况下串入电抗器,依据上述计算方法, n =
[2]电力工程电气设计手册. 中国电力出版社.
5,即 X / X >1/n2 =4%,为了取得一定的裕度,
L C
作者简介:
因此选择电抗率为 6%的串联电抗器。下面就串
洪贞贤 (962- ),男,广东潮阳人,工程师 ,从事高压试验
入电抗器后电容器工作的指标变化情况,进一步
工作。Email:hongzx1102@163. com
2007年 10月 PowerCapacitor Oct. 2007
减少谐波电流对补偿电容器影响的措施
洪贞贤
(佛山供电局试验研究所,广东 佛山 528300 )
摘 要:电力系统的负荷性质决定了对系统功率因素补偿的要求,加装并联补偿电容器时,由
于系统的谐波可能引起电容与系统的电感产生谐振,利用电容器回路串联电抗器的方法可以
避免在主要谐波成份下谐振的发生。本文主要针对电容、电感在谐波条件下的匹配要求、选配
原则等方面进行分析。
关键词:谐波;电流;电容器;电抗器
中图分类号: TM531. 4 文献标识码: B 文章编号: 1002 0349(2007)05 0039 02
Methods for Reducing the Effect on Compensating Capacitors from Harmonic Current
HONG Zhen xian
(Testing and ResearchDepartment, PowerBureau of Foshan, Foshan, Guangdong528300, China)
Abstract:The load characterofpower system determines the demands for compensatingpower fac
tor. As a result, while shunt capacitors are loaded in power system, resonance could occur between
capacitors and reactorsbecauseofharmonicwaves. And the resonance could be avoided bymeansof
putting some reactors in the capacitive circuit in series. This article emphasizes the analysisof the
matchingof capacitors and reactors under the condition of harmonicwaves and the choosing rules.
Keywords:Harmonicwave; Current; Capacitor; Reactor
1 引言 的数倍,造成电容器损坏或爆炸,因此,对在有谐
电力系统负荷分类复杂,种类繁多,但究其根 波的电力系统中的电容器的运行状态进行分析,
源,基本都是以电磁感应所作为能量传输基础的, 确定谐波电流对电容器的影响与系统参数的关
因此,感性无功负荷以及伴随的功率因数问题不 系,确定电容器防止谐波电流过载所采取的措施,
可避免的放在我们面前。无功补偿成为供电系统 保证电容器在谐波条件下的安全运行是十分必要
不可缺少的一个组成部分。无功补偿的方法很 的。
多,如利用过激磁同步电动机,利用调相机做无功 2 电容器谐波电流的分析
功率电源,异步电动机同步化,电容器等等,但目 谐波阻抗一般较系统侧及电容器组的阻抗大
前从结构、维护、检修等方面考虑,大部分供电企 得多,在进行谐波分析的电路中,可将谐波源视为
业都采用了并联电容器作为无功补偿装置。 恒流源,谐波对电力电容器的影响与电力系统的
电力系统在运行中,当正弦基波电压施加于 结构有关,在大多数情况下,谐波源与电力电容器
非线性设备时,设备吸收的电流与施加的电压波 在同一母线上,电力电容器支路一般有串联电抗
形不同,电流因而发生了畸变,根据傅里叶变换, 器,主要作用是限制在开关合闸时,由于电容器两
这些畸变就分解成频率为基波整数倍的谐波。
端的电压不能突变,而使瞬间通过电容器的电流
在有谐波的电力系统中装设无功功率补偿电
大大的超过电容器额定电流,即合闸涌流,其等效
容器时,在某些条件下会使谐波电流放大,甚至引
电路如图 1所示:
起谐振,导致通过电力电容器的电流为额定电流
由等值电路可得:
I =I ×nX /[n X + (nX - X /n) ]
cn n S s L C
收稿日期:2007 04 19 由上式可看出:
·39·
2 2 2
2
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3 2 2第 28卷 第 5期 电力电容器 Vol. 28 No. 5
2007年 10月 PowerCapacitor Oct. 2007
器运行带来的影响,串入电抗器后等效图如图 2
所示。向量图如图 3所示。
X —系统的基波电抗;X —串联在电力电容器支路的基波电
S L
抗;X —电力电容器的基波容抗;n—谐波的次数。
C
图 1 等值电路图
(1)当 n X - X /n <0时,电力电容器支路
L C
呈容性,此时 I >I 谐波电流在电容器支路中被
cn n
放大;
(2) 当 nX + (n X - X /n) =0时,电路发
S L C
生并联谐振,谐振条件为 X = n2 (X +X ),在谐
C L S
振点附近, I cn I n,严重威胁电力电容器的运行安 由 U =U L + U C (向量和),显然 |U | = | U L +
全。 U | = | U | - | U | ,也就是说在串入电抗器后,
C C L
(3)当 n X - X /n >0时,电力电容器呈感 电容端电压高于系统母线电压。假设我们串入电
L C
性,此时 I < I ,电力电容器支路的谐波电流较 抗率为 6%的电抗器,即 | U | = |6% ×U |,U
cn n L C C
小。 =U/(1 - 6%) =U/94% =1. 06U <1. 10 U,另一
3 防止电力电容器因谐波过载的措施 方面,如果系统出现谐波电流的幅值不是特别大,
电压波形中有高次谐波时,在高频电场的作 一般都能满足基波电流与谐波电流合成后的有效
用下,电容器的介质老化比正常工作时加快,同时 值不超过电容器额定电流的 1. 3倍的要求。
高次谐波电流也将引起附加发热。因此在有谐波 4 结束语
源电力系统中工作的电容器,一般要求电容器的 综合本文分析,防止谐波对电力电容器的影
工作电压不超过额定电压的 1. 1倍,基波电流与 响的主要措施,是正确确定补偿电容器支路的参
谐波电流合成后的有效值不超过电容器额定电流 数,在电容器支路串联电抗器,防止合闸涌流,同
的 1. 3倍。 时避免造成谐波电流的放大,特别避免了电路产
由电容器内谐波电流分析可知,要消除谐波 生并联谐振或在谐振点附近工作,保证电容器的
对电力系统中电容器可能因谐波电流的放大而造 安全运行和使用寿命。
成的过载,同时考虑限制电容器的合闸涌流,在设
参考文献:
计补偿电容电路时,应采取在电容器支路内串联
电抗器,使 n X > X /n,其中 n为系统谐波次数, [1]王北安.电力电子技术 [M ].北京:机械工业
L C
由此可得,如电力系统中以 5次谐波为主,在考虑
出版社,1996.
谐振情况下串入电抗器,依据上述计算方法, n =
[2]电力工程电气设计手册. 中国电力出版社.
5,即 X / X >1/n2 =4%,为了取得一定的裕度,
L C
作者简介:
因此选择电抗率为 6%的串联电抗器。下面就串
洪贞贤 (962- ),男,广东潮阳人,工程师 ,从事高压试验
入电抗器后电容器工作的指标变化情况,进一步
工作。Email:hongzx1102@163. com
