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1、由系统中的高次谐波电压、电流引起的异常现象1. 一般负载电路中电容器的异常过电流在一般负载电路中，由变压器的磁性畸变等引起以5次谐波为主的电压(一般为 百分之零点五百分之几)，当这种高次谐波流入电容器时，其谐波电压将增大， 导致电容器的异常过电流或回路电压的异常畸变，从而使其他设备发生故障.1.原因。在如图5-13所示的等值电路中，当有5次谐波电压En时，在无串 联电抗器的情况下将电容器投入运行时，回路中的5次谐波电压Un将按 下式增大XTn=5XTXcn=1/5XcUn=EXcn/(XTn-Xcn) En因而流入电容器的电流为In=En/(XTn-Xcn)此谐波电流和基波电流相叠加，引起异常
2、过电流。Xi图5-13计算高次谐波电流的等值电路Xt一电源侧电抗；Xc 一电容器电抗；X一串联电抗器的电抗(2)防止措施。主要是在电容器电路中串联6%的电抗器，此时，对5次以上的 谐波，电容器电路的阻抗必然是感性的。这样使EnUn，即5次谐波电压减小。若 Xcn=1.0X1/5=0.2 则 XLn=1.0X0.06X5=0.3Zn=0.3-0.2=0.1式中X-串联电抗器的电抗；Zn-电容器电路的阻抗值。例如，5次谐波电压为规，电源侧电抗为5%（以10Mvar为基数），这时投入1 0Mvar的电容器，在加装串联电抗器和不装串联电抗器的情况下，5次谐波电压、 电流值的计算结果如下：无串联电抗器时
3、Icn=40%Un=8%有串联电抗器时Icn=5.7%Un=0.57%可见串联电抗器对限制高次谐波电压和电流的效果是非常显著的。顺便指出，当有串联电抗器和无串联电抗器的电容器连接在同一母线上构成电容 器组时，串联电抗器将异常发热，而且，在电容器电路中将有异常电流，这主要 是因为电容器组之间的高次谐波发生谐振而引起的。2. 高次谐波引起的谐振过电压 在装设并联电容器补偿的配电网中，当母线上接有谐波源用户时，有可能发生谐 波谐振过电压。(1)原因。配电网络的阻抗和电容器组的电容可以看成一个R、L、C的串联电 路，其等值电路如图5-14所示。圈5-14 R、L、C串联等值电路这个电路产生串联谐振的自
4、然频率为| 0=1/(2n VLC)端。当电源电压发生波形 畸变时，如果电压波形中某次谐波的频率接近或等于固有频率| 时，则2n | 0 l=1/2n | C, n次谐波的电流数值为In=Un/R (5-28)式中Un-电源电压的n次谐波分量，V；R-网络电阻，。如果这一谐波分量Un的数值比较大，那么谐振回路中的n次谐波电流将达到很大的数值。谐振时，f=fn，则从式(5-28)和| 0=1/2n VLC可算出电容器组 0端电压的n次谐波分量为由式(5-29)可见，谐振时，L愈大或R、C愈小，电容器端电压数值愈高。因此，在装设并联电容器的配电网中，如果电感L足够大时，由于电路的固有频率f不高，可
5、能与电源波形中某一并不十分高的高次谐波(例如5、7、11、13)接近，可能产生高次谐波串联谐振，在整个电网中出现过电压。特别是空载时， 由于没有抑制诸振的有功负荷，情况更为严重，应引起重视。例如，某变电站，当谐波次数为7和恰为谐振时的谐波频率时，而电源电压波形 中该次谐波的幅值仅为基波幅值的则时，电容器组电压波形中该次谐波电压（电 流）幅值为基波电压（电流）幅值的百分比却十分大，如表5 3所示。表5-3电容器组中的谐波电压和电流谐波次数负荷情况Un/U1 (%)In/I1 (%)7有负载空载2. 165. 5615. 137. 5恰为谐振时的谐波（即 f =f0）有负载空载2. 1676. 2
6、15. 1591. 0（2）防止措施。电容器组投入运行后，如发现有严重过电流现象，应进行具体 分析，找出原因，采取相应措施。1）若安装地点运行电压不高，但过电流严重，则主要考虑波形畸变问题。例如， 某铝厂变电所投入6kV电容器后，实际运行电压虽然只有4kV，却过电流50%以 上，运行3年左右，电容器鼓肚现象约为30%，年损坏率达10%左右。2）在电容器回路中串联电抗器，电抗器感抗值的选择应该在可能产生的任一谐 波下均使电容器回路的总电抗为感性而不为容性，从根本上消除谐振的可能性。电抗器的电抗值X可按下式计算LXL=（KXc）/nn （5-30）式中xc-补偿电容器的工频容抗，。；n-可能产生的
7、最低次谐波;K-可靠系数，一般取1. 31. 5。例如，为了限制5次谐波，则XL=1.5(Xc/25)=0.06Xc即 Xj6%Xc同理，为了限制3次谐波，利用式(5 30)可求出Xl=14%16%Xc。电抗器的额定电流应稍大于电容电流，但应注意，由于加装串联电抗器的缘故， 加在电容器上的电压Uc升高了，其值为Uc=UXc/(Xc-XL) (5-31)如果系统电压较高，要防止由于加装电抗器后长期过电压运行。3) 采取必要的分组方式可避免分组电容器投到谐振点上，同时也可避免出现过 大的谐波电流放大倍数。发生n次谐波谐振的电容器容量，可按下式计算Qcn=SdL(1/nn-A) (5-32)式中Qc
8、n-发生”次谐波谐振的电容器容量，Mvar；Sd-电容器安装处的母线短路容量，MVA；n 一谐波次数：A-每相感抗与每相容抗的比值，A= 土/土。如果要求谐波放大倍数V6,则电容器投入时应避开的容量范围为Qc0.85Qcn 或 QcN1. 2QCn。例如，某变电站计划要装容量为22.5Mvar的电容器，母线电压为10kV，短路容 量为350MVA，安装感抗值为6%Xc的串联电抗器以限制5次及以上的高次谐波， 并要求对3次谐波的放大倍数不超过6,则分组电容器的容量确定如下：将上述参数代人式(5 32)可得Qcn=350(9/1-0.06)=17.9(Mvar)电容器组投入时，应避开的容量范围为：
9、当要求谐波放大倍数V6时，Qc1.2 X17. 9=21.5Mvar； QCV0.85 X 17. 9=5. 2 (Mvar)。可分三组投切，每个 分组为7. 5Mvar，投切容量组合为7.5、15Mvar和22.5Mvar。这样就可以避 免投到谐振点L。3. 在整流器负载电路中电容器的异常电流在电解、压延机等设备中均使用大容量整流器，为了改善其功率因数常装有电容 器，电容器电流异常地增大，将使附加的与电容器串联电抗器的温升很高。(1) 原因。由整流器产生的高次谐波电流引起的。一般整流器所产生的高次谐 波的次数和大小如下式所示n=KP1In=Q/n式中n-谐波次数；K-整数(1、2)P-相数；
10、In-电流大小；Q-整流器出力。如忽略负载阻抗，则从整流器中产生的各高次谐波电流将按电容器电路中 的阻抗和电源侧的阻抗之比进行分流。图5-15所示的等值电路中流入电容器电路的高次谐波电流可用 下式表示Icn=InnXT/(nXT+(nXL-Xc/n)图5-15具有整流器负载的电路(a)接线；b)等值电路一方面在电容器电路中，将最容易受高次谐波电流影响的设备加装串联电抗器， 另一方面可将流入电容器电路的高次谐波电流换算成5次谐波电流。日本工业标 准规定，5次谐波电流的允许值为额定电流的35%以下。在将流入电容器电路的 高次谐波电流换算成5次谐波电流时，若此换算值超过额定电流的35%，则将 引起串
11、联电抗器出现异常温升，尤其是1337次之类的较高次谐波电流，如果 换算成的5次偕波电流值很大，即使流入电流很小，也是有问题的。IEC和我国的电容器标准规定，包括谐波在内允许的最大电流为1.3倍额定值， 许多国家规定为1. 35倍，美国标准最高，为1. 8倍。(2) 防止措施。在电容器设备中，当其高次谐波的允许值增加时，则串联电抗 器的电抗值将为80%或13%，减少流人电容器的高次谐波的方法一般采用后者 的数值。4. 电弧炉用的电容器的过电流、异常噪音电弧炉在熔炼过程中，其电容器内的 电流不规则地增减，有时因过电流而发生跳闸，与电容器串联的电抗器也发生异 常的噪音。而且这种现象大都出现在负荷变动
12、较大的熔化期。(1)原因。根据电弧炉的负荷特性，电路内将产生以3次谐波为主的电流，其 容量约为负荷电流的10%30%，这个电流在电容器电路中的阻抗和电源侧的 阻抗间被扩大，因而造成上述的情况。一般在电容器电路中加装电容器电抗的州的串联电机器，故对3次谐波来说是容 性阻抗，而电源侧的3次谐波阻抗为感性的，所以两者之间近于共振状态，而使 电弧炉产生的3次谐波增大，使电容器电路中流过很大的异常电流，这一点可将 图5-15的整流器负载等值电路看作为电弧炉负载的等值电路来说明，这时电容 器电路中的阻抗值zi为Zj1/3XC+ (3X0.06 X二 0.153 XC电源侧阻抗Z2为Z2=3XT所以流入电容
13、器电路的3次谐波电流为I3sc=I33XT/(3XT+0.153Xc)在上式的分母中，因电容器电路中阻抗值呈容性，为负值，按阻抗比进行分流时， 其值是很大的。例如炉用变压器为10MVA，电源阻抗为5. 0%(10Mvar为基数)。 电容器容量为8Mvar时，则电容器内流过的3次谐波电流所占的比率可用下式计 算I3=10MvarX0.2X5%X3/(5X3)-0.153X 10/8X 100X(1/8MvarX100%93%这就是说，电容器内有额定电流的93%的3次谐波电流流过，况且，这只是以1 0Mvar为基数，以电炉电流的20%的值为3次谐波电流而计算出来的。(2)防止措施。因为在电容器电路
14、中，对3次谐波来说呈现为容性阻抗，所以 电容器用串联电抗器的电抗值选为电容器电抗值的13%即可，这时对3次谐波 来说，电路中电容器的阻抗则为Z1=-1/3Xc+(3X0.13Xc)e+0.06Xc此值为感性阻抗。投入空载变压器时发生的异常现象当投入空载变压器时，在同一系统中或其他系统中连接的电容器有时因过电流而 引起跳闸，这种现象不仅发生在同一个厂内的电容器电路上，就是相距数公里的 其他系统中的电容器也可能发生。1. 原因当空载变压器投入运行时，其充电电流在大多数情况下以3次谐波电流为主，如 果把这个现象看作和上述电弧炉负载所引起的3次谐波的情况相同的话，而将变 压器的投入来代替电弧炉负载，这
15、时电容器电路和电源侧的阻抗接近于共振条件， 那么这种现象就容易理解。2. 防止措施这种现象的持续时间以及过电流值，因系统的情况不同而有所不同，到目前为止， 根据日本的经验，其持续时间为1305,其过电流值为电容器额定电流的25 倍，所以用延长过电流继电器时限的方法在大多数情况下是不能解决的，而必须 采取下述措施之一来解决：1.空载变压器投入时，将电容器电路暂时切断。(2) 改变系统变化方式。(3) 将电容器用串联电抗器的电抗值增为13%以上。抑制谐波电抗器参数计算返回发布时间：2008-6-1 8:37:09由于电容器的容抗与频率成反比，补偿用并联电容器对谐波电压最为敏感。谐波电压加速电容器老化，缩短使用寿 命。流过电容器的谐波电流会使电容器过负荷及出现不容许的温升。特别严重的是，当电容器组与系统产生并联谐振 时，电流成倍增加，致使开关跳闸，熔断器熔断，电容器无法运行。为了抑制谐波对电容器的危害，也为了避免并联谐振的发生，比较简单的方法是在电容器上串联电抗器，串联电抗 器的电抗率按背景谐波次数选取。当电容器接入电网处的背景谐波为5次
