串联电抗器抑制谐波
电力系统中谐波的产生机理及抑制对策
电力系统中谐波的产生机理及抑制对策发布时间：2022-07-27T07:32:59.635Z 来源：《中国电业与能源》2022年第5期3月作者：缪祥盖，姚建宁，朱庆林，马成功[导读] 随着电力电子设备的广泛应用，电力系统中的谐波分量增大，缪祥盖，姚建宁，朱庆林，马成功云南能投曲靖发电有限公司，云南曲靖 655000摘要：随着电力电子设备的广泛应用，电力系统中的谐波分量增大，谐波次数增多，给供配电线路、电力设备、电力系统中变压器、整流设备等带来危害。
文中基于谐波的产生机理分析了谐波的产生的危害，并对其电力系统中谐波抑制提出了可行的办法，经应用结果表明：三的倍数次谐波抑制电力系统中谐波效果较佳。
关键词：谐波；产生机理；抑制对策Mechanism of harmonic generation and suppression countermeasures in power systemsMiao Xianggai, Yao Jianning, Zhu Qinglin, Ma Chenggong(Yunnan Energy Investment Qujing Power Generation Co., Ltd, Qujing, Yunnan 655000, China)Abstract: With the wide application of power electronic equipment, the harmonic components in the power system have increased and the number of harmonics has increased, bringing harm to the supply and distribution lines, power equipment, transformers and rectifier equipment in the power system. In this paper, the harm of harmonics is analysed based on the mechanism of harmonic generation, and a feasible approach is proposed to suppress harmonics in the power system, which is shown by the application results: the effect of three times the number of harmonics in the power system is better.Keywords: harmonics; generation mechanism; suppression countermeasures0引言在电力标准中谐波的定义是一个周期量的正弦波分量，它的频率是基波频率的整倍数，例如基波频为50Hz，二次谐波为100Hz，三次谐波则为 150Hz……。
串联电抗器抑制谐波作用与电抗率的选择
串联电抗器抑制谐波作用与电抗率的选择串联电抗器是一种电力电子器件，用于抑制电力系统中的谐波。
谐波产生主要是由于非线性负载引起的，而非线性负载会将电流波形扭曲成富含谐波成分的波形。
为了减小谐波对电力系统的影响，必须对谐波进行补偿。
而串联电抗器是一种用来抑制谐波的装置。
电抗器是一种具有大量电感的元件，它对电流波形中的高频分量具有阻抗，抑制了谐波的传播。
串联电抗器是按照一定的电压等级和容量安装在配电系统的干线上，起到串联谐波电流和阻抗的作用，从而抑制谐波的产生和传递。
电抗器的容量选择与抑制谐波的效果直接相关。
根据电力系统的需求和实际运行情况，选择合适的电抗率是非常重要的。
首先，容量选择应考虑谐波源的类型和强度。
谐波源可以分为非线性负载、电力电子器件和谐波产生负载等。
通过分析谐波源的类型和产生的谐波谐波电流，可以确定需要抑制的谐波类型和强度。
不同类型的谐波对电力系统的影响不同，因此选择合适的电抗器容量可以有针对性地抑制特定的谐波。
其次，容量选择还需要考虑电力系统的谐波特性和功率因数。
在选取电抗率时，需要考虑电力系统的谐波频率分布和谐波电流谱。
合适的电抗器容量可以保证在特定的谐波频率范围内，电抗器和负载的综合阻抗较低，从而达到较低的谐波电流。
此外，容量选择还需要考虑电力系统的功率因数。
因为串联电抗器会增加系统的无功功率，所以在容量选择时需要综合考虑功率因数的影响。
一般来说，在容量选择时需要保持较高的功率因数，以避免对电力系统的稳定性和效率产生负面影响。
最后，容量选择还需要考虑经济性和实用性。
选取合适的电抗器容量不仅需要能够实现对谐波的有效抑制，还需要考虑电抗器的成本和运维成本。
在容量选择时，需要综合考虑电力系统的实际运行工况、负荷变化和未来的发展需求，以确保经济性和实用性。
综上所述，串联电抗器的抑制谐波作用与电抗率的选择密切相关。
在选择电抗器容量时，需要考虑谐波源的类型和强度、电力系统的谐波特性和功率因数，以及经济性和实用性等因素。
电抗器抑制谐波原理
电抗器抑制谐波原理
电抗器抑制谐波原理
电抗器是一种被广泛应用于各种电气系统中的设备，用于抑制谐波。
谐波是电气系统中的一种畸变，它会破坏电气设备的性能并影响电气系统的稳定性。
为了消除谐波、提高电气系统的效率，电抗器被用来抑制谐波。
电抗器是一种有机构的电气设备，它是由线圈、芯片和绝缘材料等组成的。
电抗器通过电感和电容的组合，在电气系统中引入一个特定的阻抗，从而抑制谐波。
电抗器的阻抗值与电气系统的频率成正比，并且它也可以有一个特定的阻抗值。
电抗器的工作原理是利用电感来阻止谐波，电抗是一种电气元件，它可以储存电能，并抵抗电流的变化。
因此，当传输线上电流变化时，电抗器会通过储存一部分电能来抑制谐波。
电抗器有不同的类型和结构，包括单相电抗器、三相电抗器和无铁芯电抗器等。
不同类型的电抗器在电气系统中的应用也有所不同。
在电气系统中，谐波不仅来自于电力电子设备，还可以来自于非线性负荷如电动机和变压器等设备。
因此，电气系统中需要使用电抗器来抑制各种不同类型的谐波。
总的来说，电抗器是电气系统中常用的设备，它可以通过抑制谐波、提高电气设备的性能，并保证电气系统的稳定性。
电抗器的设计和选择应根据电气系统的特定要求进行，以确保其最佳性能。
抑制谐波电抗器参数计算
抑制谐波电抗器参数计算抑制谐波电抗器是一种用于谐波抑制的无源补偿装置，其作用是对电力系统中谐波电流产生的谐波电压进行补偿，以减小谐波电压对电网的影响。
在实际应用中，抑制谐波电抗器的参数计算十分重要，以下将详细介绍抑制谐波电抗器参数的计算方法。
抑制谐波电抗器通常由多个并联的电感器组成，每个电感器上串联有一个并联电容器，通过调整电感器和电容器的参数来实现对谐波电流的补偿。
为了方便计算，我们假设电抗器的谐波电流Ih为单一频率的正弦波电流，其频率为fh。
计算抑制谐波电抗器参数的步骤如下：1.确定谐波电流的特征：首先需要确定谐波电流的特征，包括谐波电流的频率、幅值、相位等。
这一步需要通过实际测量或模拟计算得到。
2.确定抑制谐波电压的目标：根据电网要求和谐波电流的特征，确定抑制谐波电压的目标。
一般来说，目标是使抑制谐波电压的幅值尽量小，甚至消失，并且抑制谐波电压与谐波电流之间的相位差达到最大。
3. 计算谐波电抗器的电感参数：根据谐波电压和谐波电流之间的关系，计算谐波电抗器的电感参数。
谐波电抗器的电感参数包括电感器的电感值L和谐波电流的频率fh。
谐波电压Uh和谐波电流Ih之间的关系为：Uh = 2πfhL·Ih。
通过这个关系式，可以计算出电感器的电感值L。
4. 计算谐波电抗器的电容参数：根据谐波电压和谐波电流之间的关系，计算谐波电抗器的电容参数。
谐波电抗器的电容参数包括电容器的电容值C和谐波电流的频率fh。
谐波电压Uh与谐波电流Ih之间的关系为：Uh = 1/(2πfhC)。
通过这个关系式，可以计算出电容器的电容值C。
5.判断电感器和电容器是否合适：根据计算得到的电感值L和电容值C，判断电感器和电容器是否合适。
判断的标准可以是电感器的电感值是否在合适的范围内，电容器的电容值是否太大或者太小等。
根据以上步骤，可以计算出抑制谐波电抗器的参数，以实现对谐波电流的有效补偿。
在实际应用中，还需要考虑到电力系统的实际情况和工作要求，例如电压等级、电流容量、谐波特性等，以选择合适的电感器和电容器，并确保抑制谐波电抗器的稳定可靠运行。
串联电抗器及其电抗率的选取
串联电抗器的作用及电抗率的选择1 前言随着电力电子技术的广泛应用与发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，如低压小容量家用电器和高压大容量的工业用交、直流变换装置，特别是静止变流器的采用，由于它是以开关方式工作的，会引起电网电流、电压波形发生畸变，从而引起电网的谐波“污染”。
产生电网谐波“污染”的另一个重要原因是电网接有冲击性、波动性负荷，如电弧炉、大型轧钢机、电力机车等，它们在运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且会使电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重。
这不仅会导致供用电设备本身的安全性降低，而且会严重削弱和干扰电网的经济运行，形成了对电网的“公害”。
电能质量的综合治理应遵循谁污染谁治理，多层治理、分级协调的原则。
在地区的配电和变电系统中，选择主要电能质量污染源和对电能质量敏感的负荷中心设立电能质量控制枢纽点，在这些点进行在线电能质量监测、采取相应的电能质量改善措施显得格外重要。
在并联电容器装置接入母线处的谐波“污染”暂未得到根本整治之前，如果不采取必要的措施，将会产生一定的谐波放大。
在并联电容器的回路中串联电抗器是非常有效和可行的方法。
串联电抗器的主要作用是抑制高次谐波和限制合闸涌流[1]，防止谐波对电容器造成危害，避免电容器装置的接入对电网谐波的过度放大和谐振发生。
但是串联电抗器绝不能与电容器组任意组合，更不能不考虑电容器组接入母线处的谐波背景。
文章着重就串联电抗器抑制谐波的作用展开分析，并提出电抗率的选择方法。
2 电抗器选择不当的后果2.1 基本情况介绍某110kV 变电所新装两组容量2400kvar 的电容器组，由生产厂家提供成套无功补偿装置，其中配置了电抗率为6%的串联电抗器，容量为144kvar。
电容器组投入运行之后，经过实测发现，该110kV 变电所的10kV 母线的电压总畸变率达到4.33%，超过公用电网谐波电压（相电压）4%的限值[2]，其中 3 次谐波的畸变率达到 3.77%，超过公用电网谐波电压（相电压）3.2%的限值[2]。
电抗器抑制谐波原理
电抗器抑制谐波原理
电抗器抑制谐波是指通过在负载输出电路中加入电抗器，把谐波电流限制在可接受的范围以内来改善输出负载电压谐波形态的方法。
其原理是：负载输出电路虽经过滤电容平衡，但由于负载负载电抗的存在，仍会有一定程度的谐波存在。
此时，负载端的电流变化，就会引起负载端的电压变化。
而谐波电流，也会随着负载端的电流变化而变化，即同谐波系数的变化而变化。
如果要降低负载端的谐波，就得限制负载端的电流变化，即将不所需要的谐波电流限制在可接受的范围以内。
为此，可以在负载端加入电抗器，限制谐波电流流动的大小。
由于电抗器的阻抗值越大，对谐波电流的抑制也越强，可以有效减少负载端谐波，改善输出电压谐波形态。
电抗器抑制谐波不仅可以有效改善输出电压的谐波，还可以降低系统的能耗，减少电磁辐射的影响，保护电力系统免受恶果。
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串联电抗器的作用
1电抗器的作用串联电抗器顾名思义就是指串联在电路中电抗器(电感)，无功补偿和谐波治理行业内的串联电抗器主要是指和电容器串联的电抗器，电抗器和电容器串联后构成谐振回路，起到消谐或滤波的作用，而电抗器在谐振回路中起的作用如下：1.1降低电容器组的涌流倍数和涌流频率。
降低电容器组的涌流倍数和涌流频率，以保护电容器和便于选择配套设备。
加装串联电抗器后可以把合闸涌流抑制在1+电抗率倒数的平方根倍以下。
国标GB50227-2008要求应将涌流限制在电容器额定电流的20倍以下(通常为10倍左右)，为了不发生谐波放大（谐波牵引），要求串联电抗器的伏安特性尽量为线性。
网络谐波较小时，采用限制涌流的电抗器；电抗率在0.1%－1%左右即可将涌流限制在额定电流的10倍以下，以减少电抗器的有功损耗，而且电抗器的体积小、占地面积小、便于安装在电容器柜内。
采用这种电抗器是即经济，又节能。
1.2与电容器组构成全谐振回路，滤除特征次谐波。
串联滤波电抗器感抗与电容器容抗全调谐后，组成特征次谐波的交流滤波器，滤去某次特征次谐波，从而降低母线上该次谐波的电压畸变，减少线路上特征次谐波电流，提高网络同母线供电的电能质量。
1.3与电容器组构成偏谐振回路，抑制特征次谐波。
先决条件是需要清楚电网的谐波情况，查清周围电力用户有无大型整流设备、电弧炉、轧钢机等能产生谐波的负荷，有无性能不良好的高压变压器及高压电机，尽可能实测一下电网谐波的实际值，再根据实际谐波成分来配置合适的电抗器。
1.4提高短路阻抗，减小短路容量，降低短路电流。
无功补偿支路前置了串联电抗器，当出现电容器故障时，例如电容器极板击穿或对地击穿，系统通过系统阻抗和串联电抗器阻抗提供短路电流，由于串联电抗器阻抗远大于系统阻抗，所以有效降低了电容器短路故障时的短路容量，保证了配电断路器断开短路电流可能，提高了系统的安全、稳定性能。
1.5减少电容器组向故障电容器组的放电电流，保护电力电容器。
电抗器抑制谐波原理
电抗器抑制谐波原理
电抗器抑制谐波是利用电抗器对电力系统中的谐波进行抑制的
一种方法。
该抑制方式是将抑制器连接到电源系统的综合侧，以提供额外的谐波补偿。
谐波抑制器是一种电容电抗器（CRD），它具有电抗器的低电压降特性，以及电容器的高电容特性。
该组件用于抑制从电源供电系统中产生的谐波信号，从而使系统电压得到有效补偿。
电抗器抑制谐波是一种非常简单的抑制方式，能够有效减少系统中的谐波噪声。
它可以有效改善电力系统的电压稳定性，使系统能够提供更低的噪声，更高的负载能力，更少的杂散电流，从而改善电力系统的性能。
电抗器抑制谐波可以显著改善电力系统的功率因素和电流因素，以及系统中的电压波动。
此外，它还可以降低系统中的噪声水平，增强系统耐受性，改善系统的可靠性，减少系统电量损失，并确保电源系统的有效运行。
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电容串联电抗
⏹使用串联电抗的无功补偿电容组来滤除谐波
⏹串联电抗器是抑制谐波电流放大的有效措施，其参数应根据实
际存在谐波进行选择。
并联电容器之所以能够引起谐波放大，是因为电容器回路在谐波频率范围内呈现出容性，若在电容器回路中串接电抗器，通过选择电抗值使电容器回路在最低次谐波频率下呈现出感性，就可消除谐波放大。
为此，串联电抗器的电抗值应满足，即。
⏹目前，国内并联电容器配置的电抗器的电抗率主要有以下4种
类型：小于0.5%、4.5%、6%和12% 。
配置小于0.5%电抗率的电抗器的主要目的是限制电容器的合闸涌流；当采用基波感抗为容抗的4.5%或6%的串联电抗器时，可抑制5次以上的谐波电流；当采用基波感抗为容抗的12%的串联电抗器时，可抑制3次以上的谐波电流。
配电网一般考虑3、5次谐波，因此配电网大多采用串联4.5～6％电抗器的电容器组。
电抗器抑制谐波原理
电抗器抑制谐波原理
电抗器抑制谐波原理是利用电抗器将交流电源电压中的谐波电
流完全消除的一种原理。
当电压谐波出现时，它会影响电力系统的电容量，磁滞，以及空载损耗，从而使电力系统的功率因数变低，发热量增加，电气设备的寿命受到影响，噪音大，电磁干扰性也比较大。
因此，作为谐波抑制的一种重要措施，电抗器抑制谐波已经成为当前发电厂，变电站，工业设备，家用电器，发电机组，电力传输及分配系统中用电安全的关键环节。
电抗器抑制谐波原理是把额定电压的谐波分量变为零，从而获得完美的低谐波电压。
电抗器抑制谐波原理的实现，主要是根据变频器旁路谐波计算出适当的谐波电流进行抑制，将谐波电流转换成等值的总反向功率，然后在电力系统中添加一定数量的电抗器，使总抑制电流的功率控制在额定以内。
电抗器抑制谐波原理主要包括以下几个方面：
（1）谐波抑制的原理：根据当前的谐波电流，以及电力系统的电抗器的总反向功率，来计算出需要添加的电抗器的数量。
（2）电抗器的选取原则：电抗器的电阻应根据变频器供电系统的电压等级和频率，以及电抗器谐波抑制的要求选取。
（3）谐波抑制措施：根据电抗器的特点，采取合理的措施来降低谐波电流的中间件，减少谐波电流的影响。
（4）谐波抑制器的分布计算：根据电抗器的总反向功率，计算出电抗器在电力系统中分布的位置，以及数量。
以上就是电抗器抑制谐波原理的核心内容，也是抑制谐波的重要实现方法之一，只有正确的使用电抗器，才能有效的抑制谐波，确保电力系统的运行安全稳定。
常见的电抗元件系列
1、中性点接地限流电抗器：接在高抗三相中性点和地之间，用于将系统接地故障时线对地电流限制在适当数值的单相电抗器。
2、平波电抗器：正常情况下，用以减少直流系统中电压和电流的谐波分量，故障情况下能有效抑制故障电流的上升速度，限制短路电流的峰值。
常用在高压直流输电系统或与钢铁、有色冶金业的大型整流馈电式直流电动机串联使用。
3、限流电抗器：串联连接在系统上，在系统发生故障时，用以限制短路电流，使短路电流降至其后设备的允许值。
4、滤波电抗器：与并联电容器组串联使用，组成谐振回路，滤除指定的高次谐波。
5、串联电抗器：在并联补偿电容器装置中，与并联电容器串联连接用以抑制谐波电压放大，减少系统电压波形畸变和限制电容器回路投入时的冲击电流。
6、并联电抗器：并联连接在500kV和220kV变电站低压绕组侧，用于长距离轻负载输电线路的电容无功伏安补偿。
可控硅控制并联电抗器用于静补装置中，能够动态改变无功容量，维护电压稳定。
电容器前为什么要串联电抗器
电容器前为什么要串联电抗器
电容器前串联电抗器，目的是抑制浪涌和谐波电流。
比如，合闸瞬间，电容器呈低阻态（相当于短路），而电抗器呈高阻态（相当于开路）。
可以想象，如果电路中没有这只电抗器，合闸瞬间的冲击电流将超过正常工作电流的百倍不止，严重时甚至造成过流保护装置误动作跳闸。
有了电抗器跟电容器串联，正好此消彼长，有效抑制开机或合闸瞬间的浪涌电流，从而减轻电网电压波形畸变。
电容器前串联电抗器的另一个作用是，抑制谐波电流，防止发生系统谐波谐振。
在大功率电力电子电路中，进线电抗器能有效抑制晶闸管的电流上升率di/dt和电压上升率du/dt。
1、当仅需要限制合闸涌流时，宜选用电抗率为0.1%～1%的阻尼电抗器。
2、抑制5次及以上谐波电压放大，宜选用电抗率为4.5%～6%的电抗器；
3、抑制3次及以上谐波电压放大，宜选用电抗率为12%～13%的电抗器。
4、限流，保护电容。
并联电容器组串联电抗器的故障解决方案探究
并联电容器组串联电抗器的故障解决方案探究并联电容器组串联电抗器是目前变电系统常见的一种电气运行方式，然而这其中经常出现串联电抗器烧毁现象。
本文分析了并联电容器组串联电抗器故障的成因，并对串联电抗器的电抗值进行反复地实验、对比与分析，最终得出合理的电抗值，从而控制谐波故障的出现。
标签：并联电容器组；串联电抗器；故障成因；解决对策0 前言并联电容器组是整个电力系统中较为关键的无功补偿装置，特别是电力系统建设规模的逐渐拓展，系统内部的非线性负荷正在逐渐上升，使得添加到系统内部的谐波电流也正在逐渐上升，导致其諧波故障也逐渐复杂化，要想有效控制谐波电流，减少系统故障，并联电容器中就要串联电抗器，然而，这样的搭配与设置可能导致电抗器的受损，也就是电抗器在谐波电流的干扰下发生故障和问题，甚至可能导致电抗器被烧毁，对此则有必要深入研究故障成因，深入分析了故障的解决方法。
1 电容器组的基本运行原理对于配电系统来说，一般通过并联电容器组来达到无功补偿的目的。
参照并联电容器组的相关规范、规定，位于建筑物室内的配电设备通常为：铁芯状电抗器，不易泄漏磁场，而且要当其未连入前则要串联一个电抗器，目标在于控制合闸涌流、控制谐波，具体的并联电容器组接线如图1所示：对于一些大型城区，企业生产、加工必然需要较大的电量，对此就必须掌握好无功平衡，特别是在一年范围内的用电高峰月份，更要做好无功补偿。
但是，根据长时期的配电系统的运转、工作等经验，发现无功补偿设备依然可能出现较多的故障、问题，其中并联电容器组串联的电抗器也成为故障的常发区，其中发热故障、断电、短路等属于最为常见的故障，这些故障都将威胁到配网系统的高效工作和运转。
2 并联电容器谐波放大原理对于供电系统来说，谐波多数来自于电流源，其内部电阻通常较大，如果发现外部阻抗出现浮动、调整，则其电流则趋向稳定。
供电系统整体上要承受一定的谐波源，主要来自于供电系统主体以及相关电力设备，以下分别为：电容器接线原理图、谐波等效电路图。
串联谐振电抗器的作用
串联谐振电抗器的作用
串联谐振电抗器是一种电路元件，它的作用是在电路中产生谐振，从而改变电路的阻抗特性。
谐振电抗器通常由电感和电容组成，它们的串联可以产生谐振，从而改变电路的阻抗特性。
谐振电抗器的作用主要有以下几个方面：
1. 改变电路的阻抗特性
谐振电抗器的串联可以产生谐振，从而改变电路的阻抗特性。
在谐振频率附近，电路的阻抗会变得非常小，这样就可以使电路中的电流增大，从而提高电路的效率。
2. 抑制电路中的谐波
谐振电抗器可以抑制电路中的谐波。
在电路中，谐波会产生干扰，影响电路的正常工作。
通过串联谐振电抗器，可以将谐波滤掉，从而保证电路的正常工作。
3. 提高电路的稳定性
谐振电抗器可以提高电路的稳定性。
在电路中，谐振电抗器可以起到稳定电压和电流的作用，从而保证电路的稳定性。
4. 降低电路的噪声
谐振电抗器可以降低电路的噪声。
在电路中，谐振电抗器可以起到
滤波的作用，从而将噪声滤掉，从而降低电路的噪声。
串联谐振电抗器在电路中起到了非常重要的作用。
它可以改变电路的阻抗特性，抑制电路中的谐波，提高电路的稳定性，降低电路的噪声等。
因此，在电路设计中，谐振电抗器是一个非常重要的元件，需要合理地使用。
串联电抗器对谐波的抑制作用
电能质量作业学生姓名：王朝斌李洋刘佳滢王诗清学号： 23、58、93 、123作业题目：串联电抗器的谐波抑制与电抗率选择2013年 6月29日1.作业内容：仿无功补偿TSC 不同串联电抗率对系统谐波的抑制作用。
2.理论分析：2.1 电抗率的选择分析（1）电容器装置侧有谐波源时的电路模型及参数在同一条母线上有非线性负荷形成的谐波电流源时（略去电阻），并联电容器装置的简化模型如图1 所示。
（a ）原理图（b ）谐波等值图图1 电容器装置侧有谐波源时的原理图及简化电路模型谐波电流和并联谐波阻抗为/sCn ns L c nX I I nX nX X n =+- ()211--//L c Sn ns L c nX X n I I nX nX X n -=+-()212--式中 n 为谐波次数；nI 为谐波源的第n 次谐波电流；S X 为系统等值基波短路电抗；C X 为电容器组基波容抗；L X 为串联电抗器基波电抗。
由于谐波源为电流源，谐波电压放大率与谐波电流放大率相等，故由式（2-1-1）整理推导可得谐波电压放大率221()1VN n K F n s K -=+-()213--式中//S C CN d s X X Q S ==，K 为电抗率（LCX K X =）；d S 为电容器装置接入处母线的短路容量；CN Q 为电容器装置容量。
当式（2-1-2）谐波阻抗的分子的数值等于零时，即从谐波源看入的阻抗为零，表示电容器装置与电网在第n 次谐波发生串联谐振，可得电容支路的串联谐振点1/n ==()214--当式（2-1-2）谐波阻抗的分母的数值等于零时，即从谐波源看入的阻抗为∞，表示电容器装置与电网在第n 次谐波发生并联谐振，并可推导出电容器装置的谐振容量CX Q 为21CX d Q S K n ⎛⎫=- ⎪⎝⎭()215--系统及元件的参数如表1所示。
表1 系统及元件参数 参数数值 系统短路容量/d S MVA 244.98 电容器装置容量/var CN Q k 2400 系统等值基波短路电抗/S X Ω 0.450 电容器组基波容抗/C X Ω50.417（2）避免谐振分析计算电抗率选择6%时，发生3次、5次谐波谐振的电容器容量，将有关参数代入式（2-1-5），得3次、5次谐波谐振电容器容量分别为32211244.986%12.52var 2400var3CX d Q S K M k n ⎛⎫⎛⎫=-=⨯-=> ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 52211244.986% 4.899var5CX d Q S K M n ⎛⎫⎛⎫=-=⨯-=- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭由此可见，2400 kvar 的电容器组配置电抗率为6%的串联电抗器不会发生3次、5次谐波并联谐振或接近于谐振。
串联电抗器抑制谐波的分析
并 联 电容 器对 电 网进 行无 功补 偿是 提 高电力 系统 的功率 因素 、 证 电网安 全 、 定运 行 的重要 保 稳 手段 。 同时 电容器 投入 电 网后 会对 注入 系统 的谐 波进行 放 大 ， 加剧 谐 波 危 害 。为 了抑 制 这种 现 象 的发生 ， 般在 电容 器 回路 中串联 电抗 器 。另 外 ， 一
关键 词 ： 并联 电容 器 ；串联 电抗 器 ；电抗 率 ； 波 电流 谐 中图分类 号 ： Ｍ ７ 文献 标识 码 ：Ａ 文章编 号 ： ６ ４１ ５ （０ ２ ０ －０ ９０ Ｔ４ １ ７ —７ ７ ２ １ ） １ ２ －４ ０
Ａｎ ｌ ｓ ｎ Ｓ ｐ ｒ ｓ ｉ ｇ Ｈａ ｍ ｏ ｉ ｆＳ ｒ ｅ ａ ｔ ｒ ａｙ ｉ ｏ ｕ ｐ ｅ ｓｎ ｒ ｎ ｃ ｏ ｅ ｉｓ Ｒｅ ｃ ｏ ｓ
抑 制背 景谐 波 ； 讨 了 当并 联 电 容 器缺 台及 电容 研
图 １ 电 力 系统 示 意 图 与 等值 回 路 图
Ｆ ｇ １ Ｐ ｗｅ ｙ ｔ ｍ ｉ ｇ ａ ａ ｄ ｅ ｕ ｖ ｌ ｎ ｉ ｃ ｉ ａ ｒ ｍ ｉ ． ｏ ｒ ｓ ｓｅ ｄ ａ ｒ ｍ ｎ ｑ ｉ ａ ｅ ｔｃｒ ｕ ｔｄ ｇ ａ ｉ
器部分击穿时 ， 电抗率选择对谐波抑制效果 的影
响； 并就 并联 电容器 及 串联 电抗 器 额定 电压 选 择
图 １中，。 为系统基波阻抗 ； 为电容器组
基 波容 抗 ； 为 串联 电抗 器 基 波 电抗 ； ｎ为 谐 波 次数 ； 为谐 波 源产生 的 ｎ次谐 波 电流 ； 为 注入 ， ｎ ， 蚰 系统 的 ｎ 谐 波 电流 ；ｃ 电 容器 组 回路 的 ｎ次 次 ｌ为
采用电抗器治理谐波的效果分析
接人 电网处 的背 景 谐 波 为 ５次及 以上 时 ， 串联 电抗
电源 影 响系数
８— １ —＝ ＝ 一 ＝—一
电流 畸变率 降低 ， 次 谐波 电流 畸 变 率 也 降低 。当 各
变频器 运行 台 数 不 变 ， 入 电容 后 ， 率 因数 提 高 投 功 了， 相 电流 有 效 值 降低 ， 相 电 流谐 波 畸 变 率 降 各 各
低， 母线 电压 基本保 持不 变 ， 各次 谐波 的电流 畸变 但
陈 晓东 ， 俊 平 李
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摘
要： 随着 电力 电 子装 置 的广 泛 应 用 ， 波 问题 已成 为 当 今 电 网 污 染 的首 要 因 素 。文 章 对 变 频 器 产生 的 谐 波 影 响 谐
及 对滤 波 电抗 器 的 滤 波 效 果 进 行 计 算 分 析 ， 止 选 用 不 当影 响生 产 。 防
关 键 词 ： 波 ； 理 ； 波 器 ； 用 谐 治 滤 选 中 图分 类 号 ： ＴＭ４ ６
１ 引 言
２０ ０ ５年 ５月 ， 变 电所 电气 设 备 的 调 试 阶段 ， 某 发现 变频器 驱动 的电机 在开 机 时 即跳 闸 或运 行 几分
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串联电抗器如何抑制谐波关键字：串联电抗器谐波抑制电抗率选择无功补偿电抗器前言随着电力电子技术的广泛应用与发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，如低压小容量家用电器和高压大容量的工业用交、直流变换装置，特别是静止变流器的采用，由于它是以开关方式工作的，会引起电网电流、电压波形发生畸变，从而引起电网的谐波“污染”。
产生电网谐波“污染”的另一个重要原因是电网接有冲击性、波动性负荷，如电弧炉、大型轧钢机、电力机车等，它们在运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且会使电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重。
这不仅会导致供用电设备本身的安全性降低，而且会严重削弱和干扰电网的经济运行，形成了对电网的“公害”。
电能质量的综合治理应遵循谁污染谁治理，多层治理、分级协调的原则。
在地区的配电和变电系统中，选择主要电能质量污染源和对电能质量敏感的负荷中心设立电能质量控制枢纽点，在这些点进行在线电能质量监测、采取相应的电能质量改善措施显得格外重要。
在并联电容器装置接入母线处的谐波“污染”暂未得到根本整治之前，如果不采取必要的措施，将会产生一定的谐波放大。
在并联电容器的回路中串联电抗器是非常有效和可行的方法。
串联电抗器的主要作用是抑制高次谐波和限制合闸涌流[1]，防止谐波对电容器造成危害，避免电容器装置的接入对电网谐波的过度放大和谐振发生。
但是串联电抗器绝不能与电容器组任意组合，更不能不考虑电容器组接入母线处的谐波背景。
文章着重就串联电抗器抑制谐波的作用展开分析，并提出电抗率的选择方法。
电抗器参数的计算1 基本情况介绍某110kV变电所新装两组容量2400kvar的电容器组，由生产厂家提供成套无功补偿装置，其中配置了电抗率为6%的串联电抗器，容量为144kvar。
电容器组投入运行之后，经过实测发现，该110kV变电所的10kV母线的电压总畸变率达到4.33%，超过公用电网谐波电压（相电压）4%的限值[2]，其中3次谐波的畸变率达到3.77%，超过公用电网谐波电压（相电压）3.2%的限值[2]。
经过仔细了解和分析，发现该110kV 变电所的10kV 系统存在大量的非线性负载。
即使在电容器组不投入运行的情况下，10kV 母线的电压总畸变率也高达4.01%，其中3次谐波的畸变率高达3.48%。
在如此谐波背景下，2400kvar 电容器组配置电抗率为6%的串联电抗器是否适合？现计算分析如下。
2 电抗率的选择分析（1）电容器装置侧有谐波源时的电路模型及参数在同一条母线上有非线性负荷形成的谐波电流源时（略去电阻），并联电容器装置的简化模型如图1所示[3]。
谐波电流和并联谐波阻抗为式中n 为谐波次数；n 为谐波源的第n 次谐波电流；X S 为系统等值基波短路电抗；X C 为电容器组基波容抗；X L 为串联电抗器基波电抗。
由于谐波源为电流源，谐波电压放大率与谐波电流放大率相等，故由式⑴整理推导可得谐波电压放大率当式(2)谐波阻抗的分子的数值等于零时，即从谐波源看入的阻抗为零，表示电容器装置与电网在第n 次谐波发生串联谐振，可得电容支路的串联谐振点当式(2)谐波阻抗的分母的数值等于零时，即从谐波源看入的阻抗为∞，表示电容器装置与电网在第n 次谐波发生并联谐振，并可推导出电容器装置的谐振容量Q CX [4]为系统及元件的参数如表1所示。
（2）避免谐振分析 计算电抗率选择6%时，发生3次、5次谐波谐振的电容器容量，将有关参数代入式(5)35由此可见， 2400 kvar 的电容器组配置电抗率为6%的串联电抗器不会发生3次、5次谐波并联谐振或接近于谐振。
（3）限制涌流分析计算电抗率选择6%后，同一电抗率的电容器单组或追加投入时，能否有效抑制涌流，文献[4]中所提供的涌流峰值的标幺值（以投入的电容器组额定电流的峰值为基准值）；Q 为电容器组的总容量，Mvar ；Q 0为正在投入的电容器组的总容量，Mvar；Q ¢为所有原来已经运行的电容器组的总容量，Mvar ；b 为电源影响系数。
已知两套电容器装置均为单组投切由此可见，2400 kvar 的电容器组配置电抗率为6%的串联电抗器，另外一组电抗率为6%的电容器单组或追加投入时，涌流能够得到有效限制。
（4）谐波电压放大率分析计算电抗率选择6%时，将有关参数代入式(3)，经过计算，电容器组对1～7次谐波电压放大率F VN 结果如表2所示。
由计算结果可以看出，选择6%的串联电抗器对3次谐波电压放大率F VN 为1.21，对5次谐波电压放大率F VN 为0.69。
经过与现场谐波实测数据比较发现：3次谐波电压放大率F VN 与以上理论计算值基本一致，但5次谐波电压放大率F VN 的误差较大。
文献[5]认为：简化的电路模型对于3次谐波电压放大率F VN 的计算有工程价值，但对5次谐波电压放大率F VN 的计算无工程价值。
2400 kvar 的电容器组配置电抗率为6%的串联电抗器，产生了3次谐波放大，且超过公用电网谐波电压（相电压）3.2%的限值[2]。
因此可以判断在如此谐波背景下，2400kvar 的电容器组配置电抗率为6%的串联电抗器是不恰当的。
（5）电抗率的合理选择要做到合理地选择电抗率必须了解该电容器接入母线处的背景谐波，根据实测结果对症下药。
并联电容器的串联电抗器，IEC 标准按照其作用分为阻尼电抗器和调谐电抗器。
阻尼电抗器的作用是限制并联电容器组的合闸涌流，其电抗率可选择得比较小，一般为0.1%～1%；调谐电抗器的作用是抑制谐波。
当电网中存在的谐波不可忽视时，则应考虑使用调谐电抗器，其电抗率可选择得比较大，用以调节并联电路的参数，使电容支路对于各次有威胁性谐波的最低次谐波阻抗成为感性，据式(4)可得K 值即对于谐波次数最低为5次的，K ＞4%；对于谐波次数最低为3次的，K ＞11.1%。
如果该变电所的2400 kvar 电容器组的电抗率分别按照0.1%、1%、4.5%、12%配置，试将有关参数代入式(3)，经过计算，1～7次谐波电压放大率F VN 的结果如表3所示。
由计算结果可以看出，选择12%的串联电抗器对3次谐波电压放大率F VN 仅为0.50。
因此电抗率按照12%配置是值得进一步验算的。
经过进一步验算（谐振分析、限制涌流分析因篇幅所限略），选择12%的串联电抗器不会发生3次、5次谐波并联谐振或接近于谐振，同时另外一组电抗率为12%的电容器单组或追加投入时，涌流能够得到有效限制。
（6）电抗率选择的进一步分析值得一提的是我国的电网普遍存在3次谐波，故不同电抗率所对应的3次谐波谐振电容器容量Q CX 3应该引起足够的重视。
由式(5)计算可得，分别选择4.5%、6%和12%的串联电抗器后，3次谐波谐振电容器容量分别为即当串联电抗率选4.5%，电容器的容量达到或接近电容器装置接入母线的短路容量的6.6%时，就会发生3选6%，电容器的容量达到或接近电容器装置接入母线的短路容量的5.1%时，也会发生3次谐波并联谐振或接近于谐振；当串联电抗率选12%，一般不会发生3次谐波并联谐振。
一般情况下，110kV 变电所装设的电容器的容量较小（0.05S d ～0.06 S d ），不会发生3次谐波并联谐振或接近于谐振，但会引起3次谐波的放大；而220kV 变电所装设的电容器的容量较大，完全有可能发生3次谐波并联谐振或接近于谐振，因此务必引起设计人员的高度重视。
串联电抗器的选择方法1 串联电抗器额定端电压串联电抗器的额定端电压与串联电抗率、电容器的额定电压有关。
该额定端电压等于电容器的额定电压乘以电抗率（一相中仅一个串联段时），10kV 串联电抗器的额定端电压的选择见表4。
2 串联电抗器额定容量 串联电抗器额定容量等于电容器的额定容量乘以电抗率（单相和三相均可按此简便计算）。
由此可见，串联电抗器额定端电压、额定容量均与电容器的额定电压、额定容量及电抗率有关。
电容器的额定电压、额定容量本文不作详细分析，下面着重分析串联电抗率的选择。
3 电抗率选择的一般原则（1）电容器装置接入处的背景谐波为3次根据文献[4]，当接入电网处的背景谐波为3次及以上时，一般为12%；也可采用4.5%～6%与12%两种电抗率。
设计规范说的较含糊，实际较难执行。
笔者认为，上述情况应区别对待：1）3次谐波含量较小，可选择0.1%～1%的串联电抗器，但应验算电容器装置投入后3次谐波放大是否超过或接近国标限值，并且有一定的裕度。
2）3次谐波含量较大，已经超过或接近国标限值，选择12%或12%与4.5%～6%的串联电抗器混合装设。
（2）电容器装置接入处的背景谐波为3次、5次1）3次谐波含量很小， 5次谐波含量较大（包括已经超过或接近国标限值），选择4.5%～6%的串联电抗器，忌用0.1%～1%的串联电抗器。
2）3次谐波含量略大， 5次谐波含量较小，选择0.1%～1%的串联电抗器，但应验算电容器装置投入后3次谐波放大是否超过或接近国标限值，并且有一定的裕度。
3）3次谐波含量较大，已经超过或接近国标限值，选择12%或12%与4.5%～6%的串联电抗器混合装设。
（3）电容器装置接入处的背景谐波为5次及以上1）5次谐波含量较小，应选择4.5%～6%的串联电抗器。
2）5次谐波含量较大，应选择4.5%的串联电抗器。
（4）对于采用0.1%～1%的串联电抗器，要防止对5次、7次谐波的严重放大或谐振；对于采用4.5%～6%的串联电抗器，要防止对3次谐波的严重放大或谐振。
意见与建议（1）新建变电所的电容器装置中串联电抗器的选择必须慎重，不能与电容器任意组合，更不能不考虑电容器装置接入处的谐波背景。
（2）对于已经投运的电容器装置，其串联电抗器选择是否合理需进一步验算，并组织现场实测，了解电网谐波背景的变化。
对于电抗率选择合理的电容器装置不得随意增大或减小电容器组的容量；对于电抗率选择不合理的电容器装置必须更换匹配的串联电抗器。
（3）电能质量的综合治理是系统工程，在并联电容器回路中串联电抗器仅是抑制谐波的治标之举，要真正做到标本兼治必须遵循谁污染谁治理、多层治理分级协调的原则。