并联电容器与谐波的相互影响及解决措施

机电信息 2011 年第 24 期总第 306 期 49
电气工程与自动化◆Dianqigongcheng yu Zidonghua
效谐波阻抗达到最大值。
来配置。要合理选取电抗率，必须了解电容装置接入处母线的背景
（2）放大谐波电流。电力系统中的谐波源通常是电流源，其内 谐波，再根据实测结果选取，使电容器与串联电抗器得到正确匹配。
（２７） ［２］ 程浩忠，艾芊，张志刚，等．电能质量．清华大学出版社，２００６ ［３］ 周元祺．并联电容器对谐波的放大及解决措施．华东电力，２００９（１２） ［４］ 张协申．无功功率补偿电容器与线路谐波的相互影响．机电信息，
并联电容器在一定参数下会对谐波起放大作用，危及电容器
２０１１（６）
本身和附近电气设备的安全。通常给并联电容器串接一定电抗器， ［５］ 蓝浚．无功补偿与谐波抑制．科技资讯，２００９（２６）
1 谐波对电容器的影响
在谐波电压作用下，由于电容器会产生附加的功率损耗，所以绝 缘介质加速老化。更严重的是，大量谐波电流会增大电容器电流的有 效值，加大温升，从而减短电容器的使用寿命，直至损坏电容器。
当电网中存在谐波时，电容电流有效值和电容器输出无功容 量的增长比电压有效值的增长要快，当谐波次数较高时，这种情况 将更为明显。电网中的谐波电流以 5 次、7 次、11 次、13 次为主，其 他次的谐波则相对较小。国际电工委员会规定了对电容器过载能 力的判断标准：在电压有效值不超过 1.1UN，电流有效值不超过
［参考文献］ ［１］ 丁友，冯伟章，尹航．变电站综合自动化系统［Ｊ］．石油规划设计，
２００７（５） ［２］ 孙太力，葛江波．基于 Ｌｏｎｗｏｒｋｓ 总线技术的变电站综合自动化系
统在临汾电网的应用［Ｊ］．电力学报，２００９（３） ［３］ 李季春．寺河 １１０ ｋＶ 变电站一次系统设计综述［Ｊ］．煤炭工程，
通过对谐波源采取措施，最大限度地避免谐波产生，从而提高 次谐波均不会产生放大作用。
电网质量，可采取的具体措施有：
（1）增加整流器的脉冲数。整流器是电网主要谐波源，其产生
的特征谐波可表示为：
n＝Kp±1
（1）
式中，n 为高次谐波次数；K＝1，2，3…；p 为整流装置输出电流波形
的脉冲数。
各次谐波电流值为：
２００９（３） ［４］ 李向阳，景沈峰，张淑艳．常规变电站综合自动化系统改造的设计
［Ｊ］．陕西煤炭，２００３（３） ［５］ 蒋年德，魏育成．变电站综合自动化系统体系结构研究［Ｊ］．电网
技术，２００８（１０）
收稿日期：2011－06－24 作者简介：郭振平（1983—），男，陕西榆林人，机械助理工程师，研 究方向：电力运行、设备管理。
变电站自动化系统及无人值守模式的有效运行取决于设备的 可靠性能。设备选择时要按照功能实用、技术先进、价格合理、运行 可靠、维护方便、易于推广的原则来选择一、二次设备厂家，并尽量 统一，同一变电站的自动化系统数量、型号不要过多，不然对设备 的运行和检修都不方便。在产品选择时，不止要注意器件的先进 性，还要考察硬件的兼容性和使用寿命。 3.4 综合自动化变电站运行和维护管理模式
可以消除指定谐波并控制基波幅值。 （3）抑制高次谐波最基本的方法，即三相整流变压器及电力变
压器采用 Δ／Y 或 Y／Δ 的接线方式。这种接线方式可使 3n（n 为正 整数）次谐波电流在 Δ 接线的一次绕组中形成环流，不致使谐波 注入公共电网。 3.2 抑制谐波放大
［参考文献］ ［１］ 裴星宇．电力系统并联电容器工作时谐波影响分析．科技资讯，２０１０
效的谐波治理措施，其中包括：（1）限制谐波源谐波含量；（2）提高
（6）若电力系统中含有多种谐波成分，且都具有较大含量，则
各种供用电设备的抗谐波能力，即抑制谐波放大。
选用串联电抗器应使电容器支路对于在较大含量的各次谐波中的
3.1 限制谐波源谐波含量
最低次谐波总阻抗呈感性，此时该电容器支路对于较大含量的各
改变其与系统阻抗的谐振点，以避免谐振。为此，电感量 L 应满足
hminω0L－
1 hminω0C
＞0 的条件，即：
XL＞
Xc h2
min
（3）
式中，XL 为串联电抗器等效基波电抗，XL＝ω0L；Xc 为并联电容器组
等效基波容抗，Xc＝
1 ω0C
。
满足式（3）条件时，电容支路的谐波阻抗呈感性，谐波放大现
1.3IN 时可连续运行。电容器对谐波次数和谐波电压畸变率的改变 相当敏感，系统发生谐振时，电容器可能产生较大过负荷电流，损 坏电容器。
另外，谐波还会引起电容器端电压有效值及电压峰值升高。尖 顶波电压易诱发局部放电，电容器的局部放电性能一般由 2 个参 数来表征，即起始放电场强和局部熄灭场强。如果其实放电场强和 局部熄灭场强都很高，则电容器的性能就好。当电容器的工作场强 高于局部放电熄灭场强时，在过电压下所发生的局部放电就可能 在工作场强下不会熄灭，从而形成长时期的局部放电，必然损坏电 容器。
出标准时，宜选用 12%串联电抗器。 （2）若电容装置接入处的背景谐波以 3 次、5 次为主，且两者
含量均较大（其中之一已接近或超过标准时），宜采用 4.5%～6%
也将不同，可能出现 In＜Icn，也可能出现 In＜Isn。当 In＜Icn 时，称为电 容器谐波电流放大；当 In＜Isn 和 In＜Icn 同时出现时，称为谐波电流 严重放大。
4 结语
谐波对变电站及其他电力系统供电设备的影响已引起了社会 的广泛关注，解决谐波问题、提高电能质量成为电力企业当前面临 的重大课题。电力系统中，谐波对并联电容器的运行影响较大，高 次谐波会导致电容器过电流和过负荷，使电容器发热、绝缘老化， 从而缩短电容器的使用寿命；而并联电容器也会引起系统谐波阻 抗特性的改变和谐波电流的放大，对电容器本身及其附近的电气 设备造成威胁。对谐波的抑制可以在对大容量非线性负荷用户加 强管理的同时采取措施降低谐波源谐波含量，也可以通过在电容 器回路中串接电抗率合适的电抗器等来限制系统谐波对并联电容 器的不利影响。对谐波污染较严重的地区，并联电容器还可装设具 有谐波监视分析和谐波保护功能的装置，以确保电力系统的安全 可靠运行。
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与 12%两种电抗率混装方式，但要以保证抑制 3 次谐波放大为主。 该方案与全部串联 12%的方案相比，其优点是可降低无功与有功 损耗，不足之处是投切程序必须先投 12%的电容器组，再投低电抗 率的电容器组，切除则相反。
（3）若电容装置接入处的背景谐波以 3 次、5 次为主，且 3 次 谐波含量较小，5 次谐波含量已超过或接近标准，宜采用 5%～6% 串联电抗器。
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并联电容器与谐波的相互影响及解决措施
陈桑红 （浙江台州玉环县供电局，浙江 台州 317600） 摘 要：分析了谐波与电容器如何相互影响，并阐述了解决谐波问题的可行措施。 关键词：电力系统；并联电容器；谐波放大；电抗器
随着电力电子技术的迅速发展，大功率电力电子设备的广泛 应用使大量谐波注入电网，在影响电能质量的同时也给相应的电 气设备带来了不同程度的危害。并联电容器可以调节电网系统的 电压，提高系统的无功及功率因数，从而提高电网的传输能力。随 着电网的更新换代，越来越多的并联电容器被投运到电网中来，并 由于其对谐波的放大作用，使得电网谐波问题越来越严重，既影响 了网络的传输质量，又增加了电力网络的损耗。因此在存在高次谐 波的变电站系统中，我们必须弄清楚谐波问题产生的来龙去脉，并 采取一定措施来抑制谐波的放大，以提高电力网络传输质量，保证 电力系统稳定运行。
设电力系统的基波等值阻抗为 Zs＝Rs+jXs，则 n 次谐波的阻抗 为 Zsn＝Rsn+jXsn，通常 Rsn＜Xsn，则 Rsn 可以忽略不计。在供电系统中， 并联电容器作为无功补偿的用电设备，其对于某次谐波若与系统 感抗发生并联谐振，则可能出现过电压而造成危害。
3 谐波问题的解决
谐波问题的解决可从 2 方面入手，一方面为采用预防性措施，
In＝I1／n
（2）
式中，In 为 n 次谐波电流；I1 为基波电流。
从式（1）、（2）可知，随着脉冲数 p 的增加，装置输出的谐波次
数 n 也相应增大，而 n 次谐波电流将减少。
（2）脉宽调制法。采用 PWM 技术的实质就是在所需频率周期
内，将直流电压调制成幅值相等但不等宽的系列交流电压输出脉
冲，把需要消除的谐波幅值调制为 0、基波幅值为给定量，这样就
2 并联电容器对谐波的影响
在电力系统中，作为无功补偿装置并联电容器得到了广泛的 应用，但是其由于谐波阻抗小，可能会产生更高次的谐波畸变，对 系统及其他电气设备造成危害，也可能使电容器在谐波过电压作 用下损坏。除此之外，电容器的使用可能会严重放大系统谐波，甚 至发生谐振使电容器无法正常工作，并危及附近其他用电设备的 安全。
（1）并联电容器不仅会使系统等效谐波阻抗呈容性，而且能改 变系统谐波阻抗的频率特性，甚至可能与系统发生并联谐振，使等
一起，并且这一问题至今尚没有好的解决方案。因此，在进行自动 化改造的时候，应该加强一次设备的改造力度，实现闭锁功能。 3.2 抗干扰和防雷的问题
变电站自动化系统中容易被人忽视的一个非常重要的问题就 是抗干扰。干扰会引起计算机保护死机、拒动及误动，甚至造成元 件的损坏。解决抗干扰问题，首先在选择通信媒介时可以优先选用 光纤，微机保护还可以从软硬件方面着手来实施抗干扰措施：硬件 可采取隔离、接地及屏蔽等方法，软件回路则可采取对输入数据和 运算结果仔细核对的措施，以保证变电站的微机保护稳定可靠运 行。同时，变电站防雷要求也不可忽视。无人值守的变电站可以采 用低压隔离变压器阻断雷电进入的方式，同时可采用屏蔽电缆作 为电源线。 3.3 设备的选型问题
阻抗非常大，当外阻抗发生变化时电流值不变。设谐波源的 n 次谐
（1）若电容装置接入处的背景谐波为 3 次，且含量已接近或超
波电流为 In，进入电容器的谐波电流为 Icn，进入电网的谐波电流为 Isn。此时，电力系统感抗与电容器容抗相并联的阻抗作为谐波源的 外阻抗。如果谐波次数不同，进入电网和电容器的谐波电流的分配
（4）若电容装置接入处的背景谐波为 5 次及以上，且 5 次谐波 含量较大，宜选用 6%串联电抗器。
（5）若电容装置接入处的背景谐波以 3 次为主，5 次及以上谐
即避免谐波及其后果的出现，另一方面为采用补救性技术，即克服 波含量较小，且经验算电容装置投入后 3 次谐波有所放大，但未超
既存谐波问题。要想确保谐波标准得以全面有效执行，必须研究有 标且有裕度，应选用 0.1%～1%串联电抗器。
目前，自动化变电站的运行模式基本可分为很少人值班和无 人值守 2 种。自动化变电站的改造初期，应该根据油田电网设备质 量和施工状况决定运行模式。如果不能实行无人值守，则采用监控 班和操作班来替代常规管理，但要注意会存在现场操作维护、调试
及应急处理问题。 4 结语
变电站综合自动化的实现需要远动、保护、通信、变电管理等多 个专业间的协作配合，电网调度自动化的每一个子系统都应该服从 于总设计要求，其自动化系统的配置和功能也要能保证电网的安全 和经济运行，这样才能达到变电站综合自动化运行的目的。
收稿日期：2011－07－25
象得到了抑制。
作者简介：陈桑红（1976—），男，浙江玉环人，电力工程师，从事电
对不同电网背景下的谐波抑制，应根据情况选取不同的电抗率 网运行技术管理工作。
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