串联电抗器进行无功补偿的必要性(2012-10-31)

调谐滤波方案说明

一、单一使用电容器进行无功补偿的危害

1． 当配电系统中存在了感性设备（变压器），容性设备（电容器）就会形成谐振电路。当发生串并、联谐振时，谐波电流、电压会被放大20倍或以上倍数，这里不用考虑谐波的量，只要存在谐波，谐波电流就有被放大的可能。谐振点会随着电容投切量的改变而不断改变，放大的谐波电流次数也会改变，随时随刻都可能发生谐振。这就是我们目前使用的补偿电容器经常鼓肚、爆炸的肯本原因。

2． 用电系统的谐波源是必然存在的（高频整流设备，如可控硅整流器；开关电源等控制系统；各种变频设备，如：大功率中央空调、空调挂机、立柜；电梯；各种影音播放设备；电脑灯具；电动机、水泵；不同容量的UPS 电源等）。

3． 单一使用电容器进行无功补偿，谐波电流会大量流入电容器。谐波电流都是高频电流。感抗会随着频率的升高而变大，容抗会随着频率的升高而变小。（感抗、容抗与频率关系公式如下：）

这样电流会向阻抗小的地方流。电容器工作时都是满负荷工作的，一旦谐波电流流入电容器，量小会造成过电流，影响电容器使用寿命；量大会直接造成电容器鼓肚甚至爆炸，后果不堪设想。

4． 根据以上几点说明，我们不难看出，串联可以改变谐振点的电C

f X n n C ⨯⨯⨯=)()(21πL f X n n TR ⨯⨯⨯=)()(2π

抗器进行无功补偿的方案是必要的和必然的，如此的无功补偿设计方案是合理的，是对用户端配电系统的安全负责的。

二、 那么如何解决现存的危机和隐患呢？我们和大家分享一下目前在国际上较为领先的电能质量公司的一些先进技术和产品。

为了提高电容器的使用寿命，为了使电容器从一种消耗品演变成为一种经久耐用的电网设备，很多公司在电容器电压等级、最大过载电流，电抗器耐温度等参数上寻找更合理和安全的指标。

1、目前我们看到的电容器中，我们认为电容器耐压在500V 是比较合理的（电容器的耐压问题，尚在行业中存在异议）。计算一下电容器耐压在500V ：

谐波电抗器升压电网电容器＋＋＝U U U U

%18400%7400400⨯+⨯+=

V 500=

其中： IEC-60289中对于电网中谐波电压按照3次谐波电压含量为0.5%，5次为6%、7次为5%、11次为3.5%、13次为3%计算。那么从计算中可以看出，在全面考虑各项指标后，电容器的耐压做到500V 是一种必要和安全的设计。

2、电容器内附熔丝与外附熔丝的区别

电容器选择熔丝保护的形式有内附熔丝与外附熔丝；当选择内附熔丝的电容器时，如果电容器某个单元熔丝发生故障，电容器依然运行，但电容器容量降低，谐振点就会发生偏移，当谐振点偏移到某次谐波

的频率时，就会引起谐波的谐振。（谐振频率与电容器容抗之间的关系公式如下：）

如：6%电抗器的调谐滤波器组所采用的是内附熔丝电容器，一旦电容器内单元熔丝发生故障，造成电容器容值下降（关键的是，当内附熔丝电容器容值下降时，凭肉眼是无法察觉的！），假设下降三分之一，电容器依然运行时，则依据谐振频率计算公式：

原调谐滤波器组谐振点为： )(20450*6100

Hz =

而容值下降后则为：

)(250*204230320Hz f f ===

'

那么此时调谐滤波器组的谐振频率为250赫兹，等于5次谐波频率，此时一旦系统中产生5次谐波，那么肯定会造成电容器与系统产生串、并联谐振，造成电容器的故障，甚至会引发严重的配电间安全事故。

而外附熔丝是一个电容单体只有一个单元，这个单元损坏，整个电容器就退出工作。故此不存在上述隐患。

3、电容器最大过载电流如何选择

过载电流含基波电流和谐波电流，电容器运行都是满负荷运行，且谐波负荷容量较大，谐波电流也较大，这样电容器实际工作电流远高于2In。过载电流导致电容器的金属化聚丙烯膜升温，导致寿命降低。并且补偿柜中接触器的取值一般为1.3—1.5In，熔断器的取值一般为1.5—2.0In,所以建议应选择过载能力在3In以上的电容器,才能有效保证电容器在系统中正常使用时候的安全性。

4、电抗器温度保护的必要性

电抗器会吸收部分谐波电流并将之以热能的形式散发掉。所以电抗器的工作温度正常情况下都会达到100摄氏度以上。当电抗器的温度超过电抗器的温限时，其结构中的绝缘层就会被烧毁，导致相间短路而发生更严重的事故，故调谐滤波电抗器必须设置过温保护功能。

督凯提公司滤波电抗器采用H级绝缘材料，设有170℃的过温度保护，耐温达到180℃。

5、电抗器电抗率的选择

目前常用的6%、7%的电抗器，6%电抗器的谐振点在204Hz，避免4.08次以后谐波不发生谐振，但我们不建议使用，因为它与200Hz 也就是四次谐波非常接近，并且200Hz处于调谐滤波器的容性区域，又非常接近谐振点，一旦有四次谐波，很容易被放大。偶次谐波比较少见，当整流设备发生故障脉冲数变化时，比如6脉冲变为5脉冲，此时就会产生四次谐波。7%电抗器的谐振点在189Hz，避免3.77次以后谐波不发生谐振，此时200Hz处于调谐滤波器感性区域，所以不会放大。所以我们建议选7%以上的电抗器。

6、调谐滤波电抗器必须考虑3、5、

7、11、13次谐波的耐流

调谐滤波器在分流谐波后会流入基波电流和谐波电流，而谐波电流里3、5、7、11、13次谐波的含量最大，所以调谐滤波电抗器要充分考虑3、5、7、11、13次谐波耐流。

7、贴标调谐滤波器与原装进口调谐滤波器的区别

首先可以区分贴标产品的一个重要手段就是判断调谐电抗器，国产电抗器一般都不具备过温度保护功能，而进口原装电抗器都具备此功能；贴标品牌不具备本身品牌的各种认证资质，其后期的服务也不

会受到原产厂家的质量保障！应该选择认证的公司名称与产品商标相符合，认证上的地址即为产品的生产地址的品牌调谐滤波器组。三、建议方案：

由于大功率中央空调、空调挂机、立柜；各种电机设备；电脑灯具；照明设备等均会产生3、5、7、11、13等各次谐波，为了抑制这些谐波造成对电容器，对高精度仪器甚至对整个电网的影响，我们建议最好采取电压等级为500V电容器串联7%的滤波电抗器抑制上述谐波，保护电容器及其各项设备的正常运行。