浅谈谐波下并联电容器谐振的防止

浅谈谐波下并联电容器谐振的防止摘要：安装并联电容器是提高电力系统功率因数、减小线路损耗及电压降落的常用方法，分析了电网中谐波的存在会增加电容器的介质损耗，并可能使系统发生并联谐振，放大谐波电流，危及电容器及系统的正常工作，为此，提出了避免谐振的对策。

关键词：谐波并联谐振介质损耗

1、引言

在电力系统中，由三相交流同步发电机发出的三相交流电，一般认为是频率为工频的三相对称正弦交流电。由于电力系统中存在着各种各样的非线性元件，使电力系统和用户处线路内的三相交流电的波形发生畸变，由原来的周期性正弦交流电变成了周期性的非正弦交流电。周期性的非正弦交流电进行傅里叶级数分解可得基波（其频率与工频相同）以及频率为基波频率整数倍的各次谐波，基波以外的各次谐波通常称为“高次谐波”。高次谐波的产生，将严重影响电力系统的供电质量和用户的用电质量及用电安全。由谐波引起的谐振也是电力系统运行中一种常见的现象。

2、电网谐波源现状

随着现代工业的发展，换流设备和电弧炉、不对称负荷等非线性用电设备在直流输电、冶金、化工和电气化铁路等领域得到广泛应用，这些负荷产生大量谐波注入电网，造成电压波形畸变，电能质量下降。

非线性负荷（谐波源）呈上升趋势的主要原因是：

（1）大功率可控硅技术的发展，使换流技术在化工、冶金及制造业、直流输电等领域得到广泛应用。

（2）随着冶金行业的工业化、规模化的要求，在生产过程中引起许多超大功率的冲击性负荷。

（3）随着电气化铁路建设规模逐年扩大，不对称负荷相应增大。

（4）大多数节能产品的推广。

（5）民用建筑中的空调、风机、水泵等变频调速装置以及许多家用电器和低压用电设备也都是谐波源。

当系统局部电路中的感抗和容抗在谐波的作用下相等时，便发生谐波谐振现象。电磁式电压互感器作为感性负荷常参与谐振，当电磁式电压互感器因过电压而发生铁芯饱和时，产生的高次谐波会成为谐波谐振的谐波源。

当系统局部电路中的感抗和容抗在谐波的作用下相等时，便会发生谐波谐振现象。根据电路中电感和电容的不同联接方式，可以分为串联、并联谐振。

试验研究表明，基波谐振和高次谐波谐振过电压一般不超过3

倍额定电压，对于分频谐波谐振，由于受到电压互感器铁芯严重饱和的限制，过电压一般不超过2倍额定电压，但励磁电流急剧增加，瞬时可高达额定励磁电流的几十倍以上，引起高压保险丝的频繁熔断。

3、谐波对电容器组的危害

当谐波作用于电容器组时，将造成电容器组的谐波过电流、过

电压和过负荷，引发电容器局部放电强度增大、绝缘老化、温度升高而过热、缩短电容器寿命和极板的机械谐振，导致电容器损坏。

因此，谐波对电容器的损害主要表现归结为在绝缘效应、热效应和机械效应3个方面。

3.1 绝缘效应

电容器的绝缘介质材料一般是有机绝缘材料，其老化的一般规律是：电压每升高10%电容器的寿命大约缩短1/2。谐波造成电容器的过电压和引起局部放电强度加大，都加速了电容器绝缘介质的老化，缩短了电容器寿命。同时，电容器的过电压会导致电晕，绝缘性能衰退，甚至击穿。

3.2 热效应

在电压恒定情况下，对于有机介质电容器一般为温度每升高8℃，寿命就要缩短1/2。当电容器在含有谐波的电源中运行时，因谐波过电压、过电流和过负荷而使其损耗功率大幅度增加。可见电网谐波往往造成电容器异常发热，严重影响电容器寿命。

3.3 机械效应

在安装架上的电容器，其外壳与接线在交流电压作用下往往产生共振，有时还发生响声，而电容器内部的极板在谐波电压作用下会引起极板弹性振动，谐波电压一旦引起电容器极板的机械谐振，就要影响电容器介质的寿命。据某变电所运行人员介绍，安装于该所的电容器组平时声音很小，但当由该所出线的冶炼厂生产时，电容器组声音就很大，这就是谐波源对电容器组的机械效应引起。

综上所述，电容器组谐波的危害和威胁十分严重，因此，必须严格限制电网谐波的畸变率，以及电容器的过电流和过电压。

4、电容器组谐波问题对策

解决电容器组发生谐波放大和谐振问题的原则应该是：（1）杜绝谐波谐振；（2）限制电容器对谐波的放大程度；（3）综合考虑电容器和电抗器对谐波的承受能力，当超出承受范围时，应考虑采用滤波器。

抑制谐波放大和谐振的方法是多种多样的，采用何种方法应视网络情况、负荷性质等因素确定。

在公共电网应主要考虑对3次、5次谐波的抑制；在用户站则应针对不同负荷的特征谐波予以抑制，如三相桥式整流设备主要是抑制5、7次谐波。

抑制谐波采取的措施可遵循以下原则：（1）当谐波不是十分严重时，应考虑采用偏调谐电容器组，其主要目的是抑制谐振，部分滤除谐波和降低造价。（2）当谐波较为严重时，应考虑采用调谐滤波器，其目的是滤除谐波，改善电网电压质量，滤波器应滤除80%￣90%的谐波；（3）当负荷是大功率波动性负荷时，除考虑滤波外，还应考虑无功功率的动态补偿，以改善电压的波动和闪变。

5、结语

随着社会的发展，用电负荷对电网谐波污染的增长趋势是无法改变的。电容器组在谐波作用下，将造成谐波谐振和谐波放大，给电网和电容器造成危害。今后，应特别加强对用户的谐波监督与管

理，限制注入系统的谐波电流，杜绝电容器的谐波谐振，限制电容器对谐波的放大程度，提高电容器承受过电流、过电压、过负荷的能力。这样，就能不断提高和改善电能质量，为建设“一强三优”的电网奠定坚实的基础。

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