关于电容器组串联电抗器预防谐波过电压的研究与应用

宝常青

摘要：电力系统中有很多电气设备是高次谐波的发生源，其产生的高次谐波往往引起系统运行电压波形的畸变，污染电网，实乃电力系统的公害。谐波电压如果作用于电容器组上，其危害将更大。对此，解决的办法，一般采用的是在电容器组上加装串联电抗器，该技术在国外已有较成熟的应用经验，在国内也有广泛的应用，效果较好。

本文仅就高次谐波对电容器组的危害做以点述，对串联电抗器预防谐波过电压技术，在应用方面应予注意的几个问题做以阐述和分析。

关键词：电容器组；串联；电抗器；预防；谐波过电压；应用方法

一、高次谐波对电容器组的危害

通过电容器的电流，不但与电源电压有关，而且与电源频率有关，当电源电压波形发生畸变，高次谐波电压作用于电容器组上时，因谐波高频率使电容器组容抗减小，所以电容器组电流增大，换言之，此时，在基波电流的基础上又增添了电流谐波分量，这样波形势必发生严重畸变，结果使系统阻抗产生谐波过电压迭加于原电压上，造成电压波形畸变放大。还必须看到通过电容器组的电流还与其电容量有关，容量愈大，容抗愈小，进而使电流更大，故在投入大容量电容器组时，上述畸变过电压更为严重，也可以说大容量电容器组通过对谐波的“吸收”，实施于电容器组上，进一步激发了谐波过电压的放大作用。

谐波过电压不仅会使系统电流、电压的波形发生畸变，而且还会造成：①电能质量变坏；②电气设备损耗增加；③电气设备出力降低；④绝缘介质加速老化；⑤设备使用寿命降低或因长期过热损坏；⑥影响控制、保护、检测装置的工作精度及工作可靠性，特别是因高次谐波激发引起谐振的情况下，极易导致电容器过负荷、高热、振动及异常噪声直至最终被烧毁，同时还可能引起过流保护误动作、熔断器熔丝熔断、电容器组无法合闸等事故或障碍。尤其当电容器组距离谐波较近处，所造成的后果更为严重。为此，实施技术手段对谐波进行抑制非常重要，比如采用串联电抗器、加装滤波装置对电网进行防护就是常用的方法。电容器组在正常运行时，电源电压波形除基波外，大多情况下还存在多种高次谐波分量，且其次数是基波1的整数倍。通常电力系统高次谐波电流主要是3、5、7……等奇次分量，故必须重点考虑实施防范奇次谐波对电容器组不良影响的对策。我们通常采用谐波滤波装置对3次谐波进行抑制，采用串联电抗器对5次及以上谐波进行抑制，下面本文仅就串联电抗器的选择和应用问题做重点讨论。

二、串联电抗器的选择与应用

1、电抗值的确定

抑制高次谐波过电压宜采用电抗值等于电容器容抗值6%的原则进行选择，它既能限制谐波电流，又能抑制合闸涌流，且对5次及以上高次谐波的抑制，效果比较理想，基本上可消除掉谐波谐振的发生。比如在某变电所一次主接线中，产生谐波的整流装置直接接于某变电所的母线上，其产生的谐波电流一方面流入电容器组，另一方面进入电力电网，如附图所示。

由等效电路可知：

式中：n：谐波次数；

I_cn：电容器组的n次谐波电流；

I_Bn：变压器的n次谐波电流；

I_n：总n次谐波电流；

X_L：串联电抗器感抗；

X_C：电容器组容抗；

X_B：变压器等效感抗。

显然，若nX_L-X_C/n>0，则电容器组回路呈电感性质，可使谐波电流减小；若nX_L=X_C/n时，则电容器组呈电容性质，使谐波放大，以致母线电压产生严重畸变。综上所述，欲抑制谐波过电压，必须使nX_L-X_C/n>0，即X_L>X_C/n²，当n=5（即对5次谐波而言），则X_L>X_C/5²=0.04 X_C，又考虑到电抗值应有一定的裕度，故应引入可靠系数，一般取值范围：1.2-1.5，亦即X_L=1.5X_C/n²=1.5X_C/52=0.06X_C，由于电抗器与电容器组串联连接，故应使电抗器最大使用电流等于电容器组最大允许电流，同时要保证满足以下要求：①电抗器油面温升不允许超过50℃；②电抗器线圈温升不允许超过55℃；③在距离电抗器2米处噪音水平不允许超过70dB：④承受25倍电流在持续2秒的情况下，不应产生任何热损伤及机械损伤，亦即具有可靠的热稳定和动稳定特性。

2、安装位置的选择

如果电容器组为三角形接线，串联的电抗器一般皆须安装在电容器组的电源侧，该接线，必须要求电抗器具有较高的机械强度，因为在母线短路或者在电容器击穿短路时，电抗器将要承受很大短路电流的冲击；如果电容器组为星形接线，串联的电抗器一般皆安装在电容器组的中性点处，那么对其机械强度的要求可以些许放宽一些，因为此时在任意处发生短路故障，都不至于危急到串联电抗器。另一方面必须指出的是，如果变电所母线安装有两组及以上并联电容器组，此时恰由于某种原因仅在一组电容器上加装了串联电抗器时，就必须要进行审慎的核算，以防止在产生并联谐振时，过大的谐波电流使电容器及电抗器烧毁。

三、结束语

综上所述，经理论和实践充分证明，电容器组串联电抗器组成谐振电路可有效降低电容器组在合闸过程中产生的涌流倍数和涌流頻率影响电容器组；能限制操作过电压，滤除指定的高次谐波，同时采用以上方法对减少电力系统的污染，确保电容器组的安全运行十分有利。