1引言

供電系統(tǒng)中的大量非線性負(fù)荷在運(yùn)行中會引起電網(wǎng)電流、電壓波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生大量的諧波，導(dǎo)致電網(wǎng)的諧波“污染”。

并聯(lián)電容器裝置如果沒有采取措施。將會在接人母線處產(chǎn)生一定的諧波放大。串聯(lián)電抗器的主要作用是抑制諧波和限制合閘涌流，因此在并聯(lián)電容器回路中串聯(lián)電抗器可以防止諧波對電容器造成危害，避免電容器裝置的接入對電網(wǎng)諧波的過度放大和發(fā)生諧振。下面分析低壓并聯(lián)電容器回路中串聯(lián)電抗器抑制諧波的作用，并提出串聯(lián)電抗器選用的一些建議。

2諧波的定義及諧波的危害

供電系統(tǒng)諧波是指對周期性的非正弦電量進(jìn)行傅里葉級數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值（N＝／）稱為諧波次數(shù)。諧波分為零序諧波、正序諧波及負(fù)序諧波。零序諧波是基波頻率的3N（N為自然數(shù)）倍，即：3、6、9、12、15次諧波等；正序諧波是基波頻率的3Ⅳ＋L倍，即：4、7、10、L3、16次諧波等；負(fù)序諧波是基波頻率的3N一1倍，即：2、5、8、11、14次諧波等。

諧波的危害主要有以下幾個方面：①使發(fā)電機(jī)的輸出功率降低；②使變壓器產(chǎn)生附加損耗，引起過熱，加速絕緣介質(zhì)老化，導(dǎo)致絕緣損壞，諧波電流還會使變壓器鐵芯產(chǎn)生噪聲；③使接入交流系統(tǒng)的電容器過載：④引起電器的附加發(fā)熱；⑤使感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生周期性變動，并引起附加損耗，產(chǎn)生附加的諧波轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生機(jī)械振動和噪聲；⑥加速電纜老化，縮短電纜壽命；⑦對弱電系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，影響計算機(jī)、通信設(shè)備等的正常運(yùn)行，造成繼電保護(hù)誤動作等等。

諧波治理工作早已受到重視，我國先后頒布了《電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定》（SD126—84）和《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》（GB／T14549—1993），明確規(guī)定了諧波源用戶注入公用電網(wǎng)的諧波電流允許值，和不同電壓等級下諧波電壓限制值。

3諧波對電容器的影響以及電抗率的選擇分析

3.1電容器在諧波環(huán)境下的過電流

在同一條母線上有非線性負(fù)荷形成的諧波電流源時（略去電阻），并聯(lián)電容器裝置的簡化線路及其等效電路見圖1

根據(jù)圖1來分析非線性負(fù)荷所產(chǎn)生的諧波電流的流向。由于電容器的阻抗和頻率成反比。頻率升高阻抗變小，使得大部分的諧波流向電容器。因此，對于電容器而言，它的工作電流就是基波電流加上諧波電流，當(dāng)此電流超過電容器額定電流的1.3倍時。電容器就會迅速發(fā)生故障。特別是回路發(fā)生并聯(lián)諧振時，這個很大的諧振電流加在電容器回路中，會造成電容器回路的過電流，燒毀回路中的電容器、接觸器等，甚至還會損壞其它設(shè)備。

3.2電抗率的選擇分析

串聯(lián)電抗器的主要作用是抑制諧波和限制合閘涌流，因此在并聯(lián)電容器回路中串聯(lián)電抗器可以防止諧波對電容器造成危害。圖2為同一條母線上有非線性負(fù)荷形成的諧波電流時（略去電阻），并聯(lián)電容器回路中串聯(lián)電抗器的簡化線路及其等效電路圖。

要合理選擇電抗率，應(yīng)查明電容器接入母線處的背景諧波含量或根據(jù)實(shí)測結(jié)果來正確選擇。電網(wǎng)中通常存在一個或兩個主諧波，且多為低次諧波。為了達(dá)到抑制諧波的目的，電抗率的配置，應(yīng)使電容器接人處對于有威脅性的各次諧波中的*低次諧波阻抗呈感性。即：

4工程實(shí)例

4.1選擇無功補(bǔ)償型式的一般原則

無功補(bǔ)償型式主要有純電容的標(biāo)準(zhǔn)型、帶串聯(lián)電抗器的去諧型，以及主要為濾波設(shè)計的濾波型等幾種型式。在工程設(shè)計中，先要了解系統(tǒng)的非線性設(shè)備總?cè)萘?span lang="EN-US">Q與系統(tǒng)設(shè)備總?cè)萘?span lang="EN-US">P的大致比值關(guān)系，來決定無功補(bǔ)償采用哪種型式。當(dāng)Q《20％P時，無功補(bǔ)償可采用純電容的標(biāo)準(zhǔn)型；當(dāng)20％P50％P時，無功補(bǔ)償可采用濾波型。當(dāng)采用去諧型的無功補(bǔ)償裝置時，應(yīng)查明系統(tǒng)的非線性設(shè)備主要是什么設(shè)備，產(chǎn)生的背景諧波含量主要有哪些，或者根據(jù)實(shí)測結(jié)果來正確選擇電抗器。如計算機(jī)、熒光燈、電視機(jī)等設(shè)備主要產(chǎn)生3次、5次、7次等諧波電流，其中3次諧波含量*大；變頻器、空調(diào)、電梯、中頻爐、開關(guān)電源（如三相6脈波整流器）等設(shè)備主要產(chǎn)生5次、7次、11次等諧波電流，其中5次諧波含量*大；電弧爐設(shè)備主要產(chǎn)生2～7次諧波電流；可控硅整流器、開關(guān)電源（如三相12脈波整流器）設(shè)備主要產(chǎn)生11次、L3次等諧波電流。

4.2某軟件學(xué)院變電所低壓母線處的無功補(bǔ)償

筆者于2006年完成了某軟件學(xué)院電氣設(shè)計工作，現(xiàn)就其中的變電所低壓母線處的無功補(bǔ)償作一簡單介紹。該軟件學(xué)院在教學(xué)區(qū)、圖書館及宿舍區(qū)設(shè)了三個變電所，共設(shè)8X1000KV·A干式變壓器。該工程主要用電設(shè)備為計算機(jī)、空調(diào)、熒光燈、實(shí)驗(yàn)儀器以及電熱水器等。經(jīng)過分析計算，該工程非線性設(shè)備（如計算機(jī)、熒光燈、空調(diào)等）的總?cè)萘恳呀?jīng)占到工程總設(shè)備容量的40％以上。而計算機(jī)、熒光燈等設(shè)備主要產(chǎn)生3次諧波電流，即在變電所低壓母線處的背景諧波含量主要為3次諧波，采用串聯(lián)電抗率為14％的電抗器來抑制3次及以上諧波電流，通過計算每臺變壓器需補(bǔ)償300KVAR的電容器。采用如圖6所示的方案（以GMKP產(chǎn)品為例）。

在設(shè)計中應(yīng)注意以下兩個問題：①電抗器的耐受電流需考慮基波電流以及各次諧波電流；②串聯(lián)電抗器后，使電容器的電壓升高，可以采用下式來估算：

5幾點(diǎn)建議

A。目前在有些含有大量非線性負(fù)荷工程的電氣設(shè)計中，大家在進(jìn)行電容器補(bǔ)償裝置設(shè)計時，往往只注重?zé)o功補(bǔ)償，沒有考慮采取諧波抑制措施，如串聯(lián)電抗器。隨著電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用。供電系統(tǒng)中存在大量的諧波，建議廣大電氣設(shè)計同行采用串聯(lián)電抗器等措施，來減小諧波對電容器裝置的影響。

B。當(dāng)Q《20％P時，無功補(bǔ)償可以采用純電容的標(biāo)準(zhǔn)型；當(dāng)20％P50％P時，無功補(bǔ)償一般采用濾波型。

C。低壓并聯(lián)電容器回路巾，采用串聯(lián)電抗器抑制諧波，在進(jìn)行電抗器選擇時，應(yīng)先查明電容器接人母線處的背景諧波含量或根據(jù)實(shí)測結(jié)果來正確選擇。建議：①當(dāng)電網(wǎng)3次諧波含量較大，其余諧波含量較小時，采用電抗率為14％的電抗器；②當(dāng)電網(wǎng)4次諧波含量較大，其余諧波含量較小時，采用電抗率為7％的電抗器；③當(dāng)電網(wǎng)5次諧波含量較大時，采用電抗率為6％的電抗器。