摘要(yào)：隨著電(diàn)力(lì)電子技(jì)術(shù)的發(fā)展，電力(lì)係統(tǒng)中(zhōng)非綫(xiàn)性負載大(dà)量(liáng)增加，諧波問(wèn)題(tí)日(rì)益突出(chū)，導(dǎo)致(zhì)配電係統中(zhōng)無功補償裝置故(gù)障現象頻(pín)繁(fán)出現。為了抑(yì)製(zhì)高次(cì)諧波的(dí)危害，在電容(róng)器(qì)回路中(zhōng)串(chuàn)聯電(diàn)抗器(qì)可以(yǐ)防止諧(xié)波(bō)放(fàng)大現(xiàn)象(xiàng)。本(běn)文分(fēn)析了(liǎo)無(wú)功補(bǔ)償(cháng)回路(lù)中串(chuàn)聯電抗(kàng)器抑製(zhì)諧(xié)波的原(yuán)理(lǐ)，提出(chū)電抗率的選擇與(yǔ)串聯(lián)電(diàn)抗器(qì)後電容器(qì)組的選擇(zé)要(yào)求(qiú)。

關(guān)鍵(jiàn)詞(cí)：串聯
；電抗器
；無功補(bǔ)償
；諧(xié)波電抗(kàng)率(shuài)

1引言(yán)

       並聯(lián)電(diàn)容補(bǔ)償裝(zhuāng)置由於(yú)容(róng)量組(zǔ)合(hé)靈活，安裝(zhuāng)維(wéi)護簡便，投資省等原(yuán)因而廣泛應用(yòng)於(yú)電力係(xì)統(tǒng)。作(zuò)為無功(gōng)電(diàn)力(lì)的主要電源(yuán)，對(duì)於(yú)電力係(xì)統(tǒng)調(tiáo)相(xiāng)調壓(yā)，穩(wěn)定運(yùn)行(háng)，改(gǎi)善(shàn)電(diàn)能質量(liáng)和降(jiàng)損(sǔn)節能(néng)具有重(zhòng)要作用(yòng)。隨著電力(lì)事業(yè)的迅(xùn)速(sù)發展(zhǎn)，電容裝(zhuāng)置安裝(zhuāng)投運(yùn)容量亦迅速增長。同時隨(suí)著電力(lì)電子(zǐ)技(jì)術(shù)的(dí)廣(guǎng)泛(fàn)應用，帶(dài)整流(liú)器的(dí)設備如(rú)變(biàn)頻調(tiáo)速裝置，UPS電源裝置(zhì)，以(yǐ)及(jí)軟(ruǎn)起動器(qì)，新型節能電光源等(děng)產(chǎn)生高次(cì)諧波(bō)電(diàn)流的電氣設備(bèi)應用越(yuè)來(lái)越多，給電網帶來了嚴(yán)重的(dí)諧波(bō)汙(wū)染．導致一(yī)係列(liè)的設備(bèi)問題。如(rú)電(diàn)動(dòng)機振動(dòng)，發(fā)熱(rè)，變(biàn)壓(yā)器產生附加損(sǔn)耗，使(shǐ)容(róng)性回路(lù)過電(diàn)流(liú)，幹擾通訊，電子(zǐ)設(shè)備誤觸發等等。因此(cǐ)，對(duì)諧波的汙染須予(yú)以重視(shì)。抑製諧波(bō)的(dí)措施(shī)很多(duō)，常見技術(shù)措施如改(gǎi)變(biàn)變壓(yā)器(qì)的接(jiē)綫方式(shì)
；加裝(zhuāng)濾波(bō)裝(zhuāng)置
；加(jiā)裝靜態(tài)(動態(tài))無(wú)功補(bǔ)償(cháng)裝置
；在(zài)電(diàn)容回(huí)路(lù)加裝(zhuāng)串聯(lián)電(diàn)抗(kàng)器(qì)等等(děng)。

       目(mù)，國內很多用電單位(wèi)使用(yòng)傳統的單(dān)純電容(róng)器進行無功補(bǔ)償．其(qí)補(bǔ)償(cháng)裝置(zhì)的運行受(shòu)到(dào)嚴(yán)重威(wēi)脅，電力(lì)電(diàn)容器(qì)的故障率越來(lái)越高(gāo)。本(běn)文主要探(tàn)討給(gěi)電(diàn)容(róng)器加裝(zhuāng)串(chuàn)聯電(diàn)抗(kàng)器以達到抑(yì)製(zhì)諧(xié)波的對策(cè)，避免(miǎn)電容器與電網(wǎng)產生(shēng)串(chuàn)聯(lián)或(huò)並聯諧(xié)振，從而(ér)改善係(xì)統的功率(shuài)因數和保(bǎo)證補償電(diàn)容(róng)器(qì)的(dí)穩(wěn)定運行。

2諧波對補償係統的影響

       在無功(gōng)補(bǔ)償(cháng)係(xì)統(tǒng)中，電(diàn)網以(yǐ)感抗為主，電(diàn)容器回(huí)路(lù)以容(róng)抗為主(zhǔ)。在工(gōng)頻條件下，並聯(lián)電(diàn)容(róng)器的(dí)容抗比係(xì)統(tǒng)的感抗大(dà)很(hěn)多(duō)，補(bǔ)償(cháng)電容器對(duì)電網發(fā)出無功功率，對電網進行無功補(bǔ)償(cháng)，提高(gāo)了係(xì)統的(dí)功率因(yīn)數。在有背(bèi)景諧波的(dí)係統(tǒng)中。非綫性(xìng)負荷會(huì)產(chǎn)生大量的諧波(bō)電流注(zhù)入(rù)電網(wǎng)，引(yǐn)起電壓(yā)及電(diàn)流(liú)波(bō)形畸變。影(yǐng)響電力電容器的(dí)正常運行。

2.1造成(chéng)電容(róng)器過(guò)電流(liú)

       諧(xié)波(bō)分流原理圖如(rú)圖(tú)1所(suǒ)示(shì)：

圖(tú)1諧(xié)波(bō)分(fēn)流示意(yì)圖(tú)

        n次諧(xié)波(bō)下(xià)變(biàn)壓器(qì)阻抗(kàng)：

       Xs(n)=2πf(n)L(1)

       n次諧波(bō)下(xià)電容器(qì)阻抗(kàng)：

       Xc(n)=1／2πf(n)L(2)

       存(cún)在高次(cì)諧(xié)波時，由於(yú)f(n)的大，從而(ér)導(dǎo)致Xs(n)大及Xc(n)減少(shǎo)，從而導致(zhì)諧(xié)波電(diàn)流大量(liáng)湧(yǒng)入(rù)電容(róng)器(qì)。假(jiǎ)設電(diàn)容(róng)器(qì)工(gōng)作(zuò)運行(háng)在滿載電流(liú)，若加(jiā)上諧波電(diàn)流後．電(diàn)容器運(yùn)行電(diàn)流大於(yú)1．3倍(bèi)的額定電流(liú)，電容器將出現(xiàn)故障。

2.2與係統產生並聯(lián)諧振

       當大(dà)量的非綫性負荷(hé)掛網運(yùn)行時．將(jiāng)在(zài)電網產(chǎn)生(shēng)嚴(yán)重(zhòng)的(dí)電(diàn)壓畸變和(hé)電流(liú)畸(jī)變(biàn)。此時的諧波源(yuán)相當於(yú)一個很大(dà)的電流(liú)源．其(qí)產(chǎn)生的諧波電流加在係統感抗(kàng)和(hé)電容(róng)器(qì)的(dí)容(róng)抗之(zhī)間(jiān)，形成並聯回路如圖(tú)2所示(shì)。

圖(tú)2並(bìng)聯(lián)諧振(zhèn)原(yuán)理(lǐ)圖

從(cóng)圖中可(kě)以看出諧波電(diàn)流(liú)一(yī)部分流(liú)經Xs(n)，一(yī)部(bù)分流(liú)經Xc(n)，回(huí)路(lù)阻(zǔ)抗為:

       當(dāng)n為(wéi)某次諧波(bō)時(shí)，電網(wǎng)感抗㈤等於電(diàn)容器容抗(kàng)Xc(n)時(shí)，形(xíng)成並(bìng)聯諧振，此時並聯回(huí)路總(zǒng)阻(zǔ)抗等(děng)於無窮(qióng)大。諧波(bō)電流流經阻(zǔ)抗無限大的回路(lù)時。將(jiāng)產生(shēng)無(wú)限大的諧(xié)波(bō)電壓．無限(xiàn)大的(dí)諧波電壓(yā)將在電(diàn)網(wǎng)和電容器(qì)間(jiān)產(chǎn)生大電(diàn)流。造(zào)成電(diàn)容(róng)器故障(zhàng)。

3串聯電(diàn)抗(kàng)器對諧(xié)波(bō)的抑製

       電氣設計中多(duō)采用(yòng)在無功補(bǔ)償(cháng)電容器(qì)回(huí)路(lù)串(chuàn)聯電(diàn)抗器來抑製(zhì)諧波。諧波源從電(diàn)力係(xì)統中(zhōng)吸收(shōu)的(dí)畸變電流(liú)可(kě)分(fēn)解為(wéi)基(jī)波(bō)分量和諧(xié)波分(fēn)量，其諧波分(fēn)量與(yǔ)基波分量和供電(diàn)網(wǎng)的阻抗無(wú)關，所以(yǐ)可(kě)以(yǐ)將(jiāng)諧波(bō)看作恒流(liú)源。電(diàn)力(lì)係統(tǒng)的簡化(huà)電路和(hé)諧波(bō)等(děng)效(xiào)電路(lù)如(rú)圖(tú)3，4所(suǒ)示(shì)閉：

       圖中In為(wéi)諧(xié)波用電(diàn)設備(bèi)，X8為係統基波(bō)阻(zǔ)抗(kàng)，X8為(wéi)串聯電(diàn)抗(kàng)器(qì)基波(bō)阻抗(kàng)，XL為電容器(qì)基(jī)波阻(zǔ)抗，在n次(cì)諧波(bō)條(tiáo)件(jiàn)下諧波阻抗分(fēn)別為：Xs(n)=nXs
；XL(n)=nXL
；Xc(n)=Xc/n。

       從等效電路阻(zǔ)抗(kàng)圖4可(kě)得(dé)，流入供電係統的諧(xié)波電(diàn)流(liú)I為：

       流(liú)入並補(bǔ)裝(zhuāng)置(zhì)的諧波(bō)電(diàn)流(liú)I_Cn為：

       nXs為(wéi)係統諧(xié)波阻抗與(yǔ)係(xì)統大，小運行(háng)方式的短(duǎn)路(lù)容量(liáng)有關(guān)。根(gēn)據式(4)，(5)可以看出關鍵在於(yú)Xl與(yǔ)Xc的取(qǔ)值(zhí)，現就典型(xíng)情況(kuàng)討論(lùn)如(rú)下(xià)(見(jiàn)表1)。

       由(yóu)表(biǎo)1可(kě)知。無功補償(cháng)回路串聯電抗器要(yào)實現對諧(xié)波電流的抑製(zhì)，須使(shǐ)回路(lù)電(diàn)抗對諧(xié)波(bō)源(yuán)產生的(dí)低(dī)次諧(xié)波(bō)電呈電感(gǎn)性，即滿足(zú):

       n為主(zhǔ)要諧(xié)波的低(dī)次數(shù)，從上述討(tǎo)論可知(zhī)，對同一係統，由(yóu)於K值不同，其運行(háng)狀(zhuàng)況截(jié)然不同(tóng)，因此(cǐ)正確(què)選擇電抗器電(diàn)抗率K值(zhí)是(shì)十分重要的(dí)。

4電抗率(shuài)的選(xuǎn)擇(zé)

       在《並(bìng)聯(lián)電(diàn)容(róng)器裝(zhuāng)置設(shè)計規(guī)範))GB50227—2008中(zhōng)指出了串聯電抗器電(diàn)抗(kàng)率(shuài)的(dí)配(pèi)置(zhì)標準，簡單(dān)概述如下(xià)：

       (1)當諧波為5次及以上時，電(diàn)抗(kàng)率(shuài)宜(yí)取4．5％-5％
；

       (2)(2)當(dāng)諧波為3次(cì)及以(yǐ)上時(shí)，電抗率宜(yí)取l2％
；

       (3)(3)根據(jù)電網條件(jiàn)與電容(róng)器(qì)參(cān)數，亦可(kě)采用(yòng)4．5％～5％與12％兩種(zhǒng)電(diàn)抗率混裝(zhuāng)。在選擇並補裝(zhuāng)置(zhì)串聯(lián)電抗(kàng)器(qì)電(diàn)抗值參數時．一定首先研究一(yī)下(xià)．供電(diàn)係統中具有什(shí)麼(mó)樣的主(zhǔ)要諧波(bō)次(cì)數範圍，然(rán)後確(què)定其電抗值(zhí)的百(bǎi)分(fēn)比(bǐ)，要(yào)避開(kāi)可能出(chū)現的諧波放大(dà)區域。

       由式(6)可得：

       式(shì)中w為(wéi)基波(bō)角(jiǎo)速度(dù),w=2πf=100π

       此(cǐ)時。實際(jì)調諧(xié)頻(pín)率為：

       由(yóu)式(shì)(7)可(kě)知，如(rú)係統(tǒng)背(bèi)景諧波(bō)以5次諧波(bō)為(wéi)主，應串(chuàn)5％或6％電抗(kàng)器，諧振點為(wéi)224Hz或204Hz(可(kě)避(bì)免產生大於5次(cì)諧波(bō)250Hz的諧振(zhèn))
；如背(bèi)景(jǐng)諧(xié)波以4次諧波(bō)為(wéi)主(zhǔ)，應串7％或(huò)8％的(dí)電抗器(qì)．諧振(zhèn)點為189Hz或177Hz(可避免產生(shēng)大(dà)於4次(cì)諧波(bō)200Hz的諧(xié)振)
；如(rú)係(xì)統背景(jǐng)諧波以3次(cì)諧(xié)波為主，應串12％或13％電(diàn)抗(kàng)器(qì)。諧振點(diǎn)為144Hz或139Hz(可避免產(chǎn)生大(dà)於(yú)3次(cì)諧(xié)波(bō)150Hz的(dí)諧振(zhèn))。

5串(chuàn)聯電抗器後需注意(yì)的問(wèn)題

       串聯電(diàn)抗器(qì)後會帶來些新的(dí)問題(tí)，如果(guǒ)不注(zhù)意，同(tóng)樣會對電容(róng)器(qì)的使(shǐ)用造(zào)成危害。

5.1降低電(diàn)網中(zhōng)的(dí)功率損(sǔn)耗

       正確(què)選(xuǎn)擇串(chuàn)聯電(diàn)抗(kàng)器(qì)電(diàn)抗率的同時(shí)。須(xū)考慮並(bìng)聯電(diàn)容(róng)器額(é)定(dìng)電(diàn)壓的選取。串聯(lián)電(diàn)抗(kàng)器(qì)後，並聯電容器兩(liǎng)端電(diàn)壓(yā)被抬升(shēng)。電(diàn)容(róng)器長期處(chǔ)於(yú)過電壓運(yùn)行(háng)下會造成損壞(huài)，故電(diàn)容器(qì)額(é)定電壓(yā)的(dí)選取按(àn)下(xià)式(shì)確(què)定(dìng)：

       其(qí)中，U為電(diàn)容(róng)器(qì)額定電(diàn)壓，U為係統電壓(yā)，U吼為串(chuàn)聯(lián)電抗器後電容(róng)兩(liǎng)端(duān)電壓(yā)，U為(wéi)電容兩端諧波(bō)電壓(yā)，K為電(diàn)抗率。根據IEC相(xiāng)關標準(zhǔn)，在高壓(yā)係(xì)統中3次，5次，7次諧(xié)波設(shè)計時(shí)分別按照(zhào)基波電(diàn)壓0．3％，3％，3％考慮(lǜ)，低壓(yā)係統(tǒng)分別(bié)按0．5％，5％，5％考慮。以(yǐ)低(dī)壓(yā)400V係(xì)統，串聯6％電抗(kàng)率的(dí)電(diàn)抗器為例，計(jì)算(suàn)電(diàn)容器額(é)定電壓：

即(jí)電容器的(dí)額(é)定電(diàn)壓(yā)為(wéi)470V以上才(cái)是可靠的(dí)。

5.2電(diàn)容(róng)器補(bǔ)償容(róng)量(liáng)選擇

       串聯相應電(diàn)抗器以(yǐ)及確定補償(cháng)電容器額定電(diàn)壓(yā)後，安(ān)裝(zhuāng)容量(liáng)與實際(jì)輸(shū)出容量是(shì)不同(tóng)的，兩(liǎng)者關(guān)係(xì)可(kě)按(àn)下式(shì)計(jì)算(suàn)：

        式中(zhōng)Q為電(diàn)容器輸(shū)出容(róng)量(liáng)，Q為電(diàn)容器(qì)安裝容(róng)量，U為(wéi)電容(róng)器運(yùn)行電壓，U為電容器額定(dìng)電(diàn)壓，K為電抗(kàng)率。可(kě)見，若單純(chún)提(tí)高電容(róng)器(qì)額定電壓(yā)。實(shí)際運(yùn)行(háng)時(shí)，低於(yú)額(é)定(dìng)電壓(yā)，會(huì)出現無功容量(liáng)虧損，造成無(wú)功補償的不足。所(suǒ)以在選擇(zé)補(bǔ)償(cháng)電(diàn)容(róng)容量時(shí)，應考慮(lǜ)串(chuàn)聯電抗器造(zào)成(chéng)的(dí)電容器(qì)輸出容量的(dí)變化．並(bìng)應留(liú)有部(bù)分裕量(liáng)。

5.3提(tí)高(gāo)功率(shuài)因數及(jí)相應地(dì)減(jiǎn)少電費

        由式(shì)(6)可得，如串聯電抗器(qì)電(diàn)抗(kàng)率為(wéi)6％，則並補(bǔ)回(huí)路(lù)的抑(yì)製(zhì)諧(xié)波的低(dī)次數(shù)為：

        即6％串聯(lián)電(diàn)抗器(qì)抑(yì)製5次及以上(shàng)次數的(dí)諧波(bō)。而(ér)對(duì)3次(cì)及以(yǐ)上(shàng)次數的(dí)諧波電流(liú)的放(fàng)大程(chéng)度(dù)非常嚴重，從而導致電(diàn)容(róng)器組損壞。因此經過(guò)大(dà)量運行及經驗數據(jù)，國家規(guī)定。需(xū)抑(yì)製5次(cì)及以上次(cì)數的(dí)諧波，同(tóng)時(shí)避免對(duì)3次(cì)以(yǐ)上諧波(bō)的(dí)放大(dà)，電(diàn)抗(kàng)率(shuài)可選(xuǎn)為4．5％。另外(wài)，為了解(jiě)決3次諧(xié)波(bō)放(fàng)大問題，有的(dí)變電站的電(diàn)容器組(zǔ)並非每(měi)組(zǔ)都串(chuàn)聯(lián)6％電抗器，而是有幾組串(chuàn)6％電抗器(qì)，另外(wài)幾(jī)組串(chuàn)12％或13％電(diàn)抗(kàng)器(qì)。針(zhēn)對某(mǒu)種(zhǒng)背(bèi)景(jǐng)諧波，選(xuǎn)擇串聯(lián)電抗率時，首(shǒu)先要研(yán)究(jiū)一下，供(gōng)電係統中具有什麼樣的(dí)主要諧波次數(shù)範圍，然(rán)後確定其(qí)電(diàn)抗(kàng)值(zhí)的(dí)百分比，避免發生(shēng)並聯(lián)，串(chuàn)聯(lián)諧振，以(yǐ)及(jí)諧波(bō)放(fàng)大(dà)現(xiàn)象(xiàng)。

6安(ān)科瑞AZC/AZCL智(zhì)能集(jí)成式電(diàn)容器介紹

6.1產(chǎn)品概(gài)述(shù)

        AZC/AZCL係列(liè)智能電容(róng)器是應用於0.4kV，50Hz低壓配電(diàn)中用(yòng)於節省(shěng)能(néng)源，降(jiàng)低(dī)綫損(sǔn)，提高功率因數和(hé)電(diàn)能質(zhì)量(liáng)的(dí)新(xīn)一代無功補(bǔ)償設(shè)備(bèi)。它由智(zhì)能(néng)測(cè)控單元，晶閘(zhá)管復合開關(guān)電路，綫(xiàn)路保(bǎo)護單(dān)元(yuán)，兩台共(gòng)補或一台(tái)分補低壓電力電容(róng)器構(gòu)成。可替(tì)代常規由熔(róng)絲，復合(hé)開(kāi)關或機械(xiè)式接觸器，熱(rè)繼(jì)電(diàn)器，低(dī)壓(yā)電(diàn)力電容器，指(zhǐ)示(shì)燈(dēng)等(děng)散件在櫃內(nèi)和櫃麵由(yóu)導(dǎo)綫(xiàn)連(lián)接而組(zǔ)成(chéng)的自(zì)動(dòng)無功補(bǔ)償(cháng)裝置(zhì)。具有體積小(xiǎo)，功(gōng)耗低(dī)，維護方(fāng)便，使用壽(shòu)命長(cháng)，可(kě)靠(kào)性高的(dí)特點(diǎn)，適(shì)應現代電網對(duì)無功補(bǔ)償(cháng)的高(gāo)要求(qiú)。

        AZC/AZCL係列(liè)智(zhì)能電(diàn)容器采用(yòng)定(dìng)式LCD液(yè)晶(jīng)顯(xiǎn)示器(qì)，可顯示三(sān)相(xiāng)母(mǔ)綫(xiàn)電壓(yā)，三(sān)相母綫電流(liú)，三(sān)相功(gōng)率(shuài)因(yīn)數(shù)，頻率(shuài)，電容器路數及(jí)投(tóu)切狀態(tài)，有(yǒu)功(gōng)功率(shuài)，無功功(gōng)率，諧(xié)波(bō)電壓總畸(jī)變(biàn)率，電容(róng)器(qì)溫度(dù)等。通過(guò)內(nèi)部晶閘管復合開關電(diàn)路，自動(dòng)尋(xún)找投入(rù)（切除(chú)）點，實現過(guò)零投切，具(jù)有(yǒu)過壓(yā)保護，缺(quē)相保護，過諧保(bǎo)護(hù)，過(guò)溫保護等(děng)保護(hù)功能。

6.2產(chǎn)品(pǐn)選(xuǎn)型(xíng)

        AZC係列智能電(diàn)容器選(xuǎn)型：

       AZCL係列智能電容器選型：

6.3產(chǎn)品實(shí)物展(zhǎn)示

AZC係列智能(néng)電(diàn)容(róng)模塊       AZCL係列智(zhì)能(néng)電容模塊

安科瑞無功補(bǔ)償裝(zhuāng)置智能電(diàn)容(róng)方(fāng)案(àn)

7結束語(yǔ)

       電容(róng)無功補(bǔ)償是(shì)提高係(xì)統(tǒng)功率(shuài)因數(shù)，降低電網(wǎng)無(wú)功(gōng)損耗的(dí)重要手(shǒu)段，由於電網(wǎng)都存(cún)在不同(tóng)程(chéng)度(dù)的(dí)諧波(bō)，因(yīn)此無論(lùn)何時進行無功補(bǔ)償(cháng)，均不能(néng)拋開諧波問題，否則(zé)不僅危(wēi)及電容器的使用(yòng)安(ān)全(quán)，危及電網(wǎng)係統的(dí)使(shǐ)用安全(quán)。串聯(lián)電(diàn)抗器(qì)是(shì)無功(gōng)補(bǔ)償(cháng)電容器組的重要(yào)組(zǔ)成部(bù)分(fēn)。電(diàn)抗率的選擇(zé)對(duì)並(bìng)聯電(diàn)容器(qì)的運(yùn)行及(jí)對(duì)係統(tǒng)諧波(bō)的抑製有很大的(dí)影(yǐng)響同。因此(cǐ)在串(chuàn)聯(lián)電(diàn)抗器(qì)時，須(xū)對(duì)係統諧波(bō)進行(háng)測試(shì)．選擇正確的(dí)電(diàn)抗率(shuài)，同時電(diàn)容器的額定電(diàn)壓和安裝容量要作(zuò)相應(yīng)的提高。

參考文獻(xiàn)

[1]陳(chén)伯(bó)勝．並聯電(diàn)容器，串聯(lián) 電(diàn)抗(kàng)器額(é)定(dìng) 電壓(yā) 的選擇(zé)[J]．電力電容器(qì)，2004，25(2)

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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與(yǔ)應用手冊.2020.06版．