1、串聯電抗器如何抑制諧波關鍵字：申聯電抗器 諧波抑制 電抗率選擇 無功補償 電抗器刖 百隨著電力電子技術的廣泛應用與發展，供電系統中增加了大量的非線性負載，如低壓小容量家用電器和高壓大容量的工業用交、直流變換裝置，特別是靜止變流器的采用，由丁它是以開關方式工作的，會引起電網電流、電壓波形發生 畸變，從而引起電網的諧波“污染”。產生電網諧波“污染”的另一個重要原因 是電網接有沖擊性、波動性負荷，如電弧爐、大型軋鋼機、電力機車等，它們在 運行中不僅會產生大量的高次諧波， 而且會使電壓波動、閃變、三相不平衡日趨 嚴重。這不僅會導致供用電設備本身的安全性降低，而且會嚴重削弱和干擾電網 的經濟運行，形成了

2、對電網的“公害”。電能質量的綜合治理應遵循誰污染誰治理，多層治理、分級協調的原則。 在地區的配電和變電系統中，選擇主要電能質量污染源和對電能質量敏感的負荷 中心設立電能質量控制樞紐點，在這些點進行在線電能質量監測、采取相應的電 能質量改善措施顯得格外重要。在并聯電容器裝置接入母線處的諧波“污染”暫未得到根本整治之前，如 果不采取必要的措施，將會產生一定的諧波放大。在并聯電容器的回路中申聯電 抗器是非常有效和可行的方法。申聯電抗器的主要作用是抑制高次諧波和限制合 閘涌流1,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諧波的過 度放大和諧振發生。但是申聯電抗器絕不能與電容器組任意組合,更不

3、能不考慮電容器組接入母線處的諧波背景。文章著重就申聯電抗器抑制諧波的作用展開分 析，并提出電抗率的選擇方法。電抗器參數的計算1基本情況介紹某110kV變電所新裝兩組容量2400kvar的電容器組，由生產廠家提供成套 無功補償裝置，其中配置了電抗率為6%勺申聯電抗器，容量為144kvar。電容器 組投入運行之后，經過實測發現，該 110kV變電所的10kV母線的電壓總畸變率 達到4.33%,超過公用電網諧波電壓（相電壓）4%勺限值2,其中3次諧波的畸變率達到3.77%,超過公用電網諧波電壓（相電壓）3.2%的限值。經過仔細了解和分析，發現該110kV變電所的10kV系統存在大量的非線性 負載。即

4、使在電容器組不投入運行的情況下，10kV母線的電壓總畸變率也高達4.01%,其中3次諧波的畸變率高達3.48%。在如此諧波背景下，2400kvar電容 器組配置電抗率為6%勺申聯電抗器是否適合？現計算分析如下。2電抗率的選擇分析(1) 電容器裝置側有諧波源時的電路模型及參數在同一條母線上有非線性負荷形成的諧波電流源時(略去電阻)，并聯電 容器裝置的簡化模型如圖1所示3。圖（電容株裝側有滿波源町的曲理圖及簡化電路模型Ftg.1 The dcclcton diagnun and nhort-cut circuit niodd withharmonk sourer in lhe side of o*

5、）acitnr諧波電流和并聯諧波阻抗為nX, （nX. - Xt /0* Jiz 式中n為諧波次數；n為諧波源的第n次諧波電流；Xs為系統等值基波短 路電抗；Xc為電容器組基波容抗；X為申聯電抗器基波電抗。由丁諧波源為電流源，諧波電壓放大率與諧波電流放大率相等，故由式 整理推導可得諧波電壓放大率式中 A =/x<=0、IS, . K為電抗率(K =4 北S為電容器裝置接入處母線的短容XcQz為電容容也.當式(2)諧波阻抗的分子的數值等丁零時，即從諧波源看入的阻抗為零,表 示電容器裝置與電網在第n次諧波發生申聯諧振，可得電容支路的申聯諧振點當式(2)諧波阻抗的分母的數值等丁零時，即從諧波源

6、看入的阻抗為8,表 示電容器裝置與電網在第n次諧波發生并聯諧振，并可推導出電容器裝置的諧振 容量Qx為Q. =5,(-4-A )n系統及元件的參數如表1所示。表】系統及元件的參敷I'ubJ Parameters of ckmenv； mid <&ptctn警致*慌知#,/MVA244.9S2j<nQZ電村繇用尊件養段可心34417(2) 避免諧振分析計算電抗率選擇6卅寸，發生3次、5次諧波諧振的電容器容量，將有關參 數代入式(5)，得3次、5次諧波諧振電容器容量分別為A)= 244,98x(-i-6%i =y12.52 Mvar-24(X)kvarQ , = S.d

7、 - K 244.9" ( - 6%> = ti*5'-4.899 Mvar由此可見，2400 kvar的電容器組配置電抗率為6%勺申聯電抗器不會發生 3次、5次諧波并聯諧振或接近丁諧振。(3) 限制涌流分析計算電抗率選擇6%t,同一電抗率的電容器單組或追加投入時，能否有效抑制涌流，文獻4中所提供的中婦,。二Q + Q' 為涌流峰值的標幺值(以投入的電容器組額定電流的峰值為基準值)； Q為電容器組的總容量，Mvar； Q 0為正在投入的電容器組的總容量， Mvar； Q C為所有原來已經運行的電容器組的總容量，Mvar； b為電源影響系數。已知兩套電容器裝置均為

8、單組投切Q 戶 Q *=24OOkvarQ 二 Q"Q '=2400 +240() = 4800 = 4.8 Mvar =1-1，/*。/(«&) = 1-1/壓4.8/(6%><244.98)=I - l/l + 4.8A6%x 244.98 > = 1-0.868 =0.132將琴牧代入式(6). nfftl= 小當)"1 仆;：rt2 4(I -O.I32X ) + 1 =3.813<20J&%48由此可見,2400 kvar的電容器組配置電抗率為6%勺申聯電抗器，另外一 組電抗率為6%勺電容器單組或追加投入時

9、，涌流能夠得到有效限制。(4) 諧波電壓放大率分析計算電抗率選擇6卅寸，將有關參數代入式(3),經過計算，電容器組對1 7次諧波電壓放大率Fvn結果如表2所示。2400 kv«r的電容SUB配置電抗率為6%的電抗器后1-7次ifi波電死放大軍代，l&h j The maniBcatioci of harmonic voltage 匕,fnwiipriman hamionk lo seventhwhenthe ratk> of wric rrcUnce dilribulvdto 2400 kvur cupacilor bunks k <>£*ill.

10、1次2K 1次 4 He '次 6次了茂MXH 1.01105121 n W 06 OJK由計算結果可以看出，選擇6%勺申聯電抗器對3次諧波電壓放大率Fvn為 1.21，對5次諧波電壓放大率Fvn為0.69。經過與現場諧波實測數據比較發現： 3次諧波電壓放大率Fvn與以上理論計算值基本一致，但 5次諧波電壓放大率Fvn 的誤差較大。文獻5認為：簡化的電路模型對丁 3次諧波電壓放大率Fvn的計算 有工程價值，但對5次諧波電壓放大率Fvn的計算無工程價值。2400 kvar的電 容器組配置電抗率為6%勺申聯電抗器，產生了 3次諧波放大，且超過公用電網 諧波電壓(相電壓)3.2%的限值2。因

11、此可以判斷在如此諧波背景下，2400kvar 的電容器組配置電抗率為6%勺申聯電抗器是不恰當的。(5) 電抗率的合理選擇要做到合理地選擇電抗率必須了解該電容器接入母線處的背景諧波，根據 實測結果對癥下藥。并聯電容器的申聯電抗器，IEC標準按照其作用分為阻尼電 抗器和調諧電抗器。阻尼電抗器的作用是限制并聯電容器組的合閘涌流，其電抗 率可選擇得比較小，一般為0.1%1%調諧電抗器的作用是抑制諧波。當電網 中存在的諧波不可忽視時，則應考慮使用調諧電抗器，其電抗率可選擇得比較大， 用以調節并聯電路的參數，使電容支路對丁各次有威脅性諧波的最低次諧波阻抗 成為感性，據式(4)可得K值即對丁諧波次數最低為5

12、次的，K>4%對于諧波次數最低為3次的，K>'.-" * - I ,. i I - ! jI ：! ,，4-'' *' I 111.1%如果該變電所的2400 kvar電容器組的電抗率分別按照 0.1%、1% 4.5%、12幅己置，試將有關參數代入式（3），經過計算，17次諧波電壓放大率Fvn的結 果如表3所示。入3 2400 kur的電容器田配置電抗率分別為砰1, 45%. 12%的*聯電抗矗后1-7次諧波龜壓放大率凡，Thv mHuninculkin of hamwknic、rmmprinmn harmunk1 tn Mjvcnth h

13、armiHik' wtKbn Ibr ratio ofwrits fvwcUiurr diMritnited to 2400 kvar mpacilorMrkZL】. 1%. 45%. IV*lb J L * A岫MAA率1次2次1 it 4 &5次fh次7 3ctx*iLNI 091 ：71 Wt 50I X51 (F1 otL(MLtU 1 201427 0；4 W1 <H1 M1.16 IfU0 160 rw*<1711.01L(I7050 (IK?0.9l>仆機由計算結果可以看出，選擇12%勺申聯電抗器對3次諧波電壓放大率Fvn僅 為0.50。因此電抗

14、率按照12%E置是值得進一步驗算的。經過進一步驗算（諧振分析、限制涌流分析因篇幅所限略），選擇12%勺申聯電抗器不會發生3次、5次諧波并聯諧振或接近丁諧振，同時另外一組電抗 率為12%勺電容器單組或追加投入時，涌流能夠得到有效限制。（6）電抗率選擇的進一步分析值得一提的是我國的電網普遍存在 3次諧波，故不同電抗率所對應的3次 諧波諧振電容器容量 Q冷應該引起足夠的重視。由式（5）計算可得，分別選擇4.5%、6咧日12%勺申聯電抗器后，3次諧波諧 振電容器容量分別為Q,二，" -啟邳上-4捽）=0.066$, n3A）邳上-6%）= 0,051$ ny0產土（二一啟= 5§T

15、2%）=小00X9£即當申聯電抗率選4.5%,電容器的容量達到或接近電容器裝置接入母線的 短路容量的6.6%時，就會發生3次諧波并聯諧振或接近丁諧振；當申聯電抗率選6%電容器的容量達到或接近電容器裝置接入母線的短路容量的5.1%時，也會發生3次諧波并聯諧振或接近丁諧振；當申聯電抗率選 12% 一般不會發生3 次諧波并聯諧振。一般情況下,110kV變電所裝設的電容器的容量較小 (0.05S d0.06 S d), 不會發生3次諧波并聯諧振或接近丁諧振，但會引起3次諧波的放大；而220kV變電所裝設的電容器的容量較大，完全有可能發生3次諧波并聯諧振或接近丁諧 振，因此務必引起設計人員的高

16、度重視。申聯電抗器的選擇方法1申聯電抗器額定端電壓申聯電抗器的額定端電壓與申聯電抗率、電容器的額定電壓有關。該額定 端電壓等丁電容器的額定電壓乘以電抗率(一相中僅一個申聯段時)， 10kV申 聯電抗器的額定端電壓的選擇見表 4。表4 IQkV用戒電抗疆的融定端電田BUkd port viiILiec of 10 kV series ek+ImikcSS租參-MH電仇電獨n it iUfhAVM h AVniioo.iooixQSmoj 加j105/V3Ollhl4.5U/Jy01X65o.,uk6KIPJ* - - l|i I ,> Ja« J >il3 .19 1!*

17、1 g ''| I | V l| * I 4 r I|" I ll r J 4 Mi?izrji i130502申聯電抗器額定容量申聯電抗器額定容量等丁電容器的額定容量乘以電抗率(單相和三相均可按此簡便計算)。由此可見，申聯電抗器額定端電壓、額定容量均與電容器的額 定電壓、額定容量及電抗率有關。電容器的額定電壓、額定容量本文不作詳細分 析，下面著重分析申聯電抗率的選擇。3電抗率選擇的一般原則(1) 電容器裝置接入處的背景諧波為3次根據文獻4，當接入電網處的背景諧波為3次及以上時，一般為12%也 可采用4.5%6購12啊種電抗率。設計規范說的較含糊，實際較難執行。筆者

18、認為，上述情況應區別對待：1 ) 3次諧波含量較小，可選擇0.1%1%勺申聯電抗器，但應驗算電容器裝 置投入后3次諧波放大是否超過或接近國標限值，并且有一定的裕度。2 ) 3次諧波含量較大，已經超過或接近國標限值，選擇12源12加4.5% 6%勺申聯電抗器混合裝設。(2) 電容器裝置接入處的背景諧波為 3次、5次1 ) 3次諧波含量很小，5次諧波含量較大(包括已經超過或接近國標限值)， 選擇4.5%6%勺申聯電抗器，忌用0.1%1%勺申聯電抗器。2 ) 3次諧波含量略大，5次諧波含量較小，選擇0.1%1%勺申聯電抗器， 但應驗算電容器裝置投入后3次諧波放大是否超過或接近國標限值，并且有一定 的裕度。3 ) 3次諧波含量較大，已經超過或接近國標限值，選擇12源12加4.5% 6%勺申聯電抗器混合裝設。(3) 電容器裝置接入處的背景諧波為 5次及以上1 ) 5次諧波含量較小，應選擇4.5%6%勺申聯電抗器。2 ) 5次諧波含量較大，應選擇4.5%的申聯電抗器。(4) 對于采用0.1%1%勺申聯電抗器，要防止對5次、7次諧波的嚴重放 大或諧振；對于采用4.5%6