电力电容器的原理及实际应用

1、电容器与无功补偿一、电容器的原理1 .概念顾名思义，电容器是“装电的容器”，是一种容纳电荷的器件，英文名称：capacitor。电容器通常简称为电容，用字母C标示。2 .单位电容器所带的电荷量 Q与电容器两极板间的电势差U的比值，叫做电容器的电容，用C表不。C= ?C='?式中，电荷量 Q是用于度量电荷多少的物理量，简称电量，单位为库仑，简称库，符号为a库仑的定义是，若导线中载有1安培的稳恒电流，则在 1秒内通过导线横截面积的电量为1库仑。电压u的单位为伏特，简称伏，符号为V。电容器的单位在数值上等于两极板间的电势差为1V时电容器需带的电荷量。电容的物理意义是，表征电容器容纳（储存）电

2、荷本领的物理量。在国际单位制中电容的单位是法拉 （F）,这是一个非常大的物理量， 我们在电力系统中 常用的低压并联电容器， 电容一般不到一法拉的千分之一。 所以，常用单位还有微法（pF） 和皮法（pF）。1F=106w F=1012pF。对于一个确定的电容器而言，电容是不变的，C与Q、U无关。3 .构造11任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都可以构成电容器。在两个 相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘介质，就组成一个最简单的 电容器，叫做平行板电容器。（见图1）4 .电容器的大小平行板电容器的电容 C跟介电常数e成正比，跟正对面积S正比，跟极板间的距离d成反比：图1平行板电容?C=一 4?式中，

3、k为静电力常量，其值为 9.0X109Nm2/C2。静电力常量表示真空中两个电荷量均为1C的点电荷，它们相距 1m时，它们之间作用力的大小为 9.0X109N。e r为两平行板之 间的绝缘介质的相对介电常数，其值为绝缘介质的介电常数和真空介电常数的比值。S为两平行板相对部分的面积，单位为 吊，d为两平行板之间的距离，单位为 E凡和电介旗的介电京数喂空气1.005整事4-11石物之 口-2. 1云图6-B陶登6水81图2相对介电常数£ r5 .电容器的工作状态（1）充电：使电容器带电的过程，叫做充电，见图 3。（2）放电：使电容器两极板上的电荷中和的过程，叫做放电，见图 4。充电过程的

4、实质是其它形式的能量转化为电场能的过程（图3中用电池给电容器充电，是化学能转化为电场能），放电过程的实质是电场能转化为其它形式的能（图 4中电场能转 化为连接两个极板间的导线的热能）。所以，电容器是一种储存电场能的装置。图3电容器充电图4电容器放电6.电容器的相关公式(1)纯电容电路地电容电造CC 11?Qq= _- _= _?2?= ?= ?2?= ?= ?= ?，？?=?0? ?(?)?= ?sin?-? 90 ° )(?)式中，？3?-容抗，；C-电容，F; ?-电容两端电压，V; ?-电容上无功功率，W。(2)电阻电感电容串联电路?=，？?+ (?- ?)2矢量图图5纯电容电

5、路?=?，?+(?)?- ?)2 ?= ?= ?= ?电胤电感电容申赋电路U?= v?+ (?- ?)2? ? ? = 一.二? ?= ?= ?= ?豺？)= ?- ?先图?= ? V ?+(?- ?)2 ? ?(?) ?= ?sin? ?)(?)当？?> ?3射，系统为感性电路，当 ？?< ?,系统为容性电路。 (3)电阻电感串联后与电容并联电路图6混合电路?=，？?+ ?="? ?+ 初?= V?" + (?无-陶 2 = "(?+ (?)2A；矢图V图7阻串感并电容电路?口?心一枪?？. ?V(除?!?2+ ( ? 2?无-? ? ?=? = 1

6、?有？?？式中，邛有-电阻电感支路的有功分量电流，?无-电阻电感支路的无功分量电流，A;?未并电容前电阻电感电路的功率因数； ?饼电容后功率因数。二、电容器的作用电容器的作用有移相、耦合、降压、滤波等多种功 能，这里我们主要讨论电力电容器在电力系统中所发挥 的作用。电力电容器分为串联电容器和并联电容器，它们都改善电力系统的电压质量和提高输电线路的输电能力，是电力系统的重要设备。(1)串联电容器的作用a.提高线路末端电压。串联在线路中的电容器，利用其容抗？?才卜偿线路的感抗？?？使线路的电压降落减小，从而提高线路末端的电压，一般最大可将线路末端电压提高10%20%。具体计算公式可参照电容器相关公

7、式中的电阻电感电容串联电路。b.降低受电端电压波动。当受电端接有很大的冲击负荷(如电弧炉、电焊机、电气轨道等)时，串联电容能消除电压的剧烈波动。这是因为串联电容器在线路中对电压降落的补偿作用是随通过电容器的负荷而变化的，具有随负荷的变化而瞬时调节的性能，能自动维持负荷端的电压值。可以简单这么理解，由于电容器串联在线路中，当冲击负荷接入时， 线路阻抗急剧减小，受电端电压降低，此时电容器的工作状态为放电，使受电端的电压变化减小。c.提高线路输电能力。线路串入了电容器的补偿容抗？?，线路的电压降落和功率损耗减小，相应提高了线路的输送容量。d.改善了系统潮流分布。在闭合网络中的某些线路上串接电容器，部

8、分地改变了线路 电抗，使电流按指定的线路流动，以达到功率经济分布的目的。e.提高系统的稳定性。线路串入电容器后，提高了当线路故障被部分切除时(如双回 路切除一回，单回路单相接地切除一相)，系统等效电抗急剧增加，将串联电容器进行强行补偿，即短时强行改变电容器串、并联数量，临时增加容抗？?,使系统总的等效电抗减小，提高了输送的极限功率，从而提高系统的动稳定。(2)并联电容器的作用并联电容器并联在系统的母线上，类似于系统母线上的一个容性负荷，它吸收系统的容性无功功率，这就相当于并联电容器向系统发出感性无功。因此，并联电容器能向系统提供感性无功功率，提高系统运行的功率因数，提高受电端母线的电压水平，同

9、时，它减小了线 路上感性无功的输送，减少了电压和功率损耗，因而提高了线路的输电能力。(3)串联电容器与并联电容器分别用在什么情况一般来说，串联电抗器用于较高电压等级的输电线路中，用于提高线路末端电压，提高线路输电能力；并联电容器应用较为广泛，在10kV及以下电压等级的供电系统中，几乎所有的无功补偿装置均使用并联电容器补偿。这是由以下几个原因决定的：适宜用a .串联电容器可提高线路末端电压(具体计算公式见电阻电感电容串联电路)在远距离大容量的输电线路中，这种线路一般电压等级较高。b.串接于输电线路之中的电容器与并联在负荷端的电容器都可以增加输电线路负载容量的能力，但原理不同。串联电容器的作用是抵

10、消输电线路的电抗，从而减小输电线路的阻 抗，增大线路的输电电流，达到提高输电功率的目的；并联 电容器的作用是吸收系统的容性无功功率，减小输电线路上 的电流，增加线路带负荷的能力。c.变压器低压侧一般采用并联电容器补偿，这是由于如 果采用串联补偿，电容电流很大，而且串联补偿装置较复杂（如右图）。如果采用并联电容，则电容所受电流较小，结构较简单。并且，串联电容器主要起的作用为“电压补偿”，即提高受电端电压的作用，并联电容器主要起的作用是“电流 补偿”，即抵消线路中的无功电流，提高系统功率因数。由此 分析，变压器低压侧也应采用并联电容补偿。图8串补装置接线图d.并联电容器串联电抗器可以定向减小线路中

11、的高次谐波，这是串联联电容器所不容 易实现的功能。三、并联电容器的应用a.型号型号举例见右图。第一个字母B表示并联电容器系列；第二个字母 A （或 W、B、F、S、Z、K）表示浸渍剂为芳基甲苯（或烷基苯、异丙 基联苯、二芳基乙烷、石蜡、菜籽油、硅 油），其中芳基甲苯适应寒冷低温地区；第三个字母 M （或F、MJ）表示固体A M - 334 - 1 W''十V |>.便用耳堵：户作I相 ft：轴定密 （Hvsf ）额定电压比时-囿博介康：拿 港洋介瓜：隼鼻甲率-一-系列性君:弃口危容疗图9电容器型号由于串联电容器的应用较少，一般仅限于330kV以上的输电线路中，所以在此不做

12、详细 分析，我们主要讨论应用较为广泛的并联电容器。介质为全膜介质（或膜纸复合介质、金属化有机薄膜）；第一个特征数字为额定电压，kV;第二个特征数字为额定容量，kvar；第三个特征数字为相数，1或3;尾注号 W （或G、TH、H）表示户外使用环境（或高原地区使用、湿热地区使用、污秽地区使用），无尾注号的为户内使用。卜表为常见的低压电容器性能比较:型号介质特点市场应用价格BZMJ油式，介质为菜籽油 或色拉油电容的发展初期采用的一种产品，由于油式 电容在使用过程中受热膨胀，会使电容的外 壳变形，从密封处渗出，对环境污染较大， 严重时造成短路引起其他元件的损毁部分厂家维修 需要，市场还有 少量需求，不

13、建 议使用适中BSMJ相对干式，介质为一 种工业蜡（微晶蜡）油式向干式过渡的一种产品，在电容过热时， 介质会液化，如有渗漏对环境有一定污染目前市场应用 较多，推荐使用适中BKMJ干式，介质为硅油经过热定型成为固态，电容过热不会有液态 流出，起到环保作用。国家定为国际型电容 属通用型电容器目前市场应用 较多，性价比 好，推荐使用稍高表1常见的低压电容器b.结构图10为典型单相电容器的内部结构图。片，4为扁形元件，5为固定板，6为绝缘件, 外壳。其中扁形元件为电容器的基本组成单元， 高压电容器内部还含有放电电阻和熔丝(如图图中1为出线套管，2为出线连接片，3为连接 7为包封件，8为连接夹板，9为紧

14、箍，10为 电容器由多个电容元件经过并联、串联而成。11)。图10单相电容器图11电容器内部电气连接示意图目前我国低压系统中采用自愈式电容器，优点是具有优良的自愈性能，介质损耗小，温升低，寿命长，体积小，重量轻。自愈式电容器的特点是具有自愈性能。当介质击穿时，短 路电流会使击穿部位周围的金属膜融化蒸发，从而恢复绝缘，因此具有较高的运行可靠性。c.在低压电容补偿柜中的应用(1)单位换算并联电容器是低压电容补偿柜中的核心部件，对提高系统的功率因数起着决定性的作用。为了方便电容器的选用，电容器的单位一般为 kvar, kvar和电容器的基本单位 F之间的关系可以这样换算：对于一个BSMJ0430-3

15、的三项补偿角接电容器而言，其内部电气连接图如下图：该三相电容器白补偿容量30kvar,额定电流0.4kV,所以额定线电流为：？=?不v3?=30?c- = 43.3A ,因为是角接，所以0.4v3?相电流为？? =? -= 25A,由公式？?= = ?= ?2?旧V3?得每相电容容量为?= ?22? 25/400 ?2?50 = 1.99 X 10-4 F=199 口在电容器的铭牌上，额定电容值为三个单相电容 之和，所以额定电容为 199X 3=597 口。从以上的计算可以看出，电容器补偿容量越大， 电容值越大，对于三相共补电容器，角形连接，1kar期定舱压：400VMt补偿容量对应的三相电容

16、值为19.9 口。(2)星接与角接的区别补偿电容器的接线方式有星接和角接两种(如图13所示)，这两种接法各有什么优缺点呢？首先我们进行理论计算，假定同为补偿图12电容器铭牌30kvar的容量，按照我们之前的计算，角形连接的电容器每相电容额定电压为400V,额定容量为199 在星形连接的情况下，？=? =43.3A? _ = 30?_-v3?-0.4v3?拉? =? K = 400? k= 231?柏v3.v3则每相电容容量C为:的电容器比额定电压 400V的电容器贵了不少,1-芯轴，2-喷合金层，3-金属化层，4-薄膜图14低压自愈式电容器结构表2是电容器星形接法和角形接法的参数对比。电容器接

17、线 方式假定补偿容量（kvar）电容器额定电流（A）电容器额定电压（V）电容器额定容量（科D角形连接3025400199星形连接3043.3231597表2电容器星形接法和角形接法的参数对比注：电容器的额定电流、额定电压以及额定容量均指连接成星接或角接的单相电容器的额定值。 我们再来看成本的对比， 低压电容器我们一般采用金属膜自愈式电容器，这种电容器的单价与容量成正比，这点容易理解，但是我要说在额定容量相同的前提下，额定电压230V可能许多人就疑惑了，这是为什么呢？从图14可以看出，自愈式电容器主 要由金属化层以及中间的薄膜组成，金属化层作为导体，薄膜作为绝缘介质。由电容器公式 c= 4?以看

18、出，电容值与导体面积成正比， 与导体之间的距离（薄膜厚度）成反比。以 400V的电容器为例，用厚 8dm金属化膜时， 工作场强为50MV/m,如用厚7dm的金属化 膜，工作场强为 57. 14M V/m,而230V的 电容器，如维持与上述的工作场强相近时，则必须选用更薄的金属化膜，但45dm薄膜的价格要比78dm薄膜贵得多，故对 230V电 容器一般是采取降低工作场强的设计，按照国内的通常价格，同容量的 230V电容器的价格 为400V电容器的2倍以上。最后，从安全角度考虑，当电容器组发生击穿短路时，星形（中性点不接地）接线的故 障电流仅为其额定电流（相电流）的3倍，而如果是三角形接线，其故障

19、电流则为二相短路电流，因而星形接线对电容器运行来说比较安全。综合以上原因，一般高压补偿电容器多采用星形接法，这主要是从安全角度的考虑，低压补偿电容器多采用角形接法，主要是从成本方面的考虑。(3)共补与分补传统的低压补偿都是采用三相共补的方式，根据控制器统一取样， 各相投入相同的补偿容量，这种补偿方式适用于三相负载基本平衡、各相负载的?相近的情况；三相分补方式就是各相分别取样， 各相分别投入不同的补偿容量，适用于各相负载差 别较大，？?较大差别的情况。 与三相共补的 不同特点是：电容器接法为星接，单台电容器的额定电压为230V;控制器分相进行工作，互不 影响。三相分补的成本高于三相共补，一般要高

20、 20% 30%。从经济的角度出发，也可以采用混合补偿的方 案，即三相共补与三相分补相结合的接线方案。例如某厂家A接电容器组的单台电容器分别为400V,势雅也客g接三忸宾抄的犍理外我屯丁配y接三和分小何甚值电容器组仍采用400V的电容器，其单台铭牌容量图15共补与分补10、15、20、30kvar。丫接电容器组的单台电容器 分别为：230V, 3、4、5、6、8、10kvar。这种接 线方式的补偿装置，运行方式机动灵活， 其成套价 格低于三相分补的接线方案。也有的厂家对丫接的图16CJ19接触器与A接电容器组选用相同的电容器， 而Y接部分的电容器实际输出的容量只有铭牌的 1/3。这样做的目的是

21、由于 400V的产品比较便宜，即使实际容量较名牌值小，但由于工作场强低,寿命较长，且整个装置只用一个规格的电容器，互换性强。(4)并联电容器的投切开关交流接触器70年代广泛应用的PGJ补偿柜，都是采用交流接 触器作为并联电容器的投切开关，迄今仍有沿用。其优点是线路简单，成本较低，但是也有以下缺点：a.投入电容时产生倍数较高的涌流，容易在接触器的触点处产生火花，烧损触头；b.切断电容时，容易粘住触头，造 成拉不开；c.涌流过大对电容器本身有害，会影响使用 寿命。一般采用的措施是：a.适当选择额定容量较大的接触器，如用额定电流 40A的接触器投切15kvar的三 相电容器(IC= 21. 7A);

22、 b.采用专用的接触器，其型号 有 CJ1& CJ19 CJ20G B25CB75C、CJ41 等系列；c. 每台电容器加装串联小电抗器，用以抑制涌流。在这里说一下电容器投切专用接触器与普通接触 器有什么区别。电容器专用接触器在主触点(控制电容器的电路)吸合前，首先通过接通一组辅助触点，在辅 助触点上接入一电阻，对电容进行小电流充电， 大约数毫秒之后主触头接通，辅助触头中永久磁铁在弹簧反作用下释放，断开切合电阻，使电容器正常工作。图16中顶端的触点即为辅助触点，辅助触点引出的线绕成电话线的形式，起到了电抗的作用，可以进一步降低涌流。下表为国内某主要品牌的接触器主要参数性能：套数电隐CJ

23、I-25CJl-43CJ1W5电寿命万次】钝101Q歌京电就"口削有A17232?4372 2可捏电詹雪加6$10153dMN看是kwar)手凯叫12IS203050 140时酿定"稣电屋M50050050050050C抑制福就能力201b20Ie20 h动作条件及合：85511叫出动 睇故域困功率(V&詹动/保播川蝴110711110711200730他助触头控制者呈AC-1536CVA； DC-153H0.U0. 63Q M1.41.5图17 CJ19接触器主要参数性能双向晶闸管开关电路采用双向晶闸管的无触点开关电路(又称固态继电器) 取代交流接触器用于投切电容

24、器的接线如图16所示。其优点是过零触发，无拉弧，动作时间短，可大幅度地限制电容器合 闸涌流，特别适合于繁投切的场合。但也存在以下缺点：a.采用双向晶闸管制造成本高，晶闸管开关电路的补偿柜价格要比采用接触器的补偿柜贵70%80%左右；b.晶闸管开关电路运行时有较大的压降，运行中的电能损耗和发热问题不可忽视。以 BZMJ0. 4153并 联电容器为例，其额定电流为21. 7A,如晶闸管开关的电压降为 1V时，3个晶闸管开关电路运行时，损耗的功率为：P= 3X1X217=65. 1W,如补偿柜的无功功率为90kvar,则全部投入时，晶闸管的功率损耗为65. 1Xd390. 6W,以每天平均10h计，

25、日耗电量达3. 906kW-h年耗量约为1426kWh有功消耗的发热量还会增加整个补偿装置的温升，而 需采用相应的散热降温的措施，如采用接触器则基本上不消耗有功；c.晶闸管电路的本身也是谐波源，大量的应用对低压电网的波形不利。因此，除了对晶闸管开关电路加以改进外， 还应使之在完成开合闸操作后退出，仍由与之并联的接触器维持电容器的正常运行。等电压投零电流切的无触点开关电路等电压投零电流切的新型无触点开关电路的接线如图18所示，图中J为交流接触器的触点。其运行操作顺序说明如下：VD当投入电容器时，先由微电脑控制器发出信号给开关电路，使 之在等电压时投入电容器，微电脑的控制器紧接着又发信号给 接触器

26、，使其触点也闭合，将晶闸管开关电路短路，由于接触 器J闭合后的接触电阻远小于开关电路导通时的电阻，达到了节能和延长开关电路使用寿命的目的。当需要切除电容器时控图18新型开关电路制器先发信号给接触器，使接触器触点J断开，此时开关电路处于导通状态，并由开关电路在电流过零时，将电容器切除。本方案的优点是：运行功耗低、涌流小、谐波影响小，制造 成本低，开关电路和接触器的使用寿命长。(5)并联电容器的控制器电容补偿控制器的检测量主要有 ？?究功功率Q和无功电流 碗三种，传统的方式多 选用以？?测量的控制器，通过检测功率因数的大小控制接触器通断来投切电容器。 这种方式的主要缺点是：轻载时容易产生投切震荡，

27、重载时不易达到充分补偿，故新型的控 制器已不再选用以 cos。为检测量。检测量为 Q的控制器，其工作原理是将电压和电流的信 号送入霍尔元件或相敏放大器等具有乘法功能的器件，以测出Q= UIsin 4由于检测量和控制目标都是同一物理量，技术上是合理的，但检测难度要大些。检测量为？?的控制器，利用了相电压u由正到负过零的瞬间，恰好就是A相无功电流最大值？?max的原理，用相电压 u负过零信号控制，采用开关和简单的保持电路，以完成对？?实时检测。这种方案的优点是：检测方法简单，不会发生震荡，补偿效果与电网电压的波动无关。关于投切震荡， 现举例说明如下： 某用户的变压器容量为315kVA， 补偿总容量

28、为 100kvar ，用20kvar的电容共5只，控制器采用市面上常用的JKG型控制器，此控制器的控制物理量是功率因数， 目标功率因数投入门限是滞后0.92 ， 切除门限是滞后0.99， 在某时刻发现系统功率因数为滞后0.6,视在功率为12.5kVA,感性无功功率为10kvar,根据JKG型控制器控制原理系统功率因数低于目标功率因数时控制器必须投入电容器组， 当电容器组投入后由于多补偿了 10kvar 的容性无功功率，使得补偿后的功率因数为超前0.6，所以控制器又需切除刚投入的电容器组，这样就不停地来回重复动作，专业术语叫投切振荡。 其弊端有两点： 一是频繁而无意义的投切动作大大缩短了电容器组

29、合交流接触器的使用寿命， 第二电力系统虽然安装了补偿装置却达不到预期的补偿效果。 要解决这个问题我认为需要做到以下三点： 一是控制的物理量不能取功率因数， 应取无功功率或无功电流， 二是所有电容器组不能取等容量，应进行大小搭配，三是控制器应具有自动“挑选”合适电容器容量的能力。(6)电容柜内其他元器件隔离开关或断路器：作为低压电容柜主电路上的开关， 一般选隔离开关， 最好选刀熔开关， 这样比较经济实惠，有的用户倾向于选用断路器，这样也没有问题，但是价格要高出刀熔开关不少。在开关额定电流的选择上，一般取线路额定电流的 1.5 倍。熔断器或微型断路器熔断器或微型断路器串接在单个电容器的相线中， 作

30、为过流保护元件。 在这两个元件的原则上， 个人认为选择熔断器较好一点， 理由有以下两个： 一是熔断器承载短时冲击的能力要比同规格的断路器优秀的多， 考虑电容器的涌流冲击， 尽管有电抗或抑制涌流电阻， 但断路器存在瞬动， 容易引起误动作；二是断路器的分断能力较小，远远达不到要求。 有的厂家倾向于使用微型断路器的原因是熔断器熔丝断了用户不知道就给厂家打电话要求维修， 而用微断跳闸后用户容易发现，减小维修量，在成本上，两种元件相差不大。 GB50227-2008 规定，用于单台电容器保护的外熔断器的熔丝熔断电流，应按电容器额定电流的1.371.50倍选择。热继电器关于热继电器的使用一直存在争论， 现

31、在已经越来越多的厂家选择了不加热继电器。 电 容器在正常运行时没有过电流， 而且热继电器对涌流无作用， 热继电器的作用是当谐波电流 很大时， 对电容器起到保护作用， 但是这种情况出现的机率很小。 这因为电路中谐波含量不 会特别高， 即使出现这种情况， 也应该用电抗器来限值谐波电流， 而不是采用热继电器这种治标不治本的方法。 也就是说， 在实际运行过程中，热继电器起不了很大的作用， 而且给整台电容柜多增加了一个故障点。 根据多个厂家在取消热继电器后多年的运行经验， 实际运行 情况还是比较稳定的。基于以上原因，个人认为热继电器可以取消，如果要加的话，建议按照电容器额定电流的 1.25 倍来选取热继

32、电器。避雷器由于投切操作、 并联谐振等原因， 电容器两端可能出现过电压， 常用避雷器限制该过电压。 GB50227 规定， 避雷器用于限制并联电容器装置操作过电压保护时， 应选用无间隙金属氧化物避雷器，常见的型号为 FYS-0.22 。电抗器其目的之一是减少所串联带串联电抗器的电容器组目前广泛应用，另一个目的是将电容器组作为滤波器来治理谐波。电抗器的电抗率也是不同的。前者电抗率一般为0.1%1%,由制造厂选配，后者电抗率应根据背景谐波的不同，选择合适的电抗率。所谓电抗率K,就是所串联电抗器的感抗（3 L）和电容器容抗（1/3。的百分比，即K=3 2LQ 此处3= 2兀ff即基波频率50Hz。对

33、某次频率，如n次，感抗是neo L,或称n?%容抗是1/ncoC 或称？?，?。如果略去很多分支回路，某次谐波从谐波源出发，面临2个并联回路，其中一个回路是电网系统，另一个回路是串联电抗器的电容器组。如下图所示（假设系统基波电抗是？?：图19并联电容器串联电抗器系统谐波电抗为？?的 串联组谐波电抗是 门？方?况?=?/?？ 1/?）。设谐波源流出的 n 次谐波电流为？2 ?= ?+ ? ?朗流入系统的n次谐波电流，？?液流入电容器组的 n 次谐波电流。可分别得出：/OOOO 1（?-万）?勿?= 1 -?>（? 1）?+ ?=1?（? ?+ ?作为滤波器，当然希望谐波电流？瞬部流入电容器

34、组，即希望？?？ 1/?=0,即？= 1/?2。 对3次谐波，?= 11% ,对于5次谐波，?= 4% ,对于7次谐波，?= 2%。但若果真如此， 这种现象就叫串联谐振，谐波电流大量流入将威胁电容器组，造成电容器大量损坏，因此K应靠近，又要躲开 11%, 4%, 2%。根据GB50227-2008并联电容器装置设计规范推荐，抑制3次谐波的串联电抗器电抗率为12%,抑制5次谐波的电抗率宜取 4.5%5%。按照这样的电抗率组成的电容器组， 一方面能吸收部分系统内的谐波电流，一方面又不致引起电容器过热。根据IEC的规定，所选电抗率应为K=1.25X 1/n2,该式来源于 K=1/（0.9n）2, 0

35、.9是考虑到不大于10%的调谐偏差率。按这个规定，对于3次谐波来说，选用14%,对5次谐波来说， 选用5%,7次谐波来说，选用 2.6%。按照英博公司的标准，电抗率有14%、7涮口 5.5%,如果系统中存在 5次谐波，可以选择5.5%或7%的电抗率，如果系统中存在 3次谐波，则需要14%的电抗率。? ?之比，即电容器串联电抗器治理谐波的效果如何呢？在这里先引入谐波电压放大率的概念。由于 谐波源为电流源，谐波电压放大率与谐波电流放大率相等，在数值上等于?- 1|-Z|?2(s+ K) - 1(? 1)?)?=?) ?|1?1 =(? ?+ ?式中，？?为谐波电流放大率，K为电抗率，s=?

36、3;?=?>?>?, ?为电容器装置接入处 母线的短路容量，？?就电容器装置容量。当上式的分母数值等于零时，谐波放大率？?为无限大，表示电容器装置与电网在第n次谐波发生并联谐振，并可推导出电容器装置的谐振容量？?为：?= ?私？ - ?）当上式中分母数值不为零时，？私?的数值越大，表示谐波对系统的影响越大，反之影响越小。下面我们看一个具体的例子：设10kV系统的容量无限大，10/0.4kV配电变压器容量为 1600kVA,其短路电抗为 6%,低压侧电容器为 500kvar,那么，? ? ? ? ?”同n、k下）分别是多少呢? 系统的短路容量？?？1.6?=26.7MVA0.06系统

37、的感抗？?为：0.42?=0.006 Q 26.7电容器的容抗？?汨：0.42?=0.32 Q0.5电容器装置的谐振容量？?由：谐波次数 电抗3575.5%1498-401-9247%1098-801-132414%-771-2670-3193谐波放大率？?为:电抗率谐波电压放大率?K1次2次3次4次5次6次7次8次9次0.1%1.021.081.211.441.933.3429.493.551.531%1.021.081.231.562.6718.291.250.430.145.5%1.021.111.500.670.440.590.650.680.697%1.021.121.840.290

38、.620.690.730.740.7512%1.021.170.320.750.810.830.840.850.8514%1.021.210.610.810.840.860.860.870.87从以上例子中可以看出，低压电容器的配置可以躲开谐振容量？?从谐波电压放大率的计算来看，电抗率 5.5%比7%的效果好，对5次谐波的抑制效果更明显，而且对 3次谐波 的放大作用较小；电抗率 12%和14%与此类同。那么是不是选用电抗率 5.5%和12%就一定比选用电抗率 7%、14%更合理呢？答案是否 定的，主要有以下两个原因：一是因为 5.5%和12%更接近于串联谐振的电抗率，造成流入 电容器组的谐波电

39、流较 7%和14%大，对电容器组来说是不小的考验；二是因为各种元器件 存在制造偏差、运行条件偏差等，选用的电抗率离串联谐振的电抗率较近也会增大发生串联 谐振的风险。要做到合理选用电抗率，必须了解电容装置接入处母线的背景谐波，根据实测的结果选取，使电容器与串联电抗器得到合适的匹配。a.当电容装置接入处的背景谐波为3次，且含量已超过或接近标准时，宜选用 12%14%串联电抗器；b.当电容装置接入处的背景谐波以3、5次为主，且两者含量均较大 （其中之一已超过 或接近标准时)，宜选用12%14%与4.5%7%两种电抗率混装方式，以保证抑制 3次谐波 放大为前提(据验算，串接12%14%电抗器的电容器组

40、容量大于总装置容量的 15%即可)。该方案的优点是比全部串接 12%14%方案可降低无功与有功损耗，缺点是投切顺序是必须先投12%14%的电容器组，再投低电抗率电容器组，切除时则相反。C.当电容装置接入处背景谐波以3次为主，5次以上谐波含量较小，且经验算电容装置投入后，3次谐波有所放大，但未超标且有裕度，应选用0.1%1%的串联电抗器；d.当电容装置接入处的背景谐波以3、5次为主，3次谐波含量较小，5次谐波含量已超过或接近标准，应选用 4.5%7%串联电抗器，不能用 0.1%1%的串联电抗器。e.当电容装置接入处背景谐波为5次及以上时，且5次谐波含量较大，应选用 4.5%7%串联电抗器。f.当

41、电网中含有多种谐波成分，且都具有较大含量时，串联电抗器的选用，应使电容器支路对于在较大含量的各次谐波中的最低次谐波总阻抗呈感性，此时该电容器支路对于较大含量的各次谐波均不会产生放大作用。串联电抗器的电抗值？?为?= & ?式中？为具有较大含量的最低谐波次数，”为可靠系数，一般取 1.21.5。g.对于新建的变电所，无从得知电网的背景谐波，电容装置选用阻尼式限流器，限流 器中串联电抗器的额定电流按电容器组的最终容量考虑选择。谐波的防治应在谐波源就地治理。(7)限制涌流计算分析根据GB50227-2008规定，电容器组投入电网时的涌流计算公式如下:o 1?= ;?(1 - ?'?)

42、+11?= 1 -/?V1 +? ?= ? + ?)式中，魏?-涌流峰值的标幺值(以投入的电容器组额定电流峰值为基准值)；?同一母线上装设的电容器组总容量(Mvar)；?)正在投入的电容器组容量 (Mvar);?-所有正在运行的电容器组容量 (Mvar);?-电源影响系数。单组电容器投入时，通常合闸涌流不大，在电容器组接入处的母线短路容量不超过电容器组容量的80倍时，单组电容器的合闸涌流将不超过10倍电容器组额定电流。电容器组追加投入时的涌流倍数较大，而且组数愈多，涌流愈大，投入最后一组电容器时涌流达到最大。 高频率高幅值涌流对开关触头和回路设备的绝缘将会造成破坏。根据国内多年的运行经验，确定

43、了涌流的限值倍数，因为20倍涌流未见对回路设备造成损坏，所以规定20倍涌流作为限值。我们可以根据上面的公式计算涌流，实际上，只要装设有抑制谐波的串联电抗器，合 闸涌流均不会超过电容器组额定电流的20倍。将该公式带入上面我们所举的示例，当串联电抗器的电抗率不小于0.3%时，在任意一步电容器投入时，涌流都不会超过电容器组额定电流的20倍。(8)电容器的参数选择在确定了电容器总的补偿容量和相应的电抗率后，下一步就需要确定电容器的参数了。 电容器的参数主要有额定容量、额定电压。确定了总的补偿容量后，单只电容的容量如何选择呢？为了使变压器在各种负荷情况下都能得到较为精确的补偿，单步电容器投入的容量越小越

44、好。但是，由于无功补偿控制器的路数有限（一般为 412路），而且受限于电容柜的空间和成本，也不能布置太多的小容量 电容。所以，电容器的搭配至关重要。在这方面，一些电容器生产厂家生产的电容柜内的电容组合较为合理，可以作为借鉴。以 300kvar电容补偿为例，约克森电气 （Yorkson Electric） 给出的电容组合有两种，一种是40kvarX6+20kvarX3的组合，一种是 40kvarx 6+30kvarX 2的组合。前一种的最小补偿步数为20kvar,后一种的最小补偿步数为 30kvar,前者补偿较精确，但后者的成本较低。众所周知，电容器的输出容量与其运行电压的平方成正比（即？?= ?”,电容器运行在额定电压时，则输出额定容量，当运行电压低于额定电压时，则电容器的输出容量也就低于额定容量（俗称亏容）。因此，在选择电容器的额定电压时，如果安全裕度取值过大，则输 出容量的亏损也大， 所以应尽量使其接近额定电压。反之，如选择的电容器额定电压低于运行电压，将会造成电容器运行过载，如果长期过载运行，会使电容器内部介质产生局部放电，从而造成对电容器绝缘介质的损害。局部放电会使固体介质和液体介质分解，介质分解产生的臭氧和氮的氧化物等气体，将会使电容器的绝缘介质受到化学腐蚀，造成介质损耗增大， 产生