低压并联电容器组串联电抗器抑制谐波的作用

1引言

并联电容补偿装置由于容量组合灵活、安装维护简便、投资省等原

因而广泛应用于电力系统。作为无功电力的主要电源，对于电力系统调

相调压、稳定运行、改善电能质量和降损节能具有重要作用。随着电力

事业的迅速发展，电容装置安装投运容量亦迅速增长。同时随着电力电

子技术的广泛应用，带整流器的设备如变频调速装置、UPS电源装置,

以及软起动器、新型节能电光源等产生高次清波电流的电气设备应用越

来越多，给电网带来了严重的谐波污染，导致一系列的设备问题。如电

动机振动、发热，变压器产生附加损耗，使容性回路过电流，干扰通讯，

电子设备误触发等等。因此，对谐波的污染须予以重视。抑制谐波的措

施很多，常见技术措施如改变变压器的接线方式；加装滤波装置；加装

静态（动态）无功补偿装置；在电容回路加装串联电抗器等等。

目前，国内很多用电单位使用传统的单纯电容器进行无功补偿.其

补偿装置的运行受到严重威胁，电力电容器的故障率越来越高。本文主

要探讨给电容器加装串联电抗器以达到抑制谐波的对策，避免电容器与

电网产生串联或并联谐振，从而改善系统的功率因数和保证补偿电容器

的稳定运行。

2谐波对补偿系统的影响

在无功补偿系统中，电网以感抗为主，电容器回路以容抗为主。在

工频条件下，并联电容器的容抗比系统的感抗大很多，补偿电容器对电

网发出无功功率，对电网进行无功补偿，提高了系统的功率因数。在有

背景谐波的系统中。非线性负荷会产生大量的谐波电流注入电网，引起

电压及电流波形畸变。影响电力电容器的正常运行。

2.1造成电容器过电流谐波分流原理图如图1所示：

图1谐波分流示意图

n次谐波下变压器阻抗：Xs(n)=2nf(n)L(l)n次谐波下电容器阻抗：

Xc(n)=l/2nf(n)L(2)

存在高次谐波时,由于f(n)的增大，从而导致Xs(n)增大及Xc(n)减

少，从而导致谐波电流大量涌入电容器。假设电容器工作运行在满载电

流，若加上谐波电流后.电容器运行电流大于1.3倍的额定电流，电

容器将出现故障。

2.2与系统产生并联谐振当大量的非线性负荷挂网运行时，将在电

网产生严重的电压畸变和电流畸变。此时的谐波源相当于一个很大的电

流源，其产生的谐波电流加在系统感抗和电容器的容抗之间，形成并联

回路如图2所示。

图2并联谐振原理图

从图中可以看出谐波电流一部分流经Xs（n）,一部分流经Xc（n）,回

_-S(n)X(-Xc(n))

tC(n)()(

/n+(-Xcn))(3)

路阻抗为:

当n为某次谐波时，电网感抗等于电容器容抗Xc（n）时，形成并联

谐振，此时并联回路总阻抗等于无穷大。谐波电流流经阻抗无限大的回

路时。将产生无限大的谐波电压，无限大的智波电压将在电网和电容器

间产生大电流，造成电容器故障。

3串联电抗器对谐波的抑制

电气设计中多采用在无功补偿电容器回路串联电抗器来抑制谐波。

谐波源从电力系统中吸收的畸变电流可分解为基波分量和谐波分量，其

由表1可知。无功补偿回路串联电抗器要实现对谐波电流的抑制，

须使回路电抗对谐波源产生的低次谐波电呈电感性，即满足：

_XL1

电抗率"二元(6)

n为主要谐波的低次数，从上述讨论可知，对同一系统，由于K值

不同，其运行状况截然不同，因此正确选择电抗器电抗率K值是十分重

要的。

*1XL、XC在不同取值下的回踣特性分析

回路阻

类型备注

抗特性

中联谐振.n次谐波电流全部

00.=xjn呈电阻性流经无功朴偿回路，电容器组

可能出现谐波过负荷现象

系统和电容器两支路谐波电

nX<X/n呈电容性

Lc流都受到不同程度的放大

串联XL可阻止谐波放大，电

呈电感性容器流人小*谐波电流减轻

nXL>Xc/n

过负荷

产生谐波电流共振，谐波电流

nX=X/n-nX呈电容性

5cL被圾度放大

性电抗率的选择

在《并联电容器装置设计规范》GB50227-2017中指出了串联电抗

器电抗率的配置标准："用于抑制谐波时，电抗率应根据并联电容器装

置接入电网处的背景谐波含量的测量值选择。当谐波为5次及以上时，

电抗率宜取5.0%;当谐波为3次及以上时,电抗率宜取12.0%,亦可

采用5.0%与12.0%两种电抗率混装方式。"

因此在选择并补装置串联电抗器电抗值参数时，一定首先研究一下，

供电系统中具有什么样的主要谐波次数范围，然后确定其电抗值的百分

比，要避开可能出现的谐波放大区域。

由式（6）可得：

O）L

*=师,即LC=K/%

式中3为基波角速度M=2nf=100TT

此时。实际调谐频率为：

1150

卜=2ZIZ=27r而/=衣

由式（7）可知，妇系统背景谐波以5次谐波为主，应串5%或6%电

抗器，谐振点为224Hz或204Hz（可避免产生大于5次谐波250Hz的

谐振）；如背景谐波以4次谐波为主，应串7%或8%的电抗器.谐振点

为189Hz或177Hz（可避免产生大于4次谐波200Hz的谐振）；如系统

背景谐波以3次谐波为主，应串12%或13%电抗器。谐振点为144Hz

或139Hz（可避免产生大于3次谐波150Hz的谐振）。

5串联电抗器后需注意的问题

串联电抗器后会带来些新的问题，如果不注意，同样会对电容器的

使用造成危害。

5.1电容器额定电压选择

在选择电容器额定电压时要考虑电容器组投入运行后的预期母线

运行电压。为了使电容器的额定电压选择合理，达到经济和安全运行的

目的，在分析电容器预期的运行电压时，应考虑下面几种情况：

(1)并联电容器装置接入电网后引起的电网电压升高；

(2)谐波引起的电网电压升高;

(3)装设电抗器引起的电容器端子电压升高；

(4)相间和串联段间存在的容差，将形成电压分配不均，使部分

电容器承受的电压升高；

(5)轻负荷引起的电网电压升高。

故综合考虑后电容器额定电压的选取按下式确定：

「L05%

V^S(l-K)

其中,UCN为单台电容器额定电压,USN为接入点系统电压,S为

电容器组每相的串联段数，K为电抗率。以低压400V系统，串联6%

电抗率的电抗器为例，计算电容器额定电压UC=446.8V,即电容器的

额定电压应考虑按450V以上才是可靠的。

5.2电容器补偿容量选择

串联相应电抗器以及确定补偿电容器额定电压后，安装容量与实际

输出容量是不同的，两者关系可按下式计算：

1Uf

Q?=厂7q.碍⑼

式中Qi为电容器输出容量，Q2为电容器安装容量，U2为电容器

运行电压，Ui为电容器额定电压，K为电抗率。可见，若单纯提高电容

器额定电压。实际运行时，低于额定电压，会出现无功容量亏损,造成

无功补偿的不足。所以在选择补偿电容容量时，应考虑串联电抗器造成

的电容器输出容量的变化.并应留有部分裕量。

5.3谐波放大现象

由式(6)可得，如串联电抗器电抗率为6%，则并补回路的抑制谐波

n>lr-T7=4.08（次）

的低次数为：v.UO

即6%串联电抗器抑制5次及以上次数的谐波.而对3次及以上次

数的谐波电流的放大程度非常严重，从而导致电容器组损坏。因此经过

大量运行及经验数据，国家规定。需抑制5次及以上次数的谐波，同时

避免对3次以上谐波的放大，电抗率可选为4.5%0另外，为了解决3

次谐波放大问题，有的变电站的电容器组并非每组都串联6%电抗器，

而是有几组串6%电抗器，另外几组串12%或13%电抗器。针对某种

背景谐波，选择串联电抗率时，首先要研究一下，供电系统中具有什么

样的主要谐波次数范围，然后确定其电抗值的百分比，避免发生并联、

串联谐振，以及谐波放大现象。

安科瑞AZC/AZCL智能集成式电容器介绍

6.1产品概述AZC/AZCL系列智能电容器是应用于0.4kV、50Hz

低压配电中用于节省能源、降低线损、提高功率因数和电能质量的新一

代无功补偿设备。它由智能测控单元，晶闸管复合开关电路，线路保护

单元，两台共补或一台分补低压电力电容器构成。可替代常规由熔丝、

复合开关或机械式接触器、热继电器、低压电力电容器、指示灯等散件

在柜内和柜面由导线连接而组成的自动无功补偿装置。具有体积更小，

功耗更低，维护方便，使用寿命长，可靠性高的特点，适应现代电网对

无功补偿的更高要求。

AZC/AZCL系列智能电容器采用定式LCD液晶显示器,可显示三

相母线电压、三相母线电流、三相功率因数、频率、电容器路数及投切

状态、有功功率、无功功率、谐波电压总畸变率、电容器温度等。通过

内部晶闸管复合开关电路，自动寻找投入（切除）点，实现过零投切，

具有过压保护、缺相保护、过谐保护、过温保护等保护功能。

6.2产品选型

AZC系列智能电容器选型：

补偿段切装置容里外形尺寸(mm)

规格型号

方式类型（kvar）长度宽度高度

20+20AZC-SP1/450-20+2C38080300

15+15AZC-SP1/450-15+1E38080270

三相20+10AZC-SP1/450-20+1C38080270

复合开关

共补10+10AZC-SP1/450-10+1C38080250

投切

SP110+5AZC-SP1/450-10+538080250

5伤AZC-SP1/450-5+538080250

2.542.5AZC-SP1/450-2.5+2.538080250

补偿投切装置容里外f多尺寸(mm)

规格型号

方苴类型长度宽度高度

20+20AZC-SP1/450-20+20（J）38080300

15+15A2C-SPl/450-15+15（J）38080270

20+10AZC-SP1/450-20+10CJ）38080270

三相

同步开关10+10AZC-SPl/450-10+10（J）38080250

共补

段切10+5AZC-SP1/450-10-*5（J）38080250

SP1

5伤AZC-SPl/450-5+5（J）38080250

AZC-SPl/450-2.5*2.5（J

2.5+2.538080250

）

单相3GAZC-FP1/250-3038080330

复合开关

分补20AZC-FP1/250-2038080270

投切

FP115AZC-FP1/250-1538080270

10AZC-FP1/250-1038080250

7.5AZC-FP1/250-7.538080250

5AZC-FP1/250-538080250

30AZC-FPl/250-30（J）38080330

20AZC-FPl/250-20（J）38080270

同步开关15AZC-FPl/250-15（J）38080270

投切10AZC-FPl/250-10（J）38080250

7.5AZC-FP1/250-7.5（J）38080250

5AZC-FPl/250-5（J）38080250

AZCL系列智能电容器选型：

补偿电抗器容里外形尺寸(mm)

规格型号

方式类型(kvar)长度宽度高度

40AZCL-SP1/480-10-P7480200380

35AZCL-SP1/480-35-P7480200380

30AZCL-SP1/480-30-P7480200380

电抗军7%25AZCL-SP1/480-25-P7480200380

材质铝20AZCL-SP1/480-20-P7480200380

15AZCL-SP1/480-15-P7480200380

10AZCL-SP1/480-10-P7480200380

三相

5AZCL-SP1/480-5-P7480200380

共补

40AZCL-SP1/525-40-/p>

SP1

35AZCL-SP1/525-35-/p>

30AZCL-SP1/525-30-/p>

电抗军

25AZCL-SP1/525-25-/p>

14%

20AZCL-SP1/525-20-/p>

材质铝

15AZCL-SP1/525-15-P：4480200380

10AZCL-SP1/525-10-P：4480200380

5AZCL-SP1/525-5-/p>

单相电抗军7%30AZCL-FP1/280-30-P7480200380

分补材质铝25AZCL-FP1/280-25-P7480200380

FP120AZCL-FP1/200-20-P7400200380

15AZCL-FP1/280-15-P7480200380

10AZCL-FP1/280-10-P7480200380

5AZCL-FP1/280-5-P7480200380

30AZCL-FP1/280-30-/p>

25AZCL-FP1/280-25-/p>

电抗军

20AZCL-FP1/280-20-/p>

14%

15AZCL-FP1/280-15-/p>

材质铝

10AZCL-FP1/280-10-/p>

5AZCL-FP1/280-5-/p>

补偿电抗器容里外形尺寸Gm)

规格型号

方式类型(kvar)长度宽度高度

40AZCL-SP1/480-10-P7480200380

35AZCL-SP1/480-35-P7480200380

30AZCL-SP1/480-30-P7480200380

电抗军7«25AZCL-SP1/480-25-P7480200380

材质洞20AZCL-SP1/480-20-P7480200380

15AZCL-SP1/480-15-P7480200380

10AZCL-SP1/480-1O-P7480200380

三相

5AZCL-SP1/480-5-P7480200380

共补

40AZCL-SP1/525-40-/p>

SP1

35AZCL-SP1/525-35-/p>

30AZCL-SP1/525-30-/p>

电抗率

25AZCL-SP1/525-25-/p>

14%

20AZCL-SP1/525-20-/p>

材质洞

15AZCL-SP1/525-15-/p>