关于电容器与电网谐波的相互影响

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1、论述电容器与电网谐波的相互影响水利水电学院1043010984姚舒在工业企业配电系统中,广泛装有用于无功补偿的并联电力电容器,以期提高用户的功率因数,减少电网电能损耗和提高配电变压器的利用率。然而,理论分析表明,当电网因接有谐波源设备而存在高次谐波时,并联电容器与电网谐波间将相互影响,给电网和用户造成严重危害。电容器与电网谐波的相互影响包括:(1)电网谐波危及电容器的安全运行,如谐波电压引起电容器谐波过流等;(2)电容器对电网谐波有一定放大作用,使电压质量进一步下降,危害电网其他电力用户的用电质量。对于低压用户而言,谐波的影响表面上主要表现为配电变压器啸叫、电容器支路电器(如交流接

2、触器、防冲击电抗器、电容器)损坏,由电网供电的无线电设备噪音增大等。1.谐波对电容的影响1.1并联电容器回路电能损耗加大在变电站低压母线并联补偿电容器回路中，通常串联了电抗器。电容器的模型是电阻和电容的串联，电抗器是电阻和电感的串联。根据电容电路的有功损耗功率为：（1）（1）式中的I为电容器回路中总电流的有效值，包括回路中的各次谐波电流，其值为：（2）式中为各次谐波电流。从（1）（2）式中，可以看出，电容器回路中电流波形畸变越大，各次谐波电流含量越高，电能损耗就越大。1.2电容器组的谐波谐振在并联补偿电容器回路中，对于基波电流，由于系统的感抗正常时远远小于容抗，因而不会发生谐振，但

3、当含有谐波分量时，系统阻抗发生变化，在一定参数下就有可能发生谐振。当变电所靠近大的谐波源，并且电路中串联了电抗器时，可能发生串联谐振；当没有串联电抗器时，只可能发生并联谐振。1.2.1并联谐振并联谐振是谐波电压谐振，并联谐振引起的过电压和过电流引起过负荷，将增大损耗，损坏设备，它的危害是很大的。谐振时，等效阻抗对谐波呈现极大的阻抗，公共连接点的谐波电压大幅度增大，电容器组支路的谐波电流大幅度增加。1.2.2串联谐振串联谐振是串联电抗器与并联电容器组产生的谐振。其谐振频率为时发生串联谐振，此时电容器支路的阻抗很小，而电容器两端的电压可能很高，并流过全部谐波电流，因此串联系谐振是电流谐

4、振。1.3缩短电容器的使用寿命谐波对电容器使用寿命的影响，主要表现在三个方面：电容器局部放电性能的劣变，工作电压升高和电能损耗的加大。51.3.1电容器局部放电性能的劣变并联电容器的局部放电性能，通常用起始放电场强和局部放电熄灭场强两个参数来表征。当电容器的局部放电熄灭场强低于工作场强时，在操作过电压下发生的局部放电就可能在工作场强下不熄灭，而形成长时间的局部放电，最终使电容器损坏。当系统中存在谐波时，使电压波形发生畸变，电压波形呈现出不同程度的尖顶波，电压峰值增大，局部放电时间增长，加速电容器介质老化，从而缩短电容器的使用寿命。1.3.2电容器工作电压升高的影响研究表明，电容器的

5、绝缘介质工作寿命与有机绝缘材料电老化的一般规律相符，即：(3)式中：Z为绝缘介质的工作寿命；U为电容器的工作电压；为取决于介质材料与结构的指数，一般取7~9。由（3)可知，当电压升高10%，电容器的寿命就要缩短1/2。当电网中有谐波存在时，工作电压的有效值U是各次谐波电压有效值的平方和根，如式（4）:(4)谐波升高了电容器的工作电压，从而缩短了其使用寿命。1.3.3电能损耗的加大对电容器寿命的影响电能损耗的加大，导致电容器异常发热，升高了电容器的工作温度。由于电容器介质材料是高分子有机物，在电场和温度作用下，发生一系列的物理、化学变化，使材料逐步老化，直到完全失去介电能力。根据热老

6、化理论，电容器的介质工作温度越高，其老化速度越快，使用寿命就越短。2.电容器对电网谐波的影响有串联电抗器的并联电容补偿装置在同一母线上，接具有非线性负荷形成的谐波电流源，是注入系统的n次谐波电流，是流过电容器的n次谐波电流。此时，谐波源的外阻抗为电力系统的感性阻抗与电容器容抗相并联的阻抗。由于电容器组和系统参数共同作用，可能出现以下几种放大现象：（1）>,即/>1,电容器回路n次谐波电流放大；（2）>,即/>1,系统对n次谐波电流放大；（3）>,>,n次谐波电流既对电容器回路放大，又对系统放大，称为n次谐波电流的严重放大。5若接入系统的电力电容器为纯电容元件，即，则可得出谐波电流的

7、分流算式为：（7）（8）从式(7)和式(8)可以看出,进入电容器回路的谐波电流和流入系统的谐波电流均大于谐波电流，这就是电容器对谐波电流的放大现象，较大的使电容器过载。最为严重的情况是当时，系统等值阻抗n和电容器组回路容抗构成谐振条件,电路即发生了电流谐振，此时,电流分流算式为（9）（10）式中，Q=/为电场能量和磁场能量与有功功率的比值,称为电路的品质因数.这使得即使很小的高次谐波电流也会被放大放大倍数为Q,长期在低次谐波共振条件下运行对电容器是非常不利的。由谐振条