張寧

摘 要：諧波電流的形成與存在會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生一定的影響，本文分析了諧波電流對(duì)電力電容器的影響，進(jìn)一步明確了諧波電流在電容器支路中放大、分流、諧振和發(fā)生并聯(lián)諧振的條件及對(duì)電容器的影響。

關(guān)鍵詞：諧波電流；電力系統(tǒng)；電力電容器

大功率電子設(shè)備是現(xiàn)代電力系統(tǒng)非常重要的污染源之一，這些電子設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中會(huì)在電網(wǎng)中形成諧波電壓以及電流，它們的存在對(duì)于電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)非常不利的，會(huì)降低電網(wǎng)中電能的傳輸效率，增加輸送損耗，嚴(yán)重的甚至還會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)中電力設(shè)備的損壞。在裝置有無(wú)功功率補(bǔ)償電容器時(shí)，某些情況下諧波電流會(huì)被放大，使得電力系統(tǒng)中流經(jīng)電容器的電流超出設(shè)定的額定電流，最終導(dǎo)致電力電容器被燒毀。所以，本文研究諧波電流對(duì)電力電容器的影響，進(jìn)一步明確二者之間的影響關(guān)系，從而提出防止電力電容器因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)中諧波電流過(guò)載而造成的不利影響的應(yīng)對(duì)措施，確保電力電容器的正常運(yùn)行。

1 電力系統(tǒng)中形成諧波電流的特征

在電力系統(tǒng)中諧波電流的幅值和直流負(fù)載電流成正比，同時(shí)觸發(fā)角以及重疊角的角度也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。在系統(tǒng)中的負(fù)載電流值以及觸發(fā)角角度固定時(shí)，重疊角的角度愈大，諧波電流愈小；當(dāng)重疊角消失時(shí)，電力系統(tǒng)中的諧波電流值處在最大。N次諧波電流的最大值Inmax和基波電流I基之間的關(guān)系可以用下面的公式來(lái)表達(dá)：

通過(guò)該公式我們能夠得知，諧波電流的最大值和諧波的次數(shù)為反比關(guān)系。當(dāng)系統(tǒng)中的重疊角角度不是零時(shí)，諧波電流幅值可以由諧波電流最大值乘以修正系數(shù)來(lái)計(jì)算得出，In=Kn Inmax。修正系數(shù)可以由修正系數(shù)的曲線來(lái)得出。

2 電力電容器內(nèi)的諧波電流分析

通常來(lái)講，和系統(tǒng)側(cè)及電容器組本身的阻抗相比，整流裝置的諧波阻抗更大。因此，在對(duì)電力電容器內(nèi)的諧波開(kāi)展分析的過(guò)程中，在直流負(fù)載值不變時(shí)，我們可以把諧波源看成恒流源。在這種情況下，諧波電流對(duì)電力電容器的影響作用就主要由電力系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)來(lái)決定。大部分狀況下，電力系統(tǒng)中的諧波源和電容器位于一根母線，這時(shí)電路的結(jié)構(gòu)為并聯(lián)電路特征。電力電容器支路串聯(lián)電抗器時(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及等值電路示意圖如下圖1所示。

其中：Xs表示電力系統(tǒng)中的基波電抗；xl表示支路中的基波電抗；xc表示電力電容器本身的基波容抗。

通過(guò)等值電路公式（2）（3）我們可以得知：

（1）在nxl-xc/n<0時(shí)，Icn>In，諧波電流在支路中呈現(xiàn)放大狀態(tài)；

（2）在nxs+（nxl- xc/n）=0時(shí)，系統(tǒng)電路出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，且在諧振點(diǎn)周圍Icn遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于In，此時(shí)就可能會(huì)出現(xiàn)Icn>Ice，使系統(tǒng)中的電力電容器遭受巨大威脅；

（3）在nxl- xc/n>0時(shí)，Icn>In，這時(shí)系統(tǒng)中的電容器諧波電流值比較小，不會(huì)對(duì)電容器造成很大的威脅。

3 電力電容器的承受極限分析

電壓波形中出現(xiàn)高次諧波的情況下，會(huì)引起高頻電場(chǎng)，在高頻電場(chǎng)中，會(huì)加速電力電容器的老化速度，另外，諧波電流的出現(xiàn)也會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱，使環(huán)境溫度上升。所以，在實(shí)際工作中，如果系統(tǒng)中出現(xiàn)諧波源以及諧波電流，那么應(yīng)該對(duì)位于其中的電容器承受極限進(jìn)行校驗(yàn)。

電流的極限為：

電壓的極限為：

只有滿足了這些條件，才能夠有效確保電容器處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

4 防止電力電容器因?yàn)橹C波電流過(guò)載而造成的不利影響的應(yīng)對(duì)措施

因?yàn)楫?dāng)電力電容器處于有諧波源存在的電力系統(tǒng)中時(shí)，諧波電流被放大后非常有可能導(dǎo)致電容器發(fā)生過(guò)載，所以，在設(shè)計(jì)相關(guān)電路時(shí)，要對(duì)諧波源以及諧波電流進(jìn)行充分考量，如果有必要可以采取合適的應(yīng)對(duì)方式，確保電力電容器不會(huì)出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象，保障其運(yùn)行安全。

（1）加大整流的相數(shù)，對(duì)諧波電流的幅值進(jìn)行限制；

（2）在電容器支路中串聯(lián)電抗設(shè)備，從而使得電容器支路的總阻抗與各次諧波之間呈感性，實(shí)現(xiàn)對(duì)流經(jīng)電力電容器支路諧波電流值的控制。在實(shí)際工作中，可以通過(guò)nminxl=kxc/nmin（其中K表示可靠性系數(shù)，其取值范圍是1.2-1.5）來(lái)進(jìn)行計(jì)算，確保最低次諧波電路感性。

（3）改變系統(tǒng)接線或者電容器的容量，使其避開(kāi)并聯(lián)諧振或者諧波的放大條件。

還有，需要注意的是，在實(shí)際工作中如果必要可以把電容器支路做成諧振濾波器的形式來(lái)解決諧波吸收以及功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析和研究我們可知，當(dāng)電力系統(tǒng)中存在諧波源時(shí)，如果向其中設(shè)置無(wú)功功率補(bǔ)償電力電容器時(shí)，一定要全面考量諧波源以及諧波電流對(duì)電容器正常運(yùn)行的影響，科學(xué)的確定電容器支路參數(shù)，以便于盡可能的降低諧波電流對(duì)電容器的影響，使其處于正常工作狀態(tài)。尤其是要注意的是，盡可能使電路原理諧振點(diǎn)周圍，必要時(shí)可以在電容器支路中串聯(lián)電抗器來(lái)降低其影響，從而確保電容器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，提升其使用年限和壽命。

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（作者單位：國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司朝陽(yáng)供電公司）