低压并联电容器回路中串联电抗器的选用
洪文化(厦门中福元建筑设计研究院，福建省厦门市361009)
SeIectionofthesen髑ReactorintheLow．VoItageParalIeICapadtorCircIIit
HongweIllI岫(XiamenZhon咖yuanArchitectumlDesignandResearchInstitute，Xiamen361009，
Fuji粕PmVince，China)
AbstractHazardofhannonicsonthelow．
VoltagepamUelcapacitordeviceisbrienydescribed．
Thefunctionoftheseriesreactortosuppresshamonics
isanalyzedtheoretically．Theselectingmethodsofthe
seriesreactorandsomeproblemsforanentioninthe
desigllareputforwam．
KeywordsH釉onicsPa翻Uelresonance
Pamllelcapaci￡0rdeyiceseriesI℃actorReactance
I．ate
摘要简述谐波对低压并联电容器装置的危
害，从理论上分析采用串联电抗器抑制谐波的作用，
并提出串联电抗器的选用方法以及设计中应注意的一
些问题。
关键词谐波并联谐振并联电容器装置串
联电抗器电抗率
1引言
供电系统中的大量非线性负荷在运行中会引起电
网电流、电压波形发生畸变，产生大量的谐波，导致
电网的谐波“污染”。’
并联电容器装置如果没有采取措施。将会在接
人母线处产生一定的谐波放大。串联电抗器的主要
作用是抑制谐波和限制合闸涌流，因此在并联电容
器回路中串联电抗器可以防止谐波对电容器造成危
害。避免电容器装置的接入对电网谐波的过度放大
和发生谐振。下面分析低压并联电容器回路中串联
电抗器抑制谐波的作用，并提出串联电抗器选用的
一些建议。
2谐波的定义及谐波的危害
供电系统谐波是指对周期性的非正弦电量进行傅
里叶级数分解。除了得到与电网基波频率相同的分
量。还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部
分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值(，l=
厶，Z)称为谐波次数。谐波分为零序谐波、正序谐波
及负序谐波。零序谐波是基波频率的3Ⅳ(J7、r为自然
数)倍，即：3、6、9、12、15次谐波等；正序谐波
是基波频率的3Ⅳ+1倍，即：4、7、10、13、16次
谐波等；负序谐波是基波频率的3Ⅳ一l倍，即：2、
5、8、ll、14次谐波等。
谐波的危害主要有以下几个方面：①使发电机
的输出功率降低；②使变压器产生附加损耗，引起
过热，加速绝缘介质老化，导致绝缘损坏，谐波电
流还会使变压器铁芯产生噪声；③使接入交流系统
端发生故障的可能性考虑在内。
PC级ATSE的开关本体是负荷开关，它只能通
断用电设备的负荷电流。因此，选用Pc级ATSE，应
采取的措施是在其上端装设断路器并设跳闸闭锁。
CB级ATSE具有通断短路电流的能力，我国有
关设计规范对高压备自投装置的基本要求可为ATSE
标准所借鉴，在常、备电源均为市电的条件下，CB
级ATSE也应能延时动作(转换)并只动作一次，以
有利于对重要负荷的连续供电，提高系统可靠性。
“过电流电器脱扣。ATSE将不能转换”应只针对PC
级ATSE。
对于ATSE可否兼作隔离电器的问题。目前而言
CB级可以，PC级不可以。由于ATSE本身有维修之
需，一般都应加装隔离电器。
2008一09一13来稿
2(X)9一03一03修回
13
■—■一万方数据
建藐电乞·—_____—____—_—__BUILDING
2口口9年第3期lELECTRlClTY
的电容器过载；④引起电器的附加发热；⑤使感
应电动机转速发生周期性变动，并引起附加损耗，
产生附加的谐波转矩，产生机械振动和噪声；⑥加
速电缆老化，缩短电缆寿命；⑦对弱电系统产生干
扰，影响计算机、通信设备等的正常运行，造成继
电保护误动作等等。
谐波治理工作早已受到重视。我国先后颁布了
《电力系统谐波管理暂行规定》(SD126—84)和《电
能质量公用电网谐波》(GB／T14549一1993)，明
确规定了谐波源用户注入公用电网的谐波电流允许
值，和不同电压等级下谐波电压限制值。
3谐波对电容器的影响以及电抗率的选择
分析
3．1电容器在谐波环境下的过电流
在同一条母线上有非线性负荷形成的谐波电流源
时(略去电阻)，并联电容器装置的简化线路及其等
效电路见图l。
非线性负荷电容器如
电容器
xc
图l并联电容器装置的简化线路及其等效电路图
Fig．1Simplifiedcircuitandtheequivalentcircuitdiagramof
thepa瑚皿elcapacitordevice
根据图l来分析非线性负荷所产生的谐波电流的
流向。由于电容器的阻抗和频率成反比，频率升高阻
抗变小，使得大部分的谐波流向电容器。因此，对于
电容器而言．它的工作电流就是基波电流加上谐波电
流，当此电流超过电容器额定电流的1．3倍时。电
容器就会迅速发生故障。特别是回路发生并联谐振
时，这个很大的谐振电流加在电容器回路中．会造成
电容器回路的过电流。烧毁回路中的电容器、接触器
等，甚至还会损坏其它设备。
3．2电抗率的选择分析
串联电抗器的主要作用是抑制谐波和限制合闸
涌流，因此在并联电容器回路中串联电抗器可以防止
谐波对电容器造成危害。图2为同一条母线上有非
14—●堕塑塑：垫堂：!
线性负荷形成的谐波电流时(略去电阻)，并联电容
器回路中串联电抗器的简化线路及其等效电路图。
，吼
xc百卜
．Ibl
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1]
啦
Xc百
图2电容器回路串联电抗器的简化线路及其等效电路图
Fig．2Simplifiedcircuitandtheequivalentcircuitdia孕乜mof
dleseriesreactorintllec印acitorcircu“
根据等效电路图，，1次谐波等效阻抗为：2：l：粤芒掣
(1)厶．一一～■，H
nxs+nXL—xc，n
’j
谐波电流分别为：‰=厶蔫
(2)‰=厶面毒‘2’
k=厶面而寺丽‘3’
式中：n——谐波次数：
L——谐波源的第n次谐波电流；
X。——系统基波时的感抗；
墨——电容器组基波时的容抗；
置——串联电抗器基波时的感抗。
当式(1)n次谐波等效阻抗乙的分子为零时，
即从谐波源看入的端口阻抗为零，表示电容器装置与
电网在第，1次谐波发生串联谐振。这样可得到电容
器支路的串联谐振点为：
趟L—Xc，n=0
n=Vxc|xL
=l，、／i(4)
K=XL|Xc
=1／舻(5)
式中：K——电抗率。
要合理选择电抗率，应查明电容器接入母线处的
背景谐波含量或根据实测结果来正确选择。电网中通
常存在一个或两个主谐波。且多为低次谐波。为了达
到抑制谐波的目的，电抗率的配置，应使电容器接入
处对于有威胁性的各次谐波中的最低次谐波阻抗呈感
万方数据
性．即：
K>1／n2(6)
3．2．1背景谐波主要为3次谐波时电抗率的选择
当电容器接人母线处的背景谐波主要为3次谐波
时，K>11．1％，K可取12％～15％，一般取XL=
14％鼠，则电容器与电抗器的谐振频率(见图3)：
厶=50×、／xc／置=50×、／T7丽
≈134Hz
Z(n)
电抗器
托(。)
电容器
．k(。)
／
，>134Hz．呈感性
I电容性；电感性
＼瓦(一)2＼＼、：—／
、、一——一—<：
．
孱：端…／瓦(^)=鼍(_)一“”
图3电容器回路串联电抗器Z丫关系示意图I
Fig．3schematicdia弹mIofthez了relationoftIle辩ri∞
reactorin山ec印acitorcircuit
从图3可知．电容器回路串联电抗率为14％的
电抗器后，小于134Hz的低端阻抗对系统呈容性。
做无功补偿；而大于134Hz的高端阻抗呈感性。不
会放大谐波，起到抑制3次(五=150Hz)以上谐波
电流的作用。
3．2．2背景谐波主要为4次谐波时电抗率的选择
当电容器接入母线处的背景谐波主要为4次
谐波时，K>6．25％，K可取7％一8％，一般取X￡
=7％凰，则电容器与电抗器的谐振频率(见图4)：
矗=5QxVxc|xL=50×、／订丽
一189Hz
从图4可知，电容器回路串联电抗率为7％的电
抗器后，小于189Hz的低端阻抗对系统呈容性，做
无功补偿；而大于189Hz的高端阻抗呈感性，不会
放大谐波，起到抑制4次(正=200Hz)以上谐波电
流的作用。
3．2．3背景谐波主要为5次及以上谐波时电抗率的
选择
Z(0)
电抗器
讫(d)
电容器
心(。)
，>189Hz，呈感性
I电容性；电感性
＼讫(。)=＼＼、：—／
、～——／
蔗：掣。…．／瓦(。)=t‘。)·一“”
图4电容器回路串联电抗器Z丫关系示意图Ⅱ
Fig．4Schemticdiag豫mⅡofthez7relation0ftIle∞rie8
reactorintllecapacitorcircuit
当电容器接入母线处的背景谐波主要为5次及
以上谐波时，K>4％，K可取4．5％～6％，一般取
X。=6％石。，则电容器与电抗器的谐振频率(见
图5)：
厶=50×、／xc，置=50×、／T7而
≈204Hz
z(n)
电抗器
也(。)
电容器
＆(。)
，>204Hz，呈感性
i电容性i电感性
＼邑㈩=＼＼、：—／
＼、一—／
∥：拦…．／也(^)=五(_)一““
图5电容器回路串联电抗器Z丁关系示意图
Z7关系示意图Ⅲ
Fig．5sche哪ticdiagramⅢofthez-，relationoftlle
seriesreactorintIlec印acitorcircuit
从图5可知．电容器回路串联电抗率为6％的
电抗器后．小于204Hz的低端阻抗对系统呈容性。
做无功补偿；而大于204Hz的高端阻抗呈感性。不
会放大谐波，起到抑制5次(正=250Hz)及以上谐
波电流的作用。
4工程实例
4．1选择无功补偿型式的一般原则
无功补偿型式主要有纯电容的标准型、带串联电
抗器的去谐型。以及主要为滤波设计的滤波型等几种
型式。在工程设计中．首先要了解系统的非线性设备
15
———一
llIl南T}『上一
IIll①llI上
IlIf①lll_|
万方数据
建链电乞。————_·_—_·—____BUILDING
2口口9年第3期IELECTRlClTY
总容量p与系统设备总容量P的大致比值关系，来
决定无功补偿采用哪种型式。当Q<20％P时，无功
补偿可采用纯电容的标准型；当20％P
时，无功补偿应采用带串联电抗器的去谐型；
当Q>50％P时，无功补偿可采用滤波型。当采用去
谐型的无功补偿装置时．应查明系统的非线性设备
主要是什么设备。产生的背景谐波含量主要有哪
些，或者根据实测结果来正确选择电抗器。如计算
机、荧光灯、电视机等设备主要产生3次、5次、
7次等谐波电流。其中3次谐波含量最大；变频
器、空调、电梯、中频炉、开关电源(如三相6脉
波整流器)等设备主要产生5次、7次、11次等谐波
电流，其中5次谐波含量最大；电弧炉设备主要产生
2—7次谐波电流；可控硅整流器、开关电源(如三
相12脉波整流器)设备主要产生11次、13次等谐
波电流。
4．2某软件学院变电所低压母线处的无功补偿
笔者于2006年完成了某软件学院电气设计工
作，现就其中的变电所低压母线处的无功补偿作一简
单介绍。该软件学院在教学区、图书馆及宿舍区设了
三个变电所，共设8×l000kV·A干式变压器。该工
程主要用电设备为计算机、空调、荧光灯、实验仪器
以及电热水器等。经过分析计算，该工程非线性设备
(如计算机、荧光灯、空调等)的总容量已经占到工程
总设备容量的40％以上。而计算机、荧光灯等设备主
要产生3次谐波电流，即在变电所低压母线处的背景
谐波含量主要为3次谐波，采用串联电抗率为14％的
电抗器来抑制3次及以上谐波电流，通过计算每台变
压器需补偿300kvar的电容器，采用如图6所示的方
案(以GMKP产品为例)。
在设计中应注意以下两个问题：①电抗器的耐
受电流需考虑基波电流以及各次谐波电流；②串联
电抗器后，使电容器的电压啡升高，可以采用下式
来估算：
％=％，(1一K)(7)
式中：”——电容器电压；
以——系统电压；
X——电抗器电抗率。
例如上面工程实例中。采用电抗率为14％的电
抗器，则％=400／(1一14％)一465．1V，因此电
16—■一堕垫塑型：垫塑：!
G：功率因数智能控制器
GMKPc800(P)×l组
S：保护熔断器开关GMl(I，8
×10组
X：投切接触器eMKPGMc
40，30×lO组
L：调谐电抗器GMKPr525
—30／14×10组
C：补偿电容器GMKP4∞一3
—30×lO组
图6串联电抗器的电容器补偿装置原理图
Fig．6Principledja￡，ramofcapacitorcompensationdeVice
ofsedesreactor
容器的耐压至少应大于466V。
5几点建议
a．目前在有些含有大量非线性负荷工程的电
气设计中。大家在进行电容器补偿装置设计时，往
往只注重无功补偿。没有考虑采取谐波抑制措施，
如串联电抗器。随着电力电子技术的广泛应用，供
电系统中存在大量的谐波，建议广大电气设计同行
采用串联电抗器等措施，来减小谐波对电容器装置
的影响。
b．当p<20％P时，无功补偿可以采用纯电容
的标准型；当20％尸
用带串联电抗器的去谐型；当Q>50％P时，无功补
偿一般采用滤波型。
c．低压并联电容器回路中。采用串联电抗器抑
制谐波，在进行电抗器选择时，应先查明电容器接入
母线处的背景谐波含量或根据实测结果来正确选择。
建议：①当电网3次谐波含量较大，其余谐波含量
较小时，采用电抗率为14％的电抗器；②当电网
4次谐波含量较大，其余谐波含量较小时，采用电抗
率为7％的电抗器；③当电网5次谐波含量较大时，
采用电抗率为6％的电抗器。
—蕾毛函曲
l吕润馀．电能质量技术丛书第三分册电力系统
高次谐波．北京：中国电力出版社，1998：6—14。94一128．
2008一06一03来稿
2()09一01—23修回
万方数据
低压并联电容器回路中串联电抗器的选用
作者：洪文化，HongWenhua
作者单位：厦门中福元建筑设计研究院,福建省厦门市,361009
刊名：建筑电气
英文刊名：BUILDINGELECTRICITY
年，卷(期)：2009,28(3)
参考文献(1条)
1.吕润馀电能质量技术丛书第三分册电力系统高次谐波1998
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jzdq200903003.aspx
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