高次谐波对电力电容器的影响及消除措施

出处：按学科分类—工业技术 河南科学技术出版社《电工手册》第564页（1775字）

由于愈来愈多的采用大容量晶闸管整流器作为拖动和直流电源，其高次谐波对于系统的影响日益增加，尤其对并接于系统的电力电容器，高次谐波可能使电容器过负荷，有时可达几倍以上。

一般采用的消除措施有下述几种：

(1)增加整流相数，消除低高次谐波分量。晶闸管整流装置交流电源侧含有的高次谐波电流可用下式表示：

式中 I_n——高次谐波电流(A)；

I₁——基波电流(A)；

n——谐波次数；

K_n——由控制角a和重叠角r确定的常数，当重叠角r为零时，K_n=1；

q——整流相数，即整流电压脉动次数；

K——任意整数。

由上式可知高次谐波电流与整流相数有关，相数增多，高次谐波的最低次数变高，而谐波电流的幅值却变小。一般使用的可控硅整流装置，大部分是6相，为了降低高次谐波电流，可以改用12相或36相。当采用12相整流时，高次谐波电流只占有全电流的1%，采用36相时则更小。

(2)当两台以上整流变压器由同一段母线供电时，可将整流变压器的一次绕组分别交替接成星形和三角形，这样5次、7次谐波可互相抵消，而只需考虑11次、13次谐波的影响。

(3)装设由电容电感串接组成的高次谐波滤波器，分别对各次谐波串联谐振，从而去掉电源上高次谐波电压分量。滤波器都并接在整流变压器一次侧电网上。

(4)在电力电容器回路中串联一组电抗器，其感抗值的选择，应满足在可能产生的任何谐波下，均使电容器回路的总电抗为感抗而不是容抗，从而根本上消除了产生谐振的可能。电抗器感抗值按下式计算：

式中 X_c——电力电容器的基波容抗(Ω)；

n——可能产生的最低谐波次数；

K——可靠系数，一般取1．2～1．5。

对6相整流线路，n=5，则

为了防止可能出现的铁磁谐振，一般宜采用无铁芯的电抗器。电抗器的额定电流应稍大于电容器的实际电流。但应注意，由于串联电抗器的结果，加于电容器上的端电压升高，其值为：

式中 U_e——系统额定电压(V)。

对于5次谐波，端电压升高可达107%。所以电容器的额定电压应稍高于系统电压。对于6．3kV系统应采用6．6kV的电容器；对10．5kV系统应采用11kV的电容器。

(5)为了防止并联谐振的危害，采用高于系统电压10%的电容器直接与整流器并联，这样谐振频率的谐振电流虽然可能达到电容器基波电流的1．45倍(也就是均方根电流之和可达到基波电流的1．45倍)，但由于系统电压低于电容器的额定电压，因而基波电流为额定电流的90%，均方根电流之和为额定电流的1．3倍左右，也就是没有超过电容器的允许电流值。但应校验是否会产生串联谐振而造成严重过负荷的可能。此外，这样做的结果，较多地损失掉电容器的容量(实际系统补偿的无功负荷为电容器额定容量的81%)，因此，必须经过技术经济比较再确定。

(6)根据既定条件适当的选择电容器安装地点和容量，使之避开谐振条件，在可能条件下这样做是最经济的。不过，在运行中由于系统阻抗变更，仍然可能出现谐振。